全固光子带隙光纤长周期光栅的理论与实验研究

摘要

光子晶体光纤是一种新型低损耗的光波导，由于其特殊的传导机制和可灵活设计的几何结构，近年来受到了广泛的关注，特别是基于光子晶体光纤的传感技术成为近几年来的研究热点。而光子晶体光纤中的全固光子带隙光纤由于更易于拉制和与单模光纤熔接，获得了很多研究人员的注意。在全固光子带隙光纤中写制长周期光栅将具有新颖的光谱特性和应用前景。
　　 本文介绍了光子晶体光纤和长周期光纤光栅的发展及应用；理论上分析了全固光子带隙光纤的模式特性和基于全固光子带隙光纤的长周期光纤光栅耦合特性；实验上成功写制了全固光子带隙光纤长周期光栅，并对它们的光谱特性、耦合机理及传感特性进行了分析和研究；最后利用长周期光栅实现了新型的模间干涉仪。完成的主要研究工作和创新点如下：⑴利用计算机控制的高频CO2激光脉冲在全固光子带隙光纤中成功写制出长周期光纤光栅，实现了基模向纤芯LP11模式耦合的谐振峰。实验研究了这种光栅的传感特性，包括对环境温度，外界折射率、弯曲和轴向拉力的响应，实验上证明这种谐振峰对于温度变化和外界折射率变化不敏感。⑵利用高频CO2激光脉冲在全固光子带隙光纤上写制出长周期光栅，形成多个谐振峰，通过深入研究，发现这些谐振峰来源于基模向LP11纤芯模式及基模向LP11超模或者LP01超模的耦合。研究了各个谐振峰的传感特性，各个峰对温度和轴向应力(或曲率半径)具有不同的响应，基于该特性可以实现单个光栅的双及多参数传感。根据传感特性我们分析了光栅的耦合机理。⑶提出一种全固光子带隙光纤长周期光栅辅助的模间干涉仪。该干涉仪具有插入损耗小、自由光谱范围由光栅位置决定且可灵活控制等优点。我们从理论和实验上研究了光栅位置对干涉条纹间距的影响，揭示了干涉现象的产生原因并且观测了干涉条纹的模场演化过程。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 光子晶体光纤

1.1.1 光子晶体光纤的发展历程

1.1.2 全固光子带隙光纤及其应用

第二节 长周期光纤光栅

1.2.1 长周期光纤光栅的发展及应用

1.2.2 长周期光纤光栅的写制技术及机理

第三节 全固光子带隙光纤长周期光栅及其国内外研究现状

第四节 本文的选题意义、研究内容与创新点.

第二章 全固光子带隙光纤的理论研究

第一节 光子晶体光纤的传导机制

第二节 光子晶体光纤的理论分析方法

第三节 全固光子带隙光纤的模式特性

第四节 本章小结

第三章 全固光子带隙光纤长周期光栅的理论分析

第一节 光纤光栅的耦合模理论

第二节 全固光子带隙光纤长周期光栅的耦合模方程

第三节 全固光子带隙光纤长周期光栅的理论分析

第四节 本章小结

第四章 全固光子带隙光纤长周期光栅的实验研究

第一节 全固光子带隙光纤长周期光栅的写制实验

第二节 Ⅰ型全固光子带隙光纤长周期光栅的写制与传感实验

4.2.1 Ⅰ型光纤单峰长周期光纤光栅的写制与传感实验

4.2.2 Ⅰ型光纤多峰长周期光纤光栅的写制与传感实验

第三节 Ⅱ型全固光子带隙光纤长周期光栅的写制与传感实验

4.3.1 Ⅱ型光纤单峰长周期光栅的写制与传感实验

4.3.2 Ⅱ型光纤多峰长周期光栅的写制与传感实验

第四节 本章小结

第五章 基于全固光子带隙光纤长周期光栅的模间干涉仪

第一节 模间干涉仪的结构与原理

第二节 模间干涉仪的理论分析

第三节 模间干涉仪的实现

第四节 干涉条纹的模场演化

第五节 模间干涉仪的传感特性及其应用

第六节 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果