空芯光子晶体带隙光纤用于甲烷检测的研究

基于甲烷的光谱吸收理论,设计了一套利用空芯光子晶体带隙光纤(HC-PBGF)做传感气室的全光纤甲烷检测系统。根据HITRAN2012数据库和HAWKS软件确定甲烷的检测波长;利用气泵在HC-PBGF两端形成压力差来加快甲烷气体的扩散,利用反射镜延长光程至2倍;通过实验得到190 s后气体扩散完成,0.5 h内系统示值波动为0.012%,平均重复率为99.63%。最后配制0~2.5%浓度的甲烷气体进行浓度检测,得出甲烷浓度与相对吸收强度呈线性关系,线性度为99.92%。该系统成功实现了将HC-PBGF的空芯结构用于甲烷的吸收检测,加快了系统的响应速度,实现了仪器的小型化,使在线检测更加方便。

光子带隙光纤背向散射次波建模及实验验证

光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制,这使其具有传统光纤无法比拟的优点,是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波,会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小,论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度,进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10^(-9)/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10^(-9)/mm,初步验证了背向散射次波模型的正确性,为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。

空芯反谐振和光子带隙复合光纤的优化设计

空芯反谐振和光子带隙复合光纤是刚刚兴起的一种新型空芯微结构光纤。由于这种光纤可同时实现低损耗和单模传输的特点,所以可应用于光纤陀螺、光纤激光通信等领域。为了实现良好的单模性和低损耗,本文对此种光纤的基模和高阶模的限制和散射损耗进行了计算,通过优选光纤内包层气孔归一化内径d/D和内包层气孔壁厚度t,得到了当d/D=068,t=500nm时,在工作波长1500~1590nm范围,空芯反谐振和光子带隙复合光纤可实现良好的单模性和低损耗。

空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射特性研究

建立了空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射理论分析模型,采用全矢量有限元法研究了光纤残余双折射产生的原因,最后搭建实验平台对空芯带隙型光子晶体光纤的残余双折射进行测试,并对光纤双折射的波长依赖性和温度稳定性进行了探究。仿真与实验结果表明,纤芯残余形变是导致残余双折射的重要因素,残余双折射随纤芯椭圆率的增大而增大,同时残余双折射的波长依赖性显著,温度依赖系数为0.3×10^(-9)/℃。

空芯PBG光子晶体光纤带隙的结构

应用平面波法分析了三角形和正方形结构空芯PBG光子晶体光纤的带隙的分布特性,结果表明带隙宽度随着空气孔直径与周期的比值d/Λ增加而增大;要实现空气导光,空气孔直径与周期的比值d/Λ必须大于某一特定值,对于三角形结构该比值为0.6,而对于正方形结构该比值为0.96;用FDTD方法分析两种结构光纤的基模模场分布,结果表明在特定d/Λ的条件下,三角形结构比正方形结构PBG-PCF更容易实现纤芯导光.

空芯光子晶体光纤中光子带隙的测量

利用全矢量法对空芯光子晶体光纤的光子带隙的存在进行了数值模拟,并通过实验进行了证实。采用透射谱的方法对带隙型光子晶体光纤分别在可见光以及近红外波段进行了测量,光从光纤的一端注入,探测器从另一端接收,实验结果发现可见光附近没有明显的透射带,而在波长为2591nm处出现了一个很强的透射带,证明了光子带隙的存在,与理论模拟相一致,实验的重复性好。

传输2μm波段激光的多芯空芯光子带隙光纤的研究

2μm波段属于人眼波段,并且具有大气通信窗口,对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃,具有更宽的透光范围,并且可扩展到中红外波段,以配合2μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤,针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。

空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究

传统光纤包层中仅存在泄漏的倏逝波,能量较小,不利于包层传感的应用。增大包层中的能量,实现整体包层导光是提高光纤传感灵敏度的有效途径。从理论上分析了利用空芯带隙型光子晶体光纤(HC-PCF)包层进行导光的机理。在实验上选用带隙外的冷光源和激光对一种典型结构的HC-PCF进行了空气孔包层的导光实验,并利用折射率引导型光子晶体光纤和单模光纤进行对比实验。结果表明,带隙范围外光波在HC-PCF中传输时将不受禁带效应的约束泄露至包层中重新分布。包层中SiO2与空气孔的周期型结构将光波约束在高折射率介质中,实现HC-PCF整体空气孔包层中光波的稳定传输。PBG-PCF包层的整体导光在传感上有提高灵敏度的潜在价值。

三角形结构空芯PBG光子晶体光纤的带隙结构

用平面波法分析了三角形结构空芯PBG光子晶体光纤的带隙分布特性。结果表明:带隙宽度随着填充系数的增加而增大;而且随着包层孔中填充的介质的相对介电常数的增大,带隙宽度减小。在给定的归一化传播常数的条件下,带隙宽度有一从窄到宽再变窄的过程。适当增大包层基质折射率,在空气芯中导光的带隙数量增多,但包层基质折射率太大或太小都不利于空气中导光。

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图。重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙。通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大。最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤。

用于CO传感的空芯带隙型光子晶体光纤的研究

光纤气体传感器具有灵敏度高、防磁、防爆、远程控制等优点。而将空芯带隙型光子晶体光纤应用于气体传感,将使得气体传感与检测的灵敏度进一步提高。文章针对一氧化碳气体的特性及传感器对带隙型光子晶体光纤性能的要求,利用平面波展开法和矢量有限元法,通过分析计算,得出所需的光纤的基本参数,即纤芯的半径、空气孔的半径和间距,使其在纤芯中的传输率达到90%以上,其应用可以使传感器的检测灵敏度得以提高。

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算太赫兹频段旋电光子晶体带隙结构

用扩展Dirichlet-to-Neumann(DtN)映射方法计算太赫兹频段二维旋电光子晶体的带隙结构,由于DtN映射方法仅需在单元晶格的边界上进行离散,避免在其内部离散,因此减少了未知数的个数,使计算速度大幅度加快.首先,构造旋电光子晶体单元晶格的DtN映射;其次,将光子晶体的带隙结构问题转化为矩阵的特征值问题进行求解;最后,数值模拟验证用DtN映射方法计算旋电光子晶体带隙结构的有效性.

带隙型光子晶体光纤的研究进展

阐述了带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的发展历史、导光机制和三角形结构光子带隙光纤的特点;较全面地讨论了带隙型光子晶体光纤的特性;重点讨论了现有带隙型光子晶体光纤损耗较大的原因及进一步减小损耗的方法。

空芯光子带隙光纤及其传感技术

本文综述了空芯光子带隙光纤的独特性质,并介绍了近年来这类光纤在传感领域应用的新进展。光波在空气纤芯中低损耗传输是空芯光子带隙光纤的重要特性,它带来了长距离、大能量密度的光与物质相互作用通道,降低了光纤材料属性对传输光的影响(如中红外吸收、热光效应),为诸如痕量气体/液体探测、高精度光纤陀螺仪等传感应用提供了高效的新平台。空芯光子带隙光纤内部精细的微结构具有新颖的机械性能和热性能,有利于诸如声波、振动探测等传感应用;还可结合光纤后期热处理、选择性填充等技术,对多孔包层进行结构修改或材料填充,获得进一步的性能和功能扩展。这些灵活性已用于开发具有新特性的光纤器件,例如光栅、起偏器和偏振干涉仪。目前,空芯光子带隙光纤传感技术的发展已大大扩展了光纤的环境感知能力和应用范围,是全光器件和光集成技术发展的重要方向。

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。

空芯光子带隙光纤在甲烷检测中的应用

以多段级联的空芯光子带隙光纤(PBF)作为气体传感探头,以谐波检测技术作为信号处理方法,构建了一种新型全光纤甲烷监测系统。分析了甲烷在空芯内的扩散特性,实现了传感气室的优化设计。实验结果证实了该传感头用于甲烷检测的可行性。

以空芯光子带隙光纤作气室的全光纤甲烷检测

以空芯光子带隙光纤(PBGF)作为气体传感部件,分析了PBGF内部导光机制及其甲烷在纤芯缺陷区域的扩散特性,设计多段PBGF连接耦合弯曲成圈在一起组成的传感气室,构建一套全光纤甲烷浓度检测系统。引入分布式反馈光纤激光器的调控机制,采用谐波检测技术,实现了整体对全光纤甲烷浓度检测系统的优化。经实验,可证明由该传感部件组成的全光纤甲烷浓度检测系统能够实现甲烷浓度在线实时检测,并且甲烷浓度与相对强度成良好的线性关系,其线性度可达99.8%。

空芯光子带隙光纤纤芯截切半径的研究

利用平面波展开法（PWM）计算了理想的圆形空气孔按三角格子排列的光子晶体带隙，利用带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯的空芯光子带隙光纤（PBF），随后利用全矢量有限元法（FEM）计算了所设计的光纤，给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布和光强等高线分布，从而得出了该类光纤消除表面模、减小损耗的纤芯半径最佳截取范围为0．9A～1．0A，为光纤的拉制提供了理论依据。

全固态带隙结构光子晶体光纤中非线性过程的数值模拟

全固态带隙结构光子晶体光纤能够同时提供大模场面积和可控色散特性,为高功率下的非线性传输过程提供了一种新的介质,尤其在构成全光纤色散补偿和高功率孤子传输器件方面具有重要的应用价值。利用改进的广义非线性薛定谔方程数值模拟了全固态带隙结构光子晶体光纤中的非线性过程,分析了这种光纤中由于带隙特性和色散特性的共同作用,对飞秒激光非线性传输过程的影响,其中最明显的效应就是带隙特性对孤子白频移有很强的抑制作用。进一步详细讨论了入射脉冲峰值功率、带隙宽度以及带隙中心位置对非线性传输过程的影响。

光子带隙型光子晶体光纤研究与应用

带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)因其独特的性能,在各个领域都有着广泛的应用前景。文章阐述了带隙型光子晶体光纤的导光机制,并将带隙型光子晶体光纤分为空芯光子晶体光纤和全固态带隙型光子晶体光纤两类,较全面地讨论了这两类光纤的特性及其应用。