折射率引导型光子晶体光纤气体传感器的优化设计

发布时间：2021-08-09 15:20

　　随着社会经济的快速发展,各大动力工厂及矿业部门肆意排放有毒害气体,对人类生命安全造成严重的威胁。所以及时的对气体排放进行有效监控,对于一个国家的环境、经济、安全都有着极其重要的作用。传统电化学类气体传感器存在灵敏度低、损耗大、安全性低等缺点。相比之下,基于光子晶体光纤的气体传感器具有高灵敏度、低损耗、结构多变、易构成网络等优势。另外,利用多孔结构的光子晶体光纤作为传感器的气室可以方便地为气体检测提供理想场所,这有效的克服了传统光纤传感器灵敏度低、易折损等缺点。这些因素,推动着光子晶体光纤应用的研究,使其逐渐成为了光纤光学领域的重要研究课题。目前已经有了很多类型的光子晶体光纤结构的气体传感器,但是其传感性能还有较大的提升空间。为了进一步提高光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,简称PCF）气体传感器的传感性能,本文设计了一款基于六边形孔PCF结构的气体传感器,对该结构的传感性能做了详细研究,并与基于圆孔结构的PCF气体传感器做了对比分析。主要研究内容包括如下几个方面:1.简单介绍了本课题的研究意义和价值,及PCF在气体传感器应用方向上的发展现状。2.介绍了光子晶体（... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 论文研究的目的和意义
    1.2 光子晶体光纤结构研究进展
    1.3 光子晶体光纤气体传感器的研究意义
    1.4 论文主要工作内容
第二章 光子晶体光纤的理论分析
    2.1 光子晶体的基本概念
    2.2 光子晶体光纤的基本概念
        2.2.1 光子晶体光纤导光原理及分类
        2.2.2 光子晶体光纤的特性
    2.3 光子晶体光纤的数值分析方法
        2.3.1 有效折射率法
        2.3.2 平面波展开法
        2.3.3 多极法
        2.3.4 时域有限差分法
        2.3.5 有限元法
    2.4 气体传感器的基本理论
        2.4.1 传统光纤气体传感器
        2.4.2 新型光子晶体光纤气体传感器
    2.5 本章小结
第三章 六边形空气孔PCF的传感性能研究
    3.1 几何模型设计
    3.2 数值模拟的实现过程
        3.2.1 光子晶体光纤设计的边界条件
        3.2.2 光子晶体光纤设计的计算软件
    3.3 气体传感的理论基础
    3.4 光子晶体光纤特性分析
        3.4.1 基模的模场分布
        3.4.2 基模的有效折射率计算
    3.5 光子晶体光纤的相对灵敏度的数值计算
        3.5.1 圆孔结构和六边形孔结构的相对灵敏度的对比
        3.5.2 包层参数对相对灵敏度的影响
        3.5.3 纤芯参数对相对灵敏度的影响
    3.6 光子晶体光纤的限制损耗的数值计算
        3.6.1 圆孔结构和六边形孔结构的限制损耗的对比
        3.6.2 包层参数对PCF的限制损耗的影响
        3.6.3 纤芯参数对PCF的限制损耗的影响
    3.7 优化结构参数
    3.8 本章小结
第四章 总结和展望
    4.1 论文的主要工作
    4.2 对今后工作的展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]填充混合液体的光子晶体光纤温度传感研究[J]. 王若琪,姚建铨,周睿,汪静丽,李敬辉,温午麒,陆颖,钟凯,文岐业,张怀武.  光电子.激光. 2011(11)
[2]光纤气体传感网络的研究进展[J]. 余贶琭,吴重庆,郭旋,王智,王拥军.  半导体光电. 2010(01)
[3]基于二维光子晶体的偏振器研究[J]. 张春梅,刘福平.  北京印刷学院学报. 2007(02)
[4]含正负材料的一维光子晶体的光学特性研究[J]. 齐俊璇,文双春.  激光技术. 2006(05)
[5]一维光子晶体全角度反射镜[J]. 谢东华,何晓东,于海霞,佟传平,冯金顺.  激光与光电子学进展. 2005(12)
[6]全反射镜在光纤中的应用[J]. 邹建华,毛宇.  现代有线传输. 2002(03)
[7]无序光学介质中的光子局域化[J]. 刘晓东,侯蓝田.  材料导报. 2001(11)



本文编号：3332313