中期检查(初稿)

1、2022-3-8精选课件1新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用报告人：报告人： 刘旭安刘旭安指导老师：吴根柱指导老师：吴根柱 2011.11.26硕士论文中期检查硕士论文中期检查Institute of Information Optics2022-3-82目 录 新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用 2022-3-83一.绪论硕士论文中期检查硕士论文中期检查（1）.概述 光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，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（photonic ba

2、nd gap，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：新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用corecladnn2022-3-84（1）.概述硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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2022-3-85硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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

3、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：yxeffeffnnn 2022-3-86硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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2022-3-87硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体

4、光纤的设计及其传感应用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，”Highly birefringent photonic crystal fibers” ，September 15, 2000 / Vol. 25, No. 18 / OPTICS LETTERS2022-3-88硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用 该高双折射PC

5、F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。 Theis P. Hansen, Jes Broeng等人，“Highly Birefringent Index-Guiding Photonic Crystal Fiber”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 13, NO. 6, JUNE 20012022-3-89硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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Andre

6、w Michie, John Canning等人,” Temperature independent highly birefringent photonic crystal fibre”, 18 October 2004 / Vol. 12, No. 21 / OPTICS EXPRESS 5160M. J. Steel and R. M. Osgood等人, ”Polarization and Dispersive Properties of Elliptical-Hole Photonic Crystal Fibers”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,

7、 VOL. 19, NO. 4, APRIL 2001 2022-3-810一.绪论硕士论文中期检查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2022-3-811硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用 第二

8、类是具有各向异性包层的光子晶体光纤 Daru Chen,and Genzhu Wu,”Highly birefringentphotonic crystal fiber based on a double-hole unit”,APPLIED OPTICS / Vol. 49, No. 9 / 20 March 2010.2022-3-812一.绪论硕士论文中期检查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 Daru Chen and Linfang Shen,” Ultrahigh Birefringent Ph

9、otonic Crystal Fiber With Ultralow Confinement Loss” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 19, NO. 4, FEBRUARY 15, 20072022-3-813硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用新型光子晶体光纤的设计及其传感应用Daru Chen, “OPTICAL PROPERTIES OF PHOTONIC CRYSTAL FIBERS WITH A FIBER CORE OFARRAYS OF SUB-WAVELENGTH CIRCULAR AIR

10、 HOLES: BIREFRIN-GENCE AND DISPERSION”,Progress In Electromagnetics Research, Vol. 105, 193212, 2010. 第三类是具有微结构纤芯的光子晶体光纤2022-3-814硕士论文中期检查硕士论文中期检查一.绪论新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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 2022-3-815硕士

11、论文中期检查硕士论文中期检查二.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21rHHc 高双折射PCF计算方程：式中，分别为PCF的介电常数和磁导率。,expHH x yj z为PCF的磁场强度；rr和TEXTTEXTTEXT 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。 2022-3-816TEXTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查硕士论文中期检查二.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新型光子晶体光

12、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：COMSOL Multiphysics 3.41.高双折射PCF的计算原理2022-3-817TEXTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查硕士论文中期检查二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍1 Im*xsi 1ys 1zs 新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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)计算区域PML参数：Im

13、3区域区域区域1 Im*ysi 1xs 1zs 1 Im*ysi 1 Im*xsi 1zs 其中：1.高双折射PCF的计算原理2022-3-818XTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查硕士论文中期检查二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍yxeffeffnnn 新型光子晶体光纤的设计及其传感应用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：620 2Im10ln10effLn 双折射PCF限制损耗：22effnDc 双折射PCF的色散：2.高双折射PCF的特性2022-3-819TEXTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查硕士论文中期检

14、查三.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新型光子晶体光纤的设计及其传感应用Highly birefringent photonic crystal fiber based on a Three-hole unit2022-3-820硕士论文中期检查硕士论文中期检查三.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0.60.81.01.21.41.61.82.01.261.281.301.321.341.361.381.401.421.44 Effective index (neff

15、)Normalized frequency（）Double-hole PCFThree-hole PCFElliptical-hole PCFInset: profiles of the electric field of the y-polarized fundamental modes at normalized frequency1 for the proposed EH-PCF (left),the DH-PCF (central) and the TH-PCF (right).211.2690THeffAm211.2003DHeffAm2022-3-821硕士论文中期检查硕士论文中期

16、检查三.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0.60.81.01.21.41.61.82.00.0000.0020.0040.0060.0080.0100.012 Birefringence (n)Normalized frequency（) TH-PCF:R=0.35m,H=0.8m DH-PCF:r=0.3674m,h=1.0m TH-PCF:R=0.30m,H=0.8m DH-PCF:r=0.40m,h=0.1m TH-PCF:R=0.30m,H=0.7m TH-PCF:R=0.30m,H=

17、0.9m TH-PCF:R=0.25m,H=0.8m EH-PCF:=1.5All:=2.2m20.24%f 2022-3-822硕士论文中期检查硕士论文中期检查三.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0.81.01.21.41.61.82.010-810-610-410-2100102104 Confinement loss (dB/km)Normalized frequency（)DH-PCF:r=0.3674m,h=1.0mTH-PCF:R=0.30m,H=0.8m,N=5TH-PCF:R=0

18、.30m,H=0.8m,N=6All：=2.2mEH-PCF:0.81.01.21.41.61.82.068101214161820 Effective mode area(Aeff)(m2)Normalized frequency（) TH-PCF:R=0.30m,H=0.8m DH-PCF:r=0.3674m,h=1.0my-polarizedx-polarizedAll：=2.2m2022-3-823三.基于三孔单元的高双折射PCF硕士论文中期检查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0.60.81.01

19、.21.41.61.82.00.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.014 Birefringence (n)Normalized frequency（） Rcenter=0.30m Rcenter=0.35m Rcenter=0.40m Rcenter=0.45mAll：R=0.3m，H=0.8m，=2.2mRcenter2022-3-8240.81.01.21.41.61.82.02.0 x10-44.0 x10-46.0 x10-48.0 x10-41.0 x10-31.2x10-3 Birefringence (n)Normalized frequen

20、cy（) Rcenter=0.60m Rcenter=0.65m Rcenter=0.70m Rcenter=0.55mAll：R=0.08m,H=0.8m,=2.2m0.500.550.600.650.704.35x10-44.40 x10-44.45x10-44.50 x10-44.55x10-44.60 x10-4Rcenter(m)Birefringence (n)TH-PCF:R=0.06m,H=0.8m7.40 x10-47.50 x10-47.60 x10-47.70 x10-4 TH-PCF:R=0.08m,H=0.8m1.08x10-31.10 x10-31.12x10-31

21、.14x10-3 TH-PCF:R=0.10m,H=0.8mAll:=2.2m1.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新型光子晶体光纤的设计及其传感应用2022-3-825硕士论文中期检查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PCF2.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

22、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。2022-3-826四.双芯型特种光纤的折射率传感硕士论文中期检查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Design of a dual-core fiber for refractive index sensing其传感机制为：双芯小孔光纤的两个纤芯之间的模

23、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2022-3-827四.双芯型特种光纤的折射率传感硕士论文中期检查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2022-3-828硕士论文中期检查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