PCF热传导与形变机理及在熔接和光栅制备中的应用研究

发布时间：2017-05-25 09:02

  本文关键词：PCF热传导与形变机理及在熔接和光栅制备中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光子晶体光纤是一种新型光纤,也称为微结构光纤或多孔光纤,由于其包层排列有周期性或随机性分布的微米量级的空气孔,使其具有很多普通光纤所没有的奇异特性,如高非线性、色散可控性、高双折射性、无限单模特性和大单模模场等特性,利用这些特性学者们制作了各种传感器、激光器、色散补偿器和陀螺仪等光纤器件。在光纤器件的研发过程中均涉及对光纤的热熔的控制,而对热熔中光子晶体光纤的热传导特性和热致空气孔的形变特性的系统研究却未见报导。为此,本文提出对二氧化碳激光光场作用的光子晶体光纤热传导和空气孔形变机理进行研究,建立光子晶体光纤的热传导及空气孔形变模型,并将此应用于光子晶体光纤的熔接和光栅制备中。本文的主要研究内容如下:首先,研究光子晶体光纤的三维瞬态热传导模型。论文从基本热传导方程出发,分析光子晶体光纤在热源作用下温度场沿径向与轴向的分布规律;研究温度场作用下的空气孔形变模型,分析不同加热方式对光纤空气孔形变的影响规律。其次,研究二氧化碳激光作用下光子晶体光纤热传导和空气孔形变模型在光纤熔接中的应用,重点研究熔接能量、熔接偏移量等熔接条件与光子晶体光纤结构参数之间的动态关系,并给出理论计算公式,为光子晶体光纤的实际熔接奠定理论基础。同时搭建二氧化碳熔接系统,通过熔接实验验证理论的指导意义。然后,研究二氧化碳激光作用下光子晶体光纤传导和空气孔形变模型在光子晶体光纤的长周期光栅制备中的应用。在非对称加热的温度场分布下,研究无空气孔塌陷的光子晶体光纤长周期光栅新的制备方法,提出利用周期性扭转引入光纤横截面切向应力,引入折射率的周期性调制的方法形成光栅。论文从理论上分析这种光栅的形成机理及光谱特性;研究如何控制二氧化碳激光能量,使光子晶体光纤在刻栅制备时既达到热熔点又不会造成空气孔的塌陷,为扭转长周期光栅制备提供理论指导。最后,搭建制备扭转长周期光栅实验系统,研究扭转法制备光子晶体光纤长周期光栅制备技术及工艺参数。以实现光子晶体光纤扭转长周期光栅的制备,再将其与传统热激法制备的光子晶体光纤长周期光栅性能进行对比,在此基础上研究扭转长周期光栅的传感特性。
【关键词】：光子晶体光纤 二氧化碳激光 热传导 空气孔形变 熔接 长周期光栅
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 选题意义12
• 1.2 光子晶体光纤特性及应用的研究现状12-16
• 1.2.1 PCF宽带单模特性及应用13
• 1.2.2 PCF大模场面积特性及应用13-14
• 1.2.3 高非线性特性及应用14-15
• 1.2.4 色散可调特性及应用15
• 1.2.5 高双折射特性及应用15-16
• 1.3 光子晶体光纤熔接技术的研究现状16-19
• 1.3.1 理论研究17
• 1.3.2 实验研究17-19
• 1.4 光子晶体光纤长周期光栅制备技术的研究现状19-23
• 1.5 存在问题23
• 1.6 主要研究内容23-25
• 第2章 PCF热传导模型的建立25-40
• 2.1 引言25
• 2.2 CO_2激光及其特性25-29
• 2.2.1 CO_2激光能量分布26-28
• 2.2.2 CO_2激光束的特点28-29
• 2.3 热传导方程理论基础29-31
• 2.3.1 几何条件30
• 2.3.2 物理条件30
• 2.3.3 时间条件30-31
• 2.3.4 边界条件31
• 2.4 PCF的三维瞬态热传导模型31-39
• 2.4.1 PCF热传导空间有限元方程33-38
• 2.4.2 PCF热传导时间域有限差分方法38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 CO_2激光作用下的PCF温度场分布与形变模型40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 理论模型40-42
• 3.3 CO_2激光对称加热PCF空气孔形变42-48
• 3.3.1 对称加热温度场分布42-46
• 3.3.2 对称加热空气孔形变46-48
• 3.4 CO_2激光非对称加热PCF空气孔形变48-51
• 3.4.1 非对称加热的温度场分布48-50
• 3.4.2 非对称加热的空气孔形变50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 PCF热传导与形变模型在熔接中的应用研究52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 两根PCF熔接的数值仿真分析52-56
• 4.2.1 熔接所需能量与PCF结构参数的关系53-54
• 4.2.2 温度场分布与空气孔排列的关系54-56
• 4.2.3 熔接所需激光功率的确定56
• 4.3 PCF与单模光纤熔接的数值仿真分析56-62
• 4.3.1 不同熔接偏移量时的温度分布57-60
• 4.3.2 熔接偏移量与PCF结构参数的关系60-61
• 4.3.3 熔接偏移量的确定61-62
• 4.3 PCF熔接实验及结果分析62-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 PCF热传导与形变模型在LPG制备中应用研究68-97
• 5.1 引言68
• 5.2 扭转LPG的几何模型68-69
• 5.3 PCF扭转LPG传输光谱的数值仿真分析69-80
• 5.3.1 耦合模理论基础70-74
• 5.3.2 扭转LPG的模式耦合74-76
• 5.3.3 传输光谱数值模拟76-78
• 5.3.4 传输光谱的性质78-80
• 5.4 扭转LPG的制备系统80-84
• 5.4.1 实验系统80-81
• 5.4.2 CO_2激光器加热系统设计81-83
• 5.4.3 旋转平台设计83-84
• 5.5 扭转LPG制备系统的调试84-89
• 5.5.1 扭转角度的确定84-88
• 5.5.2 系统可行性验证88-89
• 5.6 PCF扭转长周期光纤光栅89-96
• 5.6.1 PCF扭转长周期光栅的制备89-91
• 5.6.2 扭转PCF光栅工艺参数对传输光谱的影响91-92
• 5.6.3 PCF扭转LPG与常规LPG的对比92-94
• 5.6.4 扭转长周期光栅传感特性94-96
• 5.7 本章小结96-97
• 结论97-98
• 参考文献98-109
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果109-110
• 致谢110-111
• 作者简介111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 桑新柱;余重秀;Islam M K;;高非线性光子晶体光纤与单模光纤之间的熔接及其损耗分析[J];半导体光电;2005年06期

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本文编号：393230