光子晶体光纤光栅特性及传感应用研究

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3、NanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByMingSuSupervisor:Prof.YonglinHuangApril2016南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中持别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证

4、书而使用过的材料。一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意与我。一本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。研究生签名（；务日期：ＵＬ气１南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可Ｗ保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被査阅和借阅；可！将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质一论文的内容

5、相致）。论文的公布（包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。渉密学位论文在解密后适用本授权书。研巧生签名；券导师签名：＾巧日期；叫＾摘要光子晶体光纤光栅（PCFG）是由光纤光栅（FG）与光子晶体光纤（PCF）这两种技术相互结合而成，该无源器件是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光子晶体光纤光栅与传统光纤光栅相比较起来，由于其自身优良的结构特性使得它在传感领域方面存在许多的优点。在不同结构参数情况下，其有效折射率会发生改变，从而使得在温度或者应力改变的外界条件下它的传感特性也会随之发生变

6、化，因此其普遍被应用在传感领域中。本文主要设计出一种包层气孔均匀排列的九边形掺有元素锗的光子晶体光纤布拉格光栅（PCFBG）结构，在不同结构参数以及外界变化条件下，对其传输谱特性和传感特性进行仿真研究。论文第一章简单的介绍了光子晶体光纤的发展史与种类，阐述了光子晶体光纤的特性以及其目前在实践领域上的应用，并且也概述了光纤光栅的概况及其特点。第二章详细介绍以及推导了光子晶体光纤光栅常用的四种常规方法：耦合模理论法、传输矩阵法、傅里叶变换法和有限元法(FEM)。其次又针对现实应用方面，介绍了种类不相同的五

7、种切趾函数。本论文实验仿真理论方法是传输矩阵法。第三章仿真分析了正九边形光子晶体光纤布拉格光栅在不同空气孔数、不同占空比、不同空气孔填充材料、不同光栅长度及其不同调制深度等参数下其波长与谱特性的关系。结果表明：增加空气孔层数能够减少光谱能量的泄漏，但是其光栅谐振波长偏移及其对应的谐振峰强度变化都不明显。除了空气孔层数外，在其余的光栅参数变化情况下，都会对其传输光谱特性产生一定的影响。第四章在光纤光栅传感理论的基础上讨论了正九边形结构光子晶体光纤布拉格光栅在温度以及应力变化时其传感特性的变化。从仿真的结

8、果可以看出：温度在逐渐上升的过程中，该结构光纤光栅谐振波长很明显的出现了向长波长方向偏移的趋势；应力在逐渐上升的过程中，该结构光纤光栅的谐振波长偏移趋势不明显。同时，我们还分析了该结构光纤光栅在不同占空比以及不同空气孔层数条件下，传感灵敏度的变化。发现结构上的变化对于灵敏度影响微乎其微。第五章总结了本文所探讨的正九边形光子晶体光纤布拉格光栅，与此同时也对光子晶体光纤布拉格光栅的未来发展前景进行展望。关键词：光子晶体光纤布拉格光栅，正九边形，传输矩阵法，传