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微结构光纤光栅的理论、实验与应用研究

光纤光栅作为最重要的光纤器件之一,在光通信和光传感领域发挥着重要作用。近年来,微结构光纤的出现和迅猛发展,为光纤光栅技术的进一步发展提供了新的平台。通过对光纤微结构的合理设计和光纤光栅实现方式的创新,在微结构光纤上制作的光纤光栅将可能具有新颖的光谱特性和应用价值。另一方面,在微结构光纤中进行光纤光栅的写制是分析微结构光纤模式特性和色散特性的重要实验手段。本论文阐述了微结构光纤光栅的模式耦合理论,探索出一整套在多种微结构光纤中制作光纤光栅的工艺,在折射率引导型光子晶体光纤、全固态光子带隙型光纤、Bragg光纤等多种微结构光纤中成功写制了光栅,并对它们的光谱特性、耦合方式和应用前景作了详细分析,主要内容包括:1.基于光纤光栅的耦合模理论和微结构光纤的模式特性,建立了微结构光纤光栅的理论分析方法,这为我们在理论上解释各种微结构光纤光栅的光谱特性和模式耦合建立了基础。2.探索出一套在多种微结构光纤中写制光栅的工艺,包括:微结构光纤与单模  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

南开大学
南开大学

实用化光纤光栅传感器和微结构光纤光栅传感器的研究

本论文是在国家科技部973计划项目和天津市科委重点攻关项目等课题的支持下完成的。本论文的研究重点为:用于分布式光纤光栅传感解调系统中的可实用化的温度和应变传感器、基于FP解调的传感解调系统的研制、微结构光纤光栅和微结构光纤光栅传感的研究。本论文的主要研究内容包括:1、总结了分布式光纤传感技术和准分布式光纤光栅传感技术的研究进展以及分布式传感的优越性并介绍了光纤光栅传感原理。对光纤光栅的分类进行了详细的论述,介绍了微结构光纤的理论分析方法。2、系统介绍了光纤光栅的理论分析方法,并利用这些方法中的耦合模理论、传输矩阵法和傅立叶变换法对布拉格光栅、长周期光栅、啁啾光栅的光谱特性进行了分析并详细介绍了光纤光栅传感的复用技术和解调技术。3、设计制作了实用化的光纤光栅温度传感器和应变传感器。对温度、应变传感器的传感原理和封装结构分别做了详细介绍。采用自动控温系统和数据自动采集系统测试传感器,提高了测试数据的准确性。应用差分等数据处理方法对大...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津理工大学
天津理工大学

局部微结构光纤光栅特性及传感研究

光纤光栅作为一种新型的传感器件,因其具有其他传统传感器没有的优势,从上个世纪80年代就受到人们的广泛关注,在近几年中,实现了飞速的发展。随着光纤光栅技术的不断完善发展,光纤光栅在光通信领域的应用将越来越广泛。近几年,基于光子带隙结构的器件(如局部微结构光纤布拉格光栅)因其使反射谱中特定的光通过的特点越来越引起人们的广泛关注。局部微结构光纤光栅是将原布拉格光纤光栅均匀分布的包层被侵蚀掉一部分,产生非周期分布的结构,此结构产生的特性使光栅的反射谱中打开一个通带,此种带隙结构与相移光纤光栅非常类似,因而使其在微流体、生物化学、和化学研究等方面具有了独特的传感优势。本论文主要以局部微结构光纤布拉格光栅和局部微结构长周期光栅为研究对象,对其温度和折射率的传感特性与应用进行了理论和实验的研究,主要内容包括:1)介绍了光纤光栅和局部微结构光纤光栅的发展历史及研究现状。简单介绍了光纤光栅的写制方法,阐述了光纤光栅和局部微结构光纤光栅的传感优势及...  (本文共57页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京邮电大学
北京邮电大学

采用新型包层材料和基于微结构的光纤与光纤光栅的研究

光学纤维以优良的光传输特性被广泛地应用到通信系统、传感、医疗器械和各种光学器件等众多领域,研究热点逐渐从研究衰减到研究光纤的色散和非线性,并有大量的有源和无源的光器件应运而生。近年来,特殊结构的光纤和光器件由于可以实现一些特殊的传输,满足常规光纤很难满足的要求和更容易的设计,越来越受到人们的关注,尤其在光器件设计上得到了广泛的应用。本论文理论和实验研究了采用新型材料包层结构(即采用单轴晶体材料包层)和基于全内反射微结构的两种新型光纤及光栅。首先提出了单轴各向异性材料为包层、其主轴沿光纤光栅轴线(Z轴)方向的布喇格光纤光栅模型,引入了单轴晶体材料主轴折射率比参数K_(cl),从波动方程推出了理想正规模的特征方程,计算了基模HE_(11)模的有效折射率、色散和功率限制因子;应用耦合模理论研究了该类布喇格光纤光栅的反射率、布喇格波长、反射波带宽及色散,理论研究了对该类光纤的电光效应和弹光效应。本部分的研究对基于以单轴晶体材料为包层的光...  (本文共145页) 本文目录 | 阅读全文>>

南开大学
南开大学

微结构光纤模式控制机理和应用研究

本论文结合了国家科技部973计划、国家自然科学基金以及天津市自然科学基金等重点项目的研究内容和目标,契合当前光纤技术及光纤化器件向小型化、集成化、多功能化演进的宏观趋势和客观要求,以微结构光纤为研究对象,针对微结构光纤中光波的传导特性和模式控制及相应传感应用展开了一系列深入、系统的理论和实验研究。光纤中诸多线性、非线性光学现象和特性的根源均与光纤中的模式有关,因此深入研究微结构光纤中的模式特性及其控制机理和技术,对于阐释各种现象的深层次物理机理、挖掘光纤新特性和新应用、开发设计新技术和新结构等方面具有非常重要的意义。论文首先概括叙述了不同类型微结构光纤的发展历程、特性、应用,以及各种常用模式耦合和控制技术的原理和优劣势比较;接着论述了微结构光纤的数值分析方法和各种模式控制技术的理论分析模型;然后按照光纤模式和传导特性分析→模式激励和控制实验→机理分析→应用研究的思路分别对全固光子带隙光纤、全固态波导阵列微结构光纤、简化空芯微结构...  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

燕山大学
燕山大学

基于微结构光纤双模激光器的生物传感理论研究

生物传感器不仅促进了生物技术的突飞猛进,而且在卫生保健、生物医学研究、环境监测、国土安全以及国防建设等领域发挥着越来越重要的作用。本研究利用微结构光纤包层空气孔构成生物分子微流通道,在掺杂微结构光纤中制作光纤Bragg光栅及长周期光栅,端面镀金属膜,从而形成双模激光谐振腔。再利用生物分子对包层有效折射率的扰动进而影响激光器中包层模传输特性来实现生物分子的快速免标记检测。主要内容概括如下:首先,详细讨论了有限元法的基本思想和求解过程,同时重点研究了折射率调制光纤光栅的耦合模理论以及结构性改变长周期光纤光栅的局域耦合模理论。其次,基于微结构光纤的模式特性和光纤光栅的耦合模理论,讨论了折射率调制微结构光纤光栅的理论分析方法。利用局域耦合模理论,对结构性改变长周期微结构光纤光栅的模式耦合情况进行了研究,并实现了透射谱的仿真。这为我们在理论上解释各种微结构光纤光栅的传输特性奠定了基础。再次,建立了一种等效折射率生物膜的简化模型来研究微结构...  (本文共76页) 本文目录 | 阅读全文>>