基于金纳米层或液体填充光子晶体光纤的偏振滤波器和传感器研究

发布时间：2021-07-12 07:41

　　光子晶体光纤灵活的结构设计和基质材料选择使得其具有传统光纤无法比拟的光学特性。贯穿光子晶体光纤整个结构的空气孔为材料填充型光纤器件的制作提供了可能,这将极大的扩展了光子器件的应用领域,同时光子晶体光纤自身较小的尺寸也有利于光子器件的集成化发展。本文基于有限元法和模式耦合理论设计仿真了涂覆金纳米层型或液体填充的光子晶体光纤的偏振滤波器和传感器,并对其性能进行研究。主要内容如下:首先,综述了光子晶体光纤的产生背景以及最新的国内外研究进展,给出了光子晶体光纤的基本特性和数值研究方法,介绍了光子晶体光纤的制备方法和应用前景。其次,设计了三种空气孔涂覆金纳米层的光子晶体光纤的偏振滤波器,利用有限元法数值研究了光纤结构参数对其偏振滤波特性的影响,得出了较为普遍的规律,并对所探究的规律进行了验证。再次,设计一种基于表面等离子体共振效应的D型光子晶体光纤折射率传感器。通过在常见的D型光子晶体光纤传感器的侧面引入三个开放式气孔,成功的提高了传感器的灵敏度,同时探究了光纤结构的变化对传感器灵敏度的影响。最后,实验探究了一种填充酒精的折射率型温度传感器的性能。研究了光子晶体光纤和普通光纤熔接中存在的问题,利... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

纤芯模式和SPP模式色散关系图

图2-2纤芯模式和SPP模式色散关系图y偏振方向与金膜产生的SPP模式。图中随着波长的增加，向的有效折射率都在逐渐减小，然而y偏振方向的有效折射的突然增加，同时y偏振方向光信号能量损耗达到最大值58的损耗为9.9dB/m。我们发现共振发生前x和y偏振方向之间，这两条线几乎彼此重合，双折射率程度不高。x偏振方向射率在1550nm波长处差异的是y偏振方向上SPP模式代替纤中传播的光子频率与金纳米颗粒相匹配时，就会在两接触体共振，金纳米粒子产生非常强的光子能量吸收，使得发生生损耗峰。

式和SPP模式。图2-6是滤波器在1310nm处得到的良好的滤波效果图。纤芯基膜的x偏振方向和y偏振方向的有效折射率均随着入射波长的增加而减小，当y偏振方向的基膜与金纳米层发生表面等离子共振时，基膜的y偏振模式有效折射率发生突变，此时基膜y偏振方向损耗达到峰值83235.7dB/m，峰值发生对应的共振波长为1310nm。此时滤波器将纤芯基膜的y偏振方向的光波滤掉。图2-7是图2-5所示结构光纤分别在等离子体共振波长1100nm(a，b)的纤芯基膜模场图和1310nm(c，d)y偏振方向和SPP基膜模场图。当SPP模式的有效折射率远远高于纤芯的有效折射率时，SPP模式的基膜不会和纤芯模式发生耦合

【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤生物传感器[J]. 陈国平,寿文德.  中国医疗器械杂志. 2002(02)



本文编号：3279491