中期檢查初稿

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

2011.11.26碩士論文中期檢查InstituteofInformationOpticsZhejiangNormalUniversity02:20:462/42目錄新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用2.PCF原理及模擬計算方法的介紹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02:20:463/42一.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)計及其傳感應(yīng)用02:20:464/42（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)計及其傳感應(yīng)用幾種光子晶體光纖實物02:20:465/42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:02:20:466/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用（2）.高雙折射PCF的國內(nèi)外最新研究進展依照文獻研究的PCF的特點,可以歸納為以下四類實現(xiàn)方法:第一類是在纖芯附近引入局部非對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02:20:467/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用第一類是在纖芯附近引入局部非對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/OPTICSLETTERS02:20:468/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics一.緒論新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用該高雙折射PCF是由缺失的兩個空氣孔組成纖芯,形成光纖折射率分布的二階對稱性。其主要參數(shù)為雙折射大于0.001,零色散波長為700nm。TheisP.Hansen,JesBroeng等人,“HighlyBirefringentIndex-GuidingPhotonicCrystalFiber”,IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.13,NO.6,JUNE200102:20:469/42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,APRIL200102:20:4610/42一.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PCF具有極高的雙折射(可達(dá)0.01量級以上),并具有可調(diào)的色散特性,零群速度差等優(yōu)點.然而由于制作上的困難,實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。橢圓型空氣孔高雙折射PCF的實物圖02:20:4611/42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.9/20March2010.02:20:4612/42一.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,FEBRUARY15,200702:20:4613/42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02:20:4614/42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選題意義及國內(nèi)外進展3.PCF模擬計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

02:20:4615/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的計算原理高雙折射PCF計算方程:式中,分別為PCF的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。為PCF的磁場強度；和TEXTTEXTTEXT高雙折PCF計算方法:有限元法（FEM）特點: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。02:20:4616/42TEXTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用有限元法基本思想:用許多子域來代表整個連續(xù)域,每個子域中未知函數(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算軟件:COMSOLMultiphysics3.41.高雙折射PCF的計算原理02:20:4617/42TEXTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(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的計算原理02:20:4618/42XTTEXTTEXTTEXT碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理與模擬計算方法的介紹新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(yīng)用（2）.高雙折射PCF計算原理: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02:20:4619/42TEXTTEXTTEXTTEXT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)計及其傳感應(yīng)用HighlybirefringentphotoniccrystalfiberbasedonaThree-holeunit02:20:4620/42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).02:20:4621/42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)計及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析02:20:4622/42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)計及其傳感應(yīng)用1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析02:20:4623/42三.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)計及其傳感應(yīng)用

1.高雙折射PCF的結(jié)構(gòu)及其特性分析02:20:4624/42InstituteofInformationOptics1.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)計及其傳感應(yīng)用02:20:4625/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(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:1.與橢圓型高雙折射PCF相比,該PCF更容易制造,以目前的制造技術(shù)就可以實現(xiàn)。3.與橢圓型及雙孔型高雙折射PCF相比,該PCF具有更好的設(shè)計靈活度。特別是通過改變中間空氣孔的尺寸,可以很好的控制該PCF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PCF具有更高的雙折射,更低的損耗。02:20:4626/42四.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其傳感機制為:雙芯小孔光纖的兩個纖芯之間的模耦合對光纖中心小孔內(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纖芯的輸出頻譜之間有一個一一對應(yīng)的關(guān)系02:20:4627/42四.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02:20:4628/42碩士論文中期檢查InstituteofInformationOptics新型光子晶體光纖的設(shè)計及其傳感應(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纖芯，兩纖芯中間有一個微空氣孔，兩纖芯的光場會進行耦合，通過改變微空氣孔的折射率，兩纖芯中間光場耦合度不同，檢測出來的光譜也就不同。該新型光纖具有以下特點:1.該光纖可以進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行加工,也不需要蝕刻方法來制造。02:20:4629/42五.總結(jié)與展望1.總結(jié)碩士論文中期檢查InstituteofI