光子晶體光纖光柵傳感特性的研究

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1、南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文光子晶體光纖光柵傳感特性的研究姓名：劉耀輝申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：光學(xué)工程指導(dǎo)教師：施偉華2011-03-01南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文摘要摘要光纖光柵是最重要的光無源器件之一，通過在光纖的纖芯建立一種空間周期性折射率分布的結(jié)構(gòu)，光纖光柵能夠改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為方式，在光通信和光傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。近年來，光子晶體光纖的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展，為光纖光柵技術(shù)的進一步發(fā)展提供了新的平臺。通過調(diào)整光子晶體光纖的空氣孔層數(shù)、占空比和纖芯直徑可以改變光子晶體光纖內(nèi)傳輸模式的有效

2、折射率，從而可以靈活控制光子晶體光纖光柵的光譜特性，光子晶體光纖光柵光譜的多諧振峰以及對應(yīng)力和溫度等物理量的高靈敏性，在高精度、多參數(shù)、分布式傳感中表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。本論文研究了光子晶體光纖光柵的基本特性，從理論角度討論了光子晶體光纖光柵在傳感中的應(yīng)用。首先基于光柵的耦合模理論和光子晶體光纖的等效折射率法建立了研究光子晶體光纖光柵的理論模型；然后采用傳輸矩陣方法對光子晶體光纖光柵光譜進行了仿真計算，分析了光子晶體光纖和光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)對光子晶體光纖光柵光譜的影響，從光子晶體光纖光柵的諧振條件出發(fā)仿真計

3、算了光子晶體光纖光柵的溫度和應(yīng)力傳感特性，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳感靈敏度的影響。結(jié)果表明：光子晶體光纖和光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響了光譜諧振峰的諧振波長和反射率，光子晶體光纖光柵的溫度和應(yīng)力靈敏系數(shù)隨著占空比的增大而增大，隨著纖芯直徑的增大而減小；最后本文基于光子晶體光纖長周期光柵提出了一種雙參量傳感器，實現(xiàn)了溫度和應(yīng)力的同時傳感，其兩個諧振峰的溫度靈敏度達到1.93nm/℃、3.56nm/℃，應(yīng)力靈敏度達到0.0054nm/με、0.0058nm/με。關(guān)鍵詞：光子晶體光纖，光纖光柵，模式耦合，光纖光柵傳感，多參

4、量傳感I南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文AbstractAbstractFibergratingisoneofthemostimportantopticalpassivecomponents.Bycreatingaperiodicrefractiveindexdistributionstructureinthefibercorethespreadbehavioroflightthroughthefibercanbecontroledbythefibergrating.Theuniquenatureofth

5、efiberBragggratingcanbeusedinthefieldofopticalcommunicationandopticalsensing.RecentlytheemergenceanddevelopmentofphotoniccrystalfiberPCFprovidesanewplatformforthefibergrating.Theeffectiverefractiveindexofthetransmissionmodecanbeadjustedbytheairholelayers

6、airfillingfactorandcorediameterofPCFthenthespectralcharacteristicsofthephotoniccrystalfibergratingPCFGcanbecontroledthesenovelcharacteristicsofPCFGcanbeappliedwidely.Themulti-peakstructureandhighsenstivityofPCFGhaveshowngreatpotentialinthehigh-precisionm

7、ulti-parameteranddistributedsensingapplications.ThefundamentalpropertiesofPCFGareinvestigatedandthesensingpropertiesofPCFGarediscussedtheoretically.FirstlythetheoreticalresearchmodelisestablishedwhichbasedoncoupledmodetheoryandeffectiveindexmethodofPCF.A

8、ndthenthespectrumofPCFGissimulatedbythetransfermatrixmethodandthespectrumofPCFGinfluencedbythestructuralparametersofPCFandgratingisanalyzed.AccordingtotheresonanceconditionsofPCFGthesensingcharacteristicsoftemperatureandst