周期性结构波导特性的模拟和实验研究

发布时间：2017-12-15 18:18

  本文关键词：周期性结构波导特性的模拟和实验研究

  更多相关文章： 周期性结构波导 光纤光栅 模式耦合 光子晶体 声子晶体

【摘要】：随着科技的不断发展,光成型技术、激光加工、光学检测、光纤传感器等光学技术在机械领域中的应用越来越为广泛。另一方面,随着微结构加工技术的不断成熟,周期性结构的制备工艺也迅速发展。近年来,周期性结构的光学特性引起了人们的极大兴趣。理论和实验证明,如果结构功能材料中的介电常数在光波长尺度上呈现周期性变化,光子与周期结构的相互作用会使该材料具有类似半导体中电子禁带的能带结构——光子带隙。光子带隙的发现使人们对周期性结构波导有了更深刻的认识,对基础研究和实际应用都具有重大意义。本论文主要从以下几方面研究了几种不同的周期性结构波导。首先,论文研究了典型的周期性结构波导——光纤布拉格光栅,基于耦合模理论,对影响光纤光栅的反射谱的参数——如调制深度、切趾函数和相移,做了详细的分析。在此基础上,将对光纤光栅的研究扩展到折射率在光纤轴向上渐变的情况,研究了光纤熔接点光栅的特性。基于光纤熔接点光栅透射谱的性质,我们提出了一种获得光纤熔接点参量的方法,并根据制作的光纤熔接点光栅,得到了该光栅的轴向折射率分布neff(z)、折射率调制分布δn0(z)、随机相移大小△φ和熔接区域长度L0等参量,验证了该方法的可行性和有效性。其次,论文研究了多模光纤光栅,分析了不同折射率调制分布条件下多模光纤中各个模式之间耦合系数的影响和不同折射率调制分布条件下的多模光纤光栅的反射谱和透射谱的特性。在此基础上,设计并制作了一种单模-多模光栅-单模结构。研究表明,单模-多模光栅-单模结构的透射谱和反射谱是干涉效应和光栅效应共同作用的结果,并且具有非对称性。反射谱的形状与多模光栅的反射谱较为接近,与光栅的长度LFBG和多模光纤距离单模光纤的长度L0相关,而与多模光纤的长度LMMF无关;透射谱的形状与光栅的长度LFBG和多模光纤的长度LMMF相关,与多模光栅的位置无关。尽管具有非对称性,但是反射谱和透射谱几乎具有相同的温度灵敏度。在制作单模-多模光栅-单模结构的过程中,紫外光曝光会使单模-多模-单模结构的透射谱发生漂移,分析了该现象的原因并提出了一种调节SMS结构透射谱的方案。最后,论文还研究了典型的二维周期性结构波导——光子晶体和声子晶体。对平面波展开法中的结构函数做了详细分析,根据结构函数只与几何形状有关,改进了平面波展开法中生成结构函数的方法,极大的提高了运算效率,使没有函数解析式的几何形状的结构函数的数值计算成为可能。基于这种高效率的仿真算法,设计了两种低对称性的二维周期性结构波导——扇形结构光子/声子晶体和“L”形结构光子/声子晶体,对其性能进行了仿真分析。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN25

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本文编号：1292954