光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化(间隙孔半径、层数)与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

新型光子晶体光纤传感器的基础研究

光子晶体光纤因其独特的光学特性、结构可灵活设计的优点以及对空气孔中填充的材料参量变化敏感的特点而成为近几年来传感领域的研究热点。该课题对填充金属纳米材料、气体、液体等材料的光子晶体光纤的光谱特性、温度传感特性及光子晶体光纤光栅的成栅机理进行了深入的研究,得到了一些很有价值的结论,为基于PCF的传感器的实现与应用及进一步拓宽光纤的原有领域奠定了良好的基础。(1)设计了一种有源PCF-SPR传感器,其特点是将有源内腔检测技术与表面等离子共振相结合,利用一根包层气孔充入金属纳米线溶液纤芯掺杂激活介质的光子晶体光纤实现探测激光产生、信息传感及光信号传输集一体的有源传感,并且由于纤芯的折射率可达到1.58,从而也拓宽了PCF-SPR传感器的探测范围。(2)针对在PCF气孔镀金属纳米膜的工艺较难的情况,实验上采用填充Ag纳米线悬浮液的方法实现了PCF-SPR温度传感,实验结果与仿真结果变化趋势一致,此方案可保持PCF用于表面等离子共振传感器的某些优点又简化了工艺操作。(3)设计了一种聚合物光子晶体光纤用于表面等离子共振传感器,这种光纤采用聚甲基丙烯酸甲酯制作,金属膜只需镀在光纤的外部,方便操作。仿真模拟结果表明,聚合物PCF半径、中心空气孔数量及空气孔的直径对波长灵敏度的影响很小,这样降低了对PCF制作的精密度的要求,有利于PCF的实际制作。(4)研究了一种基于混合液体填充的反射式光子晶体光纤温度传感探头,这种结构使得传感部分可以方便的伸入待测环境,相对于透射式传感装置而言,该种反射装置具有更为灵活实用的优点。实验结果表明,该种光子晶体光纤温度传感器可以在特定温度范围内呈现线性响应,其温度灵敏度约为1 d B/°C。此外,根据不同的溶液配比,该种传感器呈现可调谐的温度灵敏区间。(5)对由光子晶体光纤光栅组成的新型生物传感器特性进行了研究,重点对光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响进行了分析,研究结果表明,随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小,其谐振波长向短波方向发生漂移,随着周期个数的增大,其谐振波长未发生明显漂移。     

长周期光子晶体光纤光栅折射率传感

长周期光子晶体光纤光栅使得光纤芯模与同向传输的包层模发生耦合。溶液或气体可以渗入光子晶体光纤的空气孔中,影响光纤包层模,从而可利用光纤光栅的传输谱监测被测物的化学性质。本文综述了光子晶体光纤光栅的制作以及长周期光纤光栅在生物化学中的传感应用。     

光子晶体光纤熔接热源偏移量的研究

在光子晶体光纤的熔接过程中,由于包层空气孔大小及结构的不同,使得熔接时热源的功率和位置均不同,使得加热过程更为复杂.本文在对待熔的光子晶体光纤的热传导特性研究基础上,通过三维热传导仿真研究光子晶体光纤熔接过程中的最佳偏移量.通过仿真分析和实验研究表明:本文提出的方法可以用于计算光子晶体光纤的最佳熔接条件,从而完成光子晶体光纤与传统单模光纤间的低损耗熔接.     

带隙型光子晶体光纤及其分析方法

光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤,其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性,其在光通信领域具有极大的应用前景。文章从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征,通过引入光子晶体光纤的概念,介绍了光子带隙型与全内反射型光子晶体光纤的基本结构及导光原理。同时文章简要分析了带隙型光子晶体光纤的各种主要理论研究方法,并对其做出了相应的评价。     

双芯复合正方形格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合正方形格点负色散光子晶体光纤,其包层是在纯硅背景上分布着两种大小不同的按正方形格点排列的空气孔,芯区是由掺杂的高折射率材料构成.为了实现负色散,移去了包层中第三层空气孔.采用频域有限差分法对其负色散特性进行的分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散.当内芯半径取0.95μm,空气孔间距取2.05μm,大小空气孔直径分别取1.9μm、1.2μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200nm.这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿.     

色散补偿光子晶体光纤的设计

由于光纤的色散严重限制了高速信号的传输,在长距离数据传输系统中必须得到补偿.本文利用矢量有效折射率方法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行了数值模拟.通过模拟,发现了光子晶体光纤包层结构参量与其色散之间的关系,并且通过对包层空气孔节距∧、包层空气孔直径碱包层的空气填充率,等参数的优化,得到了低至-978.34 ps/(km·nm)的色散值,其补偿能力远大于常规色散补偿光纤.     

光子晶体光纤瑞利散射特性分析

基于全矢量有限元方法,建立了光子晶体光纤瑞利散射损耗的数值分析模型,并分析了该模型对与制作工艺相关的瑞利散射系数、与结构相关的空气孔间距及空气孔直径等参量对空气孔正六边形排列光子晶体光纤瑞利散射损耗特性的影响.分析结果表明:在相同波长下,瑞利散射损耗随着瑞利散射系数的增大而增大;在空气孔间距Λ一定而空气孔直径d增大或d一定而Λ增大时,瑞利散射损耗均减小.     

光纤激光器的发展与应用

本文对光纤激光器的现状、发展和应用进行了综述。光纤激光器从掺杂稀土元素发展到掺杂过渡族金属元素;掺杂方法从单纯化学气相沉积(Chemical VaporDeposition,CVD)发展到气相、液相、溶胶-凝胶(sol-gel)和改进的化学沉积(MCVD)等;光纤结构从单包层、双包层到今天的多芯双包层光子晶体光纤;激光功率已经到几十千瓦,光子晶体光纤激光器的功率也已超过1.5 kW。目前,它们广泛应用于造船、航天、机械、电器、汽车、化工等多个领域。新光纤技术的成功,必将推动多种产业的快速发展。     

正方形多芯光子晶体光纤的有限元分析

从Helmholtz方程出发,通过全矢量有限单元法及移位迭代算法,完成了对正方形多芯光子晶体光纤同位相超模的数值模拟分析,详细分析了工作波长、包层空气占空比和两类空气孔直径对五芯光子晶体光纤的同位相超模的影响,结果表明光纤结构是影响纤芯之间模场形态的重要因素,通过优化纤芯间不同类型的空气孔直径,能实现多芯光子晶体光纤同位相超模场的各纤芯等振幅输出.     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发,简要分析了PCF的导光原理与单模特性,探讨了基于PCF的光纤光栅的稳定性,基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能,以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理,从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

光子晶体光纤光栅在传感器系统中应用研究

光子晶体光纤光栅是一种新型的无源器件,可广泛用于光纤通信系统、光脉冲压缩、传感器及滤波装置中.采用耦合模理论对光脉冲在光子晶体光纤光栅中传播进行分析,给出光子晶体光纤光栅的制作方案,提出了光子晶体光纤光栅在压力传感器、折射率传感器、应变传感器和射流传感器等方面的具体应用.光子晶体光纤光栅对温度的敏感性比传统单模光纤传感器要低2至3个数量级,光子晶体光纤光栅传感器系统不需要温度补偿,传感器系统更为简洁而具备充分的优越性.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

光子晶体光纤熔接机理的研究

光子晶体光纤（PCF,Photonic Cpystal Fiber）的熔接技术为PCF产品的应用和开发提供了条件。本文主要介绍了影响PCF熔接的主要因素，比较了传统电弧熔接方法和激光熔接方法的优缺点，阐述了激光熔接的基本原理和工作流程，为PCF激光熔接机的制作打下基础。     

纳米掺杂空芯光子晶体光纤传感器的特性分析

基于现有Comsol Muhiphysics软件,分析了圆形掺杂空芯光子晶体光纤的损耗特性随小孔孔径变化以及所掺物质改变时变化曲线,结果表明,圆形掺杂空芯光子晶体光纤入射波长在900nm至1000nm及1300nm与1480nm范围内具有较好的损耗特性,为进一步探讨掺杂空芯光子晶体光纤的传输特性提供了理论依据和参考.     

光纤Bragg光栅的制作及其应用

光纤Bragg光栅是一种新型的光无源器件,伴随着制作技术的成熟,已成为当今的研究热点问题。根据学校对光纤Bragg光栅所开展的研究,该文介绍了光纤Bragg光栅的制作方法、在光纤激光器中的应用以及光纤Bragg光栅传感器测重实验。指出高校应紧紧围绕科技前沿研究开设实验,以达到开阔学生视野,培养社会急需高科技人才的目的。     

化学蚀刻在光纤光栅低频微振加速度传感器中的应用

介绍了一种自行研究应用双光纤光栅作为传感元件的加速度传感器制作方案，在理论上论证了使用双光纤光栅对加速度的测量具有不受温度影响和增加灵敏度的优点。同时，分析了化学蚀刻在Si晶体上制作光纤光栅加速度传感器的具体工作过程，以及残余应力对传感器的影响。     

High pulse energy femtosecond large-mode-area photonic crystal fiber laser

A high pulse energy femtosecond fiber laser based on a large-mode-area photonic crystal fiber is demonstrated. A segment of Yb-doped single-polarization large-mode-area photonic crystal fiber with extremely low nonlinearity is explored as gain media of this fiber laser, resulting in intrinsically envi- ronmentally stability. The fiber laser is based on a linear cavity with dispersion compensation free con- figuration, and the stable mode-locking is obtained by a semiconductor saturable absorber mirror （SESAM）. The fiber laser directly generates 2.5 W of average power at a repetition rate of 51.4 MHz, corresponding to a single pulse energy of 50 nJ. The output pulse duration is 4.2 ps, which is dechirped to 410 fs after extracavity dispersion compensation. The nonlinear absorption of SESAM determines the pulse shaping at low output power, while the mode-locking mechanism is under the balance between spectrum broadening from self-phase-modulation and gain filtering at the high output power.