光子晶体光纤非线性光学特性及其传感应用研究

发布时间：2020-11-03 19:47

　　 光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)因为其灵活的结构设计和良好的光学非线性而得到了广泛关注。本文将光子晶体光纤与非线性光学特性相结合,利用四波混频效应设计了一种非线性光子晶体光纤甲烷气体传感器。同时,利用四波混频增益光谱具有两个增益峰的特性,设计了一种可同时测量温度和磁场的非线性光纤传感器。本文深入分析了非线性PCF传感机制,优化传感结构参数,为将来设计其他非线性PCF传感器提供了思路。文章的主要研究内容如下。(1)文章综述了PCF的分类、特性、应用及其在传感领域的发展,接着从非线性光学特性出发介绍了光子晶体光纤中的非线性效应及其研究现状,最后介绍四波混频效应及其在PCF传感方面的应用与发展方向。(2)设计了一种非线性PCF气体传感器,在包层空气孔涂覆一种折射率随甲烷气体浓度变化而改变的敏感薄膜,敏感膜的折射率改变会导致光纤的非线性特性和色散发生变化,具体表现为四波混频的增益光谱发生移动。通过建立增益光谱峰移动与甲烷浓度改变量的直接联系,能实现甲烷的精准测量。通过参数优化,甲烷气体灵敏度最高可达-4.87nm/%。(3)基于四波混频效应所产生的双增益峰,设计了一种双参量PCF传感器。通过在包层空气孔中填充磁流体,可以实现温度和磁场的同时测量,有效解决温度磁场的交叉敏感问题。为进一步提高传感器的准确性与灵敏度,对泵浦波长进行了优化。最终该传感器的温度灵敏度为-0.115nm/℃,磁场的灵敏度为0.751nm/mT,通过实例验证了该传感器设计的可行性。该论文有图45幅,表3个,参考文献102篇。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN253;TP212
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 光子晶体光纤
    1.2 PCF的非线性特性
    1.3 PCF中的四波混频效应的发展与应用
    1.4 论文主要内容与创新点
    1.5 小结
2 四波混频传感理论
    2.1 数值分析方法与理论基础
    2.2 四波混频效应
    2.3 四波混频效应传感原理
    2.4 小结
3 基于四波混频效应的非线性PCF甲烷传感器的设计
    3.1 理论与模型
    3.2 传感器模型参数优化
    3.3 实验结果与分析
    3.4 小结
4 基于四波混频效应的非线性PCF磁场温度传感器
    4.1 理论与模型
    4.2 传感器结构参数优化
    4.3 实验结果分析
    4.4 小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历
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【参考文献】

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本文编号：2869022