中期檢查初稿

新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用報(bào)告人：劉旭安指導(dǎo)老師：吳根柱

2011.11.26碩士論文中期檢查InstituteofInformationOpticsZhejiangNormalUniversity22:17:112/42目錄新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用2.

PCF原理及模擬計(jì)算方法的介紹1.緒論

3.基于三孔單元的高雙折射PCF

4.雙芯型特種光纖的折射率傳感InstituteofInformationOptics5.總結(jié)與展望22:17:113/42一.緒論碩士論文中期檢查（1）.概述光子晶體光纖（PhotonicCrystalFiber，PCF）折射率導(dǎo)模型光子晶體光纖(TIR-PCF)光子帶隙型光子晶體光纖（photonicbandgap，PBG）折射率導(dǎo)模型PCF：將光子晶體及缺陷結(jié)構(gòu)引入光纖中而形成的二元光子晶體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為石英光纖中軸向均勻，截面為周期性排列空氣孔。折射率導(dǎo)模型PCF導(dǎo)光原理：InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用22:17:114/42（1）.概述碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用幾種光子晶體光纖實(shí)物22:17:115/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用（1）.概述PCF的幾種特有特性（與傳統(tǒng)光纖相比）高雙折射，平坦色散，單偏振單模，低非線性及大有效模面積。高雙折射PCF的幾種應(yīng)用:

光纖傳感，光纖濾波器，光纖通信等PCF雙折射：22:17:116/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用（2）.高雙折射PCF的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展

依照文獻(xiàn)研究的PCF的特點(diǎn)，可以歸納為以下四類實(shí)現(xiàn)方法:第一類是在纖芯附近引入局部非對(duì)稱性的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)第二類是具有各向異性包層的光子晶體光纖第三類是具有微結(jié)構(gòu)纖芯的光子晶體光纖22:17:117/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用第一類是在纖芯附近引入局部非對(duì)稱性的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)該高雙折射PCF采用減小中間一排空氣孔的方法,獲得了高達(dá)3.7×10-3的雙折射A.Ortigosa-Blanch,J.C.Knight等，”Highlybirefringentphotoniccrystalfibers”，September15,2000/Vol.25,No.18/OPTICSLETTERS22:17:118/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用該高雙折射PCF是由缺失的兩個(gè)空氣孔組成纖芯,形成光纖折射率分布的二階對(duì)稱性。其主要參數(shù)為雙折射大于0.001，零色散波長(zhǎng)為700nm。TheisP.Hansen,JesBroeng等人，“HighlyBirefringentIndex-GuidingPhotonicCrystalFiber”,IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.13,NO.6,JUNE200122:17:119/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用第二類是具有各向異性包層的光子晶體光纖AndrewMichie,JohnCanning等人,”

Temperatureindependenthighlybirefringentphotoniccrystalfibre”,18October2004/Vol.12,No.21/OPTICSEXPRESS5160M.J.SteelandR.M.Osgood等人,”PolarizationandDispersivePropertiesofElliptical-HolePhotonicCrystalFibers”,JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.19,NO.4,APRIL200122:17:1110/42一.緒論碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用右圖橢圓型空氣孔高雙折射PCF是由哥倫比亞大學(xué)提出的橢圓孔高雙折射PCF。該P(yáng)CF具有極高的雙折射(可達(dá)0.01量級(jí)以上),并具有可調(diào)的色散特性,零群速度差等優(yōu)點(diǎn).然而由于制作上的困難,實(shí)際制作獲得的橢圓孔光子晶體光纖的雙折射僅在10-5量級(jí)。橢圓型空氣孔高雙折射PCF的實(shí)物圖22:17:1111/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用第二類是具有各向異性包層的光子晶體光纖DaruChen,andGenzhuWu,”Highlybirefringentphotoniccrystalfiberbasedonadouble-holeunit”,APPLIEDOPTICS/Vol.49,No.9/20March2010.22:17:1112/42一.緒論碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用第三類是具有微結(jié)構(gòu)纖芯的光子晶體光纖DaruChenandLinfangShen,”UltrahighBirefringentPhotonicCrystalFiberWithUltralowConfinementLoss”IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.19,NO.4,FEBRUARY15,200722:17:1113/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用DaruChen,“OPTICALPROPERTIESOFPHOTONICCRYSTALFIBERSWITHAFIBERCOREOFARRAYSOFSUB-WAVELENGTHCIRCULARAIRHOLES:BIREFRIN-GENCEANDDISPERSION”,ProgressInElectromagneticsResearch,Vol.105,193{212,2010.第三類是具有微結(jié)構(gòu)纖芯的光子晶體光纖22:17:1114/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用論文主要工作：2.有關(guān)高雙折射PCF選題意義及國(guó)內(nèi)外進(jìn)展3.PCF模擬計(jì)算原理與方法的介紹1.光子晶體光纖概念，特性的介紹4.基于三孔單元的高雙折射PCF的介紹6.總結(jié)與展望5.雙芯型特種光纖的折射率傳感

22:17:1115/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計(jì)算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的計(jì)算原理高雙折射PCF計(jì)算方程：式中，分別為PCF的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。為PCF的磁場(chǎng)強(qiáng)度；和TEXTTEXTTEXT高雙折PCF計(jì)算方法：有限元法（FEM）特點(diǎn)：精度高，適用于截面的不規(guī)則—空氣孔的不同形狀，材料的不同折射率的情況。22:17:1116/42TEXTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計(jì)算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用有限元法基本思想：用許多子域來代表整個(gè)連續(xù)域，每個(gè)子域中未知函數(shù)用帶有未知系數(shù)的差值函數(shù)來表示，得到一組代數(shù)方程組。有限元法步驟：1.子域劃分2.插值函數(shù)選擇3.方程組建立4.方程組求解有限元方法計(jì)算軟件：COMSOLMultiphysics3.41.高雙折射PCF的計(jì)算原理22:17:1117/42TEXTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計(jì)算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用高雙折射PCF吸收邊界條件：完美匹配層(PML)ⅢⅡⅠⅢⅢⅢⅡⅠ計(jì)算區(qū)域PML參數(shù)：區(qū)域Ⅰ區(qū)域Ⅱ區(qū)域Ⅲ其中：1.高雙折射PCF的計(jì)算原理22:17:1118/42XTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計(jì)算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用（2）.高雙折射PCF計(jì)算原理：雙折射PCF兩偏振折射率差：雙折射PCF限制損耗：雙折射PCF的色散：2.高雙折射PCF的特性22:17:1119/42TEXTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics三.基于三孔單元的高雙折射PCF新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用HighlybirefringentphotoniccrystalfiberbasedonaThree-holeunit22:17:1120/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics三.基于三孔單元的高雙折射PCF新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析Inset:profilesoftheelectricfieldofthey-polarizedfundamentalmodesatnormalizedfrequency

fortheproposedEH-PCF(left),theDH-PCF(central)andtheTH-PCF(right).22:17:1121/42碩士論文中期檢查Institu2121teofInformationOptics三.基于三孔單元的高雙折射PCF新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析22:17:1122/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics三.基于三孔單元的高雙折射PCF新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析22:17:1123/42三.基于三孔單元的高雙折射PCF碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析22:17:1124/42InstituteofInformationOptics1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析三.基于三孔單元的高雙折射PCF碩士論文中期檢查新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用22:17:1125/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用三.基于三孔單元的高雙折射PCF2.結(jié)論提出了一種新型的高雙折射PCF，該新型PCF可以實(shí)現(xiàn)高雙折射，低損耗。與橢圓型和雙孔型高雙折射PCF相比具有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：1.與橢圓型高雙折射PCF相比，該P(yáng)CF更容易制造，以目前的制造技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。3.與橢圓型及雙孔型高雙折射PCF相比，該P(yáng)CF具有更好的設(shè)計(jì)靈活度。特別是通過改變中間空氣孔的尺寸，可以很好的控制該P(yáng)CF的特性。2.與橢圓型及雙孔型高雙折射PCF相比，在相同的空氣填充率條件下，該P(yáng)CF具有更高的雙折射，更低的損耗。22:17:1126/42四.雙芯型特種光纖的折射率傳感碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用1.雙芯型特種光纖的結(jié)構(gòu)及折射率傳感特性Designofadual-corefiberforrefractiveindexsensing其傳感機(jī)制為：雙芯小孔光纖的兩個(gè)纖芯之間的模耦合對(duì)光纖中心小孔內(nèi)的折射率變化很敏感，這使得該小孔內(nèi)折射率和雙芯小空氣孔光纖其中一個(gè)纖芯的輸出頻譜之間有一個(gè)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系22:17:1127/42四.雙芯型特種光纖的折射率傳感碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用1.雙芯型特種光纖的結(jié)構(gòu)及折射率傳感特性22:17:1128/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用四.雙芯型特種光纖的折射率傳感

2.總結(jié)提出了一種新型的折射率傳感型特種光纖，該新型光纖具有兩個(gè)纖芯，兩纖芯中間有一個(gè)微空氣孔，兩纖芯的光場(chǎng)會(huì)進(jìn)行耦合，通過改變微空氣孔的折射率，兩纖芯中間光場(chǎng)耦合度不同，檢測(cè)出來的光譜也就不同。該新型光纖具有以下特點(diǎn)：1.該光纖可以進(jìn)行微管道折射率傳感。2.該光纖可以很容易制造，不需要飛秒激光器進(jìn)行加工，也不需要蝕刻方法來制造。22:17:1129/42五.總結(jié)與展望1.總結(jié)碩士論文中期檢查Inst