中期检查(初稿)

新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,报告人：刘旭安指导老师：吴根柱2011.11.26,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,ZhejiangNormalUniversity,10:45:20,2/42,目录,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,2.PCF原理及模拟计算方法的介绍,1.绪论,3.基于三孔单元的高双折射PCF,4.双芯型特种光纤的折射率传感,InstituteofInformationOptics,5.总结与展望,10:45:20,3/42,一.绪论,硕士论文中期检查,（1）.概述,光子晶体光纤（PhotonicCrystalFiber，PCF）折射率导模型光子晶体光纤(TIR-PCF)光子带隙型光子晶体光纤（photonicbandgap，PBG）折射率导模型PCF：将光子晶体及缺陷结构引入光纤中而形成的二元光子晶体结构，其结构为石英光纤中轴向均匀，截面为周期性排列空气孔。折射率导模型PCF导光原理：,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,10:45:20,4/42,（1）.概述,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,几种光子晶体光纤实物,10:45:20,5/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,（1）.概述,PCF的几种特有特性（与传统光纤相比）高双折射，平坦色散，单偏振单模，低非线性及大有效模面积。高双折射PCF的几种应用:光纤传感，光纤滤波器，光纤通信等PCF双折射：,10:45:20,6/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,（2）.高双折射PCF的国内外最新研究进展,依照文献研究的PCF的特点，可以归纳为以下四类实现方法:,第一类是在纤芯附近引入局部非对称性的光子晶体光纤结构第二类是具有各向异性包层的光子晶体光纤第三类是具有微结构纤芯的光子晶体光纤,10:45:20,7/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,第一类是在纤芯附近引入局部非对称性的光子晶体光纤结构,该高双折射PCF采用减小中间一排空气孔的方法,获得了高达3.710-3的双折射,A.Ortigosa-Blanch,J.C.Knight等，”Highlybirefringentphotoniccrystalfibers”，September15,2000/Vol.25,No.18/OPTICSLETTERS,10:45:20,8/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,该高双折射PCF是由缺失的两个空气孔组成纤芯,形成光纤折射率分布的二阶对称性。其主要参数为双折射大于0.001，零色散波长为700nm。,TheisP.Hansen,JesBroeng等人，“HighlyBirefringentIndex-GuidingPhotonicCrystalFiber”,IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.13,NO.6,JUNE2001,10:45:20,9/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,第二类是具有各向异性包层的光子晶体光纤,AndrewMichie,JohnCanning等人,”Temperatureindependenthighlybirefringentphotoniccrystalfibre”,18October2004/Vol.12,No.21/OPTICSEXPRESS5160M.J.SteelandR.M.Osgood等人,”PolarizationandDispersivePropertiesofElliptical-HolePhotonicCrystalFibers”,JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.19,NO.4,APRIL2001,10:45:20,10/42,一.绪论,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,右图椭圆型空气孔高双折射PCF是由哥伦比亚大学提出的椭圆孔高双折射PCF。该PCF具有极高的双折射(可达0.01量级以上),并具有可调的色散特性,零群速度差等优点.然而由于制作上的困难,实际制作获得的椭圆孔光子晶体光纤的双折射仅在10-5量级。,椭圆型空气孔高双折射PCF的实物图,10:45:20,11/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,第二类是具有各向异性包层的光子晶体光纤,DaruChen,andGenzhuWu,”Highlybirefringentphotoniccrystalfiberbasedonadouble-holeunit”,APPLIEDOPTICS/Vol.49,No.9/20March2010.,10:45:20,12/42,一.绪论,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,第三类是具有微结构纤芯的光子晶体光纤,DaruChenandLinfangShen,”UltrahighBirefringentPhotonicCrystalFiberWithUltralowConfinementLoss”IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.19,NO.4,FEBRUARY15,2007,10:45:20,13/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,DaruChen,“OPTICALPROPERTIESOFPHOTONICCRYSTALFIBERSWITHAFIBERCOREOFARRAYSOFSUB-WAVELENGTHCIRCULARAIRHOLES:BIREFRIN-GENCEANDDISPERSION”,ProgressInElectromagneticsResearch,Vol.105,193212,2010.,第三类是具有微结构纤芯的光子晶体光纤,10:45:20,14/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,一.绪论,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,论文主要工作：,2.有关高双折射PCF选题意义及国内外进展,3.PCF模拟计算原理与方法的介绍,1.光子晶体光纤概念，特性的介绍,4.基于三孔单元的高双折射PCF的介绍,6.总结与展望,5.双芯型特种光纤的折射率传感,10:45:20,15/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.高双折射PCF的计算原理,高双折射PCF计算方程：,式中，,分别为PCF的介电常数和磁导率。,为PCF的磁场强度；,和,TEXT,TEXT,TEXT,高双折PCF计算方法：,有限元法（FEM）,特点：精度高，适用于截面的不规则空气孔的不同形状，材料的不同折射率的情况。,10:45:20,16/42,TEXT,TEXT,TEXT,TEXT,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,有限元法基本思想：,用许多子域来代表整个连续域，每个子域中未知函数用带有未知系数的差值函数来表示，得到一组代数方程组。,有限元法步骤：,1.子域划分,2.插值函数选择,3.方程组建立,4.方程组求解,有限元方法计算软件：,COMSOLMultiphysics3.4,1.高双折射PCF的计算原理,10:45:20,17/42,TEXT,TEXT,TEXT,TEXT,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,高双折射PCF吸收边界条件：,完美匹配层(PML),PML参数：,区域,区域,区域,其中：,1.高双折射PCF的计算原理,10:45:20,18/42,XT,TEXT,TEXT,TEXT,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,（2）.高双折射PCF计算原理：,双折射PCF两偏振折射率差：,双折射PCF限制损耗：,双折射PCF的色散：,2.高双折射PCF的特性,10:45:20,19/42,TEXT,TEXT,TEXT,TEXT,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,三.基于三孔单元的高双折射PCF,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,HighlybirefringentphotoniccrystalfiberbasedonaThree-holeunit,10:45:20,20/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,三.基于三孔单元的高双折射PCF,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.高双折射PCF的结构及其特性分析,Inset:profilesoftheelectricfieldofthey-polarizedfundamentalmodesatnormalizedfrequency,fortheproposedEH-PCF(left),theDH-PCF(central)andtheTH-PCF(right).,10:45:20,21/42,硕士论文中期检查,Institu2121teofInformationOptics,三.基于三孔单元的高双折射PCF,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.高双折射PCF的结构及其特性分析,10:45:20,22/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,三.基于三孔单元的高双折射PCF,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.高双折射PCF的结构及其特性分析,10:45:20,23/42,三.基于三孔单元的高双折射PCF,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.高双折射PCF的结构及其特性分析,10:45:20,24/42,InstituteofInformationOptics,1.高双折射PCF的结构及其特性分析,三.基于三孔单元的高双折射PCF,硕士论文中期检查,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,10:45:20,25/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,三.基于三孔单元的高双折射PCF,2.结论,提出了一种新型的高双折射PCF，该新型PCF可以实现高双折射，低损耗。与椭圆型和双孔型高双折射PCF相比具有以下几种优点：,1.与椭圆型高双折射PCF相比，该PCF更容易制造，以目前的制造技术就可以实现。,3.与椭圆型及双孔型高双折射PCF相比，该PCF具有更好的设计灵活度。特别是通过改变中间空气孔的尺寸，可以很好的控制该PCF的特性。,2.与椭圆型及双孔型高双折射PCF相比，在相同的空气填充率条件下，该PCF具有更高的双折射，更低的损耗。,10:45:20,26/42,四.双芯型特种光纤的折射率传感,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.双芯型特种光纤的结构及折射率传感特性,Designofadual-corefiberforrefractiveindexsensing,其传感机制为：双芯小孔光纤的两个纤芯之间的模耦合对光纤中心小孔内的折射率变化很敏感，这使得该小孔内折射率和双芯小空气孔光纤其中一个纤芯的输出频谱之间有一个一一对应的关系,10:45:20,27/42,四.双芯型特种光纤的折射率传感,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,1.双芯型特种光纤的结构及折射率传感特性,10:45:20,28/42,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤的设计及其传感应用,四.双芯型特种光纤的折射率传感,2.总结,提出了一种新型的折射率传感型特种光纤，该新型光纤具有两个纤芯，两纤芯中间有一个微空气孔，两纤芯的光场会进行耦合，通过改变微空气孔的折射率，两纤芯中间光场耦合度不同，检测出来的光谱也就不同。该新型光纤具有以下特点：,1.该光纤可以进行微管道折射率传感。,2.该光纤可以很容易制造，不需要飞秒激光器进行加工，也不需要蚀刻方法来制造。,10:45:20,29/42,五.总结与展望,1.总结,硕士论文中期检查,InstituteofInformationOptics,新型光子晶体光纤