填充型光子晶体光纤功能器件的设计与性能研究
发布时间：2022-10-08 12:44
光与金属和电介质微纳结构相互作用的研究是光电子学领域的核心科学问题之一,气孔填充金属线或镀有金属膜的光子晶体光纤（PCF）集表面等离子体共振（SPR）效应和光纤结构灵活设计的双重优点,为新型光电子器件的研制提供了新的载体和突破点。基于SPR技术的PCF偏振滤波器具有体积小、易集成和消光比高的特点,基于SPR效应的PCF传感器具有灵敏度高、检测范围宽的特点。本文用有限元方法设计并数值仿真了多种具有特殊用途的基于金属填充的光子晶体光纤偏振滤波器和传感器;实验研究了基于光子晶体光纤的酒精填充型温度传感器的特性,可为进一步研发填充型光子晶体光纤偏振滤波器和传感器提供重要参考。论文的主要工作如下:首先,设计了两种镀金膜大空气孔调制的高消光比光子晶体光纤偏振滤波器。它们都包含两个镀金膜的大空气孔,结构的不对称性使得两个垂直的偏振态共振位置很好地分开,金膜的存在使得某一偏振方向的损耗远大于与之垂直的另一偏振方向,从而有效地实现了偏振滤波。利用有限元法和模式耦合理论研究了纤芯模与表面等离子体模之间的耦合现象,分析了金膜厚度、气孔直径及气孔中心位置对光纤滤波特性的影响。通过结构参数的调整,在光通信的两个...
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 光子晶体光纤概述
1.1.1 光子晶体光纤简介及发展
1.1.2 表征光子晶体光纤特性的几个关键参量
1.1.3 光子晶体光纤的制造方法
1.1.4 光子晶体光纤的仿真方法
1.2 表面等离子体共振技术的研究进展
1.2.1 表面等离子体共振简介
1.2.2 表面等离子体共振实现方法
1.2.3 表面等离子体共振研究进展
1.3 光子晶体光纤偏振滤波器和传感器的研究进展
1.3.1 光子晶体光纤偏振滤波器研究进展
1.3.2 光子晶体光纤传感器研究进展
1.4 目前存在的问题及本文研究的必要性
1.5 论文的主要研究内容
第2章 填充型光子晶体光纤功能器件研究的基本理论
2.1 光纤中的光波传输场理论和有限元法
2.2 表面等离子体共振原理
2.2.1 倏逝波与表面等离子体激元
2.2.2 表面等离子体激元的色散
2.2.3 表面等离子体共振条件
2.3 光纤芯模与等离子体模的耦合理论
2.4 材料填充型光子晶体光纤偏振滤波器和传感器的基本原理
2.5 光子晶体光纤的填充方法
2.6 本章小结
第3章 镀金膜大空气孔调制的光子晶体光纤偏振滤波器研究
3.1 引言
3.2 气孔六边形排列光子晶体光纤偏振滤波器设计
3.2.1 光纤结构设计
3.2.2 耦合现象
3.2.3 结构优化
3.3 气孔正方形排列光子晶体光纤偏振滤波器设计
3.3.1 光纤结构设计
3.3.2 结构优化
3.4 本章小结
第4章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤宽带滤波器研究
4.1 引言
4.2 圆形气孔六边形排列金膜调制光纤宽带滤波器设计
4.2.1 模型结构
4.2.2 输出结果与讨论分析
4.3 椭圆气孔六边形排列金线调制光纤宽带滤波器设计
4.3.1 模型结构
4.3.2 输出结果与讨论分析
4.4 本章小结
第5章 基于金覆膜的高灵敏度光子晶体光纤传感器研究
5.1 引言
5.2 基于金覆膜的D型光纤折射率传感器设计
5.2.1 模型结构
5.2.2 基本理论
5.2.3 输出结果与讨论分析
5.3 基于金覆膜的D型光纤温度传感器设计
5.3.1 模型结构
5.3.2 输出结果与讨论分析
5.4 基于金覆膜的外部镀金光纤温度传感器设计
5.4.1 模型结构
5.4.2 输出结果与讨论分析
5.5 本章小结
第6章 填充型光子晶体光纤温度传感的实验测试与性能分析
6.1 引言
6.2 实验设计与光路搭建
6.3 酒精填充的七芯光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.4 酒精填充的空芯光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.5 酒精填充的银线光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.6 D型银覆膜光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器[J]. 高晓丹,彭建坤,吕大娟. 红外与激光工程. 2018(01)
[2]Liquid modified photonic crystal fiber for simultaneous temperature and strain measurement[J]. CHUPAO LIN,YING WANG,YIJIAN HUANG,CHANGRUI LIAO,ZHIYONG BAI,MAOXIANG HOU,ZHENGYONG LI,YIPING WANG. Photonics Research. 2017(02)
[3]分光比可调的光子晶体光纤耦合器[J]. 王兆芳,卜胜利,苏德龙,毛连敏. 光学学报. 2017(03)
[4]基于氮化钛薄膜表面等离子体共振特性的双芯光子晶体光纤温度传感器（英文）[J]. 白育堃,马颖,魏仁霄. 光子学报. 2016(08)
[5]光子晶体光纤压力传感器光源方案设计[J]. 余先伦,屈勇,张仔兵,舒纯军. 激光杂志. 2014(10)
[6]中红外高双折射高非线性宽带正常色散As2S3光子晶体光纤[J]. 王晓琰,李曙光,刘硕,张磊,尹国冰,冯荣普. 物理学报. 2011(06)
[7]环形结构塑料光子晶体光纤色散特性分析[J]. 张志龙,陈明阳,关铁山,于荣金. 光电子技术. 2005(03)
博士论文
[1]高双折射光子晶体光纤偏振器件的优化设计及性能分析[D]. 窦超.燕山大学 2018
[2]新型光子晶体光纤的数值模拟[D]. 陈明阳.燕山大学 2004
硕士论文
[1]基于表面等离子体共振光子器件的研究[D]. 王彪.天津理工大学 2018
[2]基于表面等离子体共振的光子晶体光纤特性研究[D]. 韩雅.华中科技大学 2015
[3]基于表面等离子体共振和定向耦合的光子晶体光纤传感[D]. 吴静.南京邮电大学 2015
[4]基于SPR原理的熔锥型光纤偏振器研究[D]. 陈金鹏.黑龙江大学 2014
[5]基于光子晶体光纤的表面等离子共振传感器的研究[D]. 伏祥勇.天津大学 2012
[6]光子晶体光纤的数值模拟[D]. 李书婷.西北大学 2008
[7]光子晶体光纤的数值模拟及特性分析[D]. 刘斌.华中科技大学 2005
本文编号：3687736
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 光子晶体光纤概述
1.1.1 光子晶体光纤简介及发展
1.1.2 表征光子晶体光纤特性的几个关键参量
1.1.3 光子晶体光纤的制造方法
1.1.4 光子晶体光纤的仿真方法
1.2 表面等离子体共振技术的研究进展
1.2.1 表面等离子体共振简介
1.2.2 表面等离子体共振实现方法
1.2.3 表面等离子体共振研究进展
1.3 光子晶体光纤偏振滤波器和传感器的研究进展
1.3.1 光子晶体光纤偏振滤波器研究进展
1.3.2 光子晶体光纤传感器研究进展
1.4 目前存在的问题及本文研究的必要性
1.5 论文的主要研究内容
第2章 填充型光子晶体光纤功能器件研究的基本理论
2.1 光纤中的光波传输场理论和有限元法
2.2 表面等离子体共振原理
2.2.1 倏逝波与表面等离子体激元
2.2.2 表面等离子体激元的色散
2.2.3 表面等离子体共振条件
2.3 光纤芯模与等离子体模的耦合理论
2.4 材料填充型光子晶体光纤偏振滤波器和传感器的基本原理
2.5 光子晶体光纤的填充方法
2.6 本章小结
第3章 镀金膜大空气孔调制的光子晶体光纤偏振滤波器研究
3.1 引言
3.2 气孔六边形排列光子晶体光纤偏振滤波器设计
3.2.1 光纤结构设计
3.2.2 耦合现象
3.2.3 结构优化
3.3 气孔正方形排列光子晶体光纤偏振滤波器设计
3.3.1 光纤结构设计
3.3.2 结构优化
3.4 本章小结
第4章 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤宽带滤波器研究
4.1 引言
4.2 圆形气孔六边形排列金膜调制光纤宽带滤波器设计
4.2.1 模型结构
4.2.2 输出结果与讨论分析
4.3 椭圆气孔六边形排列金线调制光纤宽带滤波器设计
4.3.1 模型结构
4.3.2 输出结果与讨论分析
4.4 本章小结
第5章 基于金覆膜的高灵敏度光子晶体光纤传感器研究
5.1 引言
5.2 基于金覆膜的D型光纤折射率传感器设计
5.2.1 模型结构
5.2.2 基本理论
5.2.3 输出结果与讨论分析
5.3 基于金覆膜的D型光纤温度传感器设计
5.3.1 模型结构
5.3.2 输出结果与讨论分析
5.4 基于金覆膜的外部镀金光纤温度传感器设计
5.4.1 模型结构
5.4.2 输出结果与讨论分析
5.5 本章小结
第6章 填充型光子晶体光纤温度传感的实验测试与性能分析
6.1 引言
6.2 实验设计与光路搭建
6.3 酒精填充的七芯光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.4 酒精填充的空芯光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.5 酒精填充的银线光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.6 D型银覆膜光子晶体光纤的温度传感特性研究
6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器[J]. 高晓丹,彭建坤,吕大娟. 红外与激光工程. 2018(01)
[2]Liquid modified photonic crystal fiber for simultaneous temperature and strain measurement[J]. CHUPAO LIN,YING WANG,YIJIAN HUANG,CHANGRUI LIAO,ZHIYONG BAI,MAOXIANG HOU,ZHENGYONG LI,YIPING WANG. Photonics Research. 2017(02)
[3]分光比可调的光子晶体光纤耦合器[J]. 王兆芳,卜胜利,苏德龙,毛连敏. 光学学报. 2017(03)
[4]基于氮化钛薄膜表面等离子体共振特性的双芯光子晶体光纤温度传感器（英文）[J]. 白育堃,马颖,魏仁霄. 光子学报. 2016(08)
[5]光子晶体光纤压力传感器光源方案设计[J]. 余先伦,屈勇,张仔兵,舒纯军. 激光杂志. 2014(10)
[6]中红外高双折射高非线性宽带正常色散As2S3光子晶体光纤[J]. 王晓琰,李曙光,刘硕,张磊,尹国冰,冯荣普. 物理学报. 2011(06)
[7]环形结构塑料光子晶体光纤色散特性分析[J]. 张志龙,陈明阳,关铁山,于荣金. 光电子技术. 2005(03)
博士论文
[1]高双折射光子晶体光纤偏振器件的优化设计及性能分析[D]. 窦超.燕山大学 2018
[2]新型光子晶体光纤的数值模拟[D]. 陈明阳.燕山大学 2004
硕士论文
[1]基于表面等离子体共振光子器件的研究[D]. 王彪.天津理工大学 2018
[2]基于表面等离子体共振的光子晶体光纤特性研究[D]. 韩雅.华中科技大学 2015
[3]基于表面等离子体共振和定向耦合的光子晶体光纤传感[D]. 吴静.南京邮电大学 2015
[4]基于SPR原理的熔锥型光纤偏振器研究[D]. 陈金鹏.黑龙江大学 2014
[5]基于光子晶体光纤的表面等离子共振传感器的研究[D]. 伏祥勇.天津大学 2012
[6]光子晶体光纤的数值模拟[D]. 李书婷.西北大学 2008
[7]光子晶体光纤的数值模拟及特性分析[D]. 刘斌.华中科技大学 2005
本文编号：3687736
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