光子晶体光纤光栅特性及传感应用研究

发布时间：2017-07-03 14:13

  本文关键词：光子晶体光纤光栅特性及传感应用研究

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【摘要】：光子晶体光纤光栅(PCFG)是由光纤光栅(FG)与光子晶体光纤(PCF)这两种技术相互结合而成,该无源器件是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光子晶体光纤光栅与传统光纤光栅相比较起来,由于其自身优良的结构特性使得它在传感领域方面存在许多的优点。在不同结构参数情况下,其有效折射率会发生改变,从而使得在温度或者应力改变的外界条件下它的传感特性也会随之发生变化,因此其普遍被应用在传感领域中。本文主要设计出一种包层气孔均匀排列的九边形掺有元素锗的光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)结构,在不同结构参数以及外界变化条件下,对其传输谱特性和传感特性进行仿真研究。论文第一章简单的介绍了光子晶体光纤的发展史与种类,阐述了光子晶体光纤的特性以及其目前在实践领域上的应用,并且也概述了光纤光栅的概况及其特点。第二章详细介绍以及推导了光子晶体光纤光栅常用的四种常规方法:耦合模理论法、传输矩阵法、傅里叶变换法和有限元法(FEM)。其次又针对现实应用方面,介绍了种类不相同的五种切趾函数。本论文实验仿真理论方法是传输矩阵法。第三章仿真分析了正九边形光子晶体光纤布拉格光栅在不同空气孔数、不同占空比、不同空气孔填充材料、不同光栅长度及其不同调制深度等参数下其波长与谱特性的关系。结果表明:增加空气孔层数能够减少光谱能量的泄漏,但是其光栅谐振波长偏移及其对应的谐振峰强度变化都不明显。除了空气孔层数外,在其余的光栅参数变化情况下,都会对其传输光谱特性产生一定的影响。第四章在光纤光栅传感理论的基础上讨论了正九边形结构光子晶体光纤布拉格光栅在温度以及应力变化时其传感特性的变化。从仿真的结果可以看出:温度在逐渐上升的过程中,该结构光纤光栅谐振波长很明显的出现了向长波长方向偏移的趋势;应力在逐渐上升的过程中,该结构光纤光栅的谐振波长偏移趋势不明显。同时,我们还分析了该结构光纤光栅在不同占空比以及不同空气孔层数条件下,传感灵敏度的变化。发现结构上的变化对于灵敏度影响微乎其微。第五章总结了本文所探讨的正九边形光子晶体光纤布拉格光栅,与此同时也对光子晶体光纤布拉格光栅的未来发展前景进行展望。
【关键词】：光子晶体光纤布拉格光栅 正九边形 传输矩阵法 传感特性
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 光子晶体光纤的发展9-10
• 1.2 光子晶体光纤的分类10-11
• 1.3 光子晶体光纤的特性及应用11-14
• 1.4 光纤光栅的概况14-15
• 1.5 光子晶体光纤布拉格光栅的应用15-17
• 1.6 本文的研究意义及内容17-20
• 第二章 光子晶体光纤光栅的理论分析20-34
• 2.1 耦合模理论法20-27
• 2.2 传输矩阵法27-30
• 2.3 傅里叶变换法30-31
• 2.4 有限元法31-32
• 2.5 切趾函数32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 正九边形光子晶体光纤光栅谱特性分析34-53
• 3.1 正九边形光子晶体光纤光栅结构的谱特性研究34-47
• 3.1.1 不同空气孔层数对正九边形光子晶体光纤光栅反射谱的影响36-40
• 3.1.2 不同占空比对正九边形光子晶体光纤光栅反射谱的影响40-42
• 3.1.3 不同光栅长度对正九边形光子晶体光纤光栅反射谱的影响42-43
• 3.1.4 不同调制深度对正九边形光子晶体光纤光栅反射谱的影响43-44
• 3.1.5 空气孔中不同材料折射率对正九边形光子晶体光纤光栅的影响44-46
• 3.1.6 相移对正九边形光子晶体光纤光栅反射谱的影响46-47
• 3.2 正九边形光子晶体光纤布拉格光栅透射谱的特性分析47-52
• 3.2.1 不同空气孔层数对正九边形光子晶体光纤光栅透射谱的影响47-48
• 3.2.2 不同占空比对正九边形光子晶体光纤光栅透射谱的影响48-49
• 3.2.3 不同光栅长度对正九边形光子晶体光纤光栅透射谱的影响49-50
• 3.2.4 不同光栅调制深度对正九边形光子晶体光纤光栅透射谱的影响50-51
• 3.2.5 相移对正九边形光子晶体光纤光栅透射谱的影响51-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第四章 正九边形光子晶体光纤光栅传感特性的研究53-68
• 4.1 光纤光栅传感理论53-58
• 4.1.1 光纤光栅传感器系统的组成53
• 4.1.2 光纤光栅传感器的特点53-54
• 4.1.3 光纤光栅传感器原理54-55
• 4.1.4 光子晶体光纤布拉格光栅温度传感模型55-57
• 4.1.5 光子晶体光纤布拉格光栅应变传感模型57-58
• 4.2 正九边形光子晶体光纤光栅的温度传感仿真58-61
• 4.3 正九边形光子晶体光纤光栅的应变传感仿真61-64
• 4.4 正九边形光纤光栅结构变化对灵敏度的影响64-67
• 4.4.1 光子晶体光纤布拉格光栅传感灵敏度理论研究64-65
• 4.4.2 光子晶体光纤布拉格光栅结构参数变化对于传感灵敏度影响分析65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 参考文献70-73
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文73-74
• 致谢74

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本文编号：513954