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InstituteofInformationOpticsZhejiangNormalUniversity12:01:102/42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PCF4.双芯型特种光纤的折射率传感InstituteofInformationOptics5.总结与展望12:01:103/42一.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corecladnn12:01:104/42（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12:01:105/42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：yxeffeffnnn12:01:106/42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12:01:107/42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3.7×10-3的双折射A.Ortigosa-Blanch,J.C.Knight等，”Highlybirefringentphotoniccrystalfibers”，September15,2000/Vol.25,No.18/OPTICSLETTERS12:01:108/42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,JUNE200112:01:109/42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1.AndrewMichie,JohnCanning等人,”Temperatureindependenthighlybirefringentphotoniccrystalfibre”,18October2004/Vol.12,No.21/OPTICSEXPRESS51602.M.J.SteelandR.M.Osgood等人,”PolarizationandDispersivePropertiesofElliptical-HolePhotonicCrystalFibers”,JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.19,NO.4,APRIL200112:01:1010/42一.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12:01:1011/42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.9/20March2010.12:01:1012/42一.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,FEBRUARY15,200712:01:1013/42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.105,193{212,2010.•第三类是具有微结构纤芯的光子晶体光纤12:01:1014/42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12:01:1015/42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。,expHHxyjz为PCF的磁场强度；rr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。12:01:1016/42TEXTTEXTTEXTTEXT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：COMSOLMultiphysics3.41.高双折射PCF的计算原理12:01:1017/42TEXTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查InstituteofInformationOptics二.PCF的原理与模拟计算方法的介绍1Im*xsi1ys1zs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)ⅢⅡⅠⅢⅢⅢⅡⅠ计算区域PML参数：Im3区域Ⅰ区域Ⅱ区域Ⅲ1Im*ysi1xs1zs1Im*ysi1Im*xsi1zs其中：1.高双折射PCF的计算原理12:01:1018/42XTTEXTTEXTTEXT硕士论文中期检查InstituteofInformationOptics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（2）.高双折射PCF计算原理：•双折射PCF两偏振折射率差：6202Im10ln10effLn•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12:01:1019/42TEXTTEXTTEXTTEXT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-holeunit12:01:1020/42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0.60.81.01.21.41.61.82.01.261.281.301.321.341.361.381.401.421.44Effectiveindex(neff)Normalizedfrequency（）Double-holePCFThree-holePCFElliptical-holePCFInset:profilesoftheelectricfieldofthey-polarizedfundamentalmodesatnormalizedfrequency1fortheproposedEH-PCF(left),theDH-PCF(central)andtheTH-PCF(right).211.2690THeffAm211.2003DHeffAm12:01:1021/42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0.60.81.01.21.41.61.82.00.0000.0020.0040.0060.0080.0100.012Birefringence(n)Normalizedfrequency（)TH-PCF:R=0.35m,H=0.8mDH-PCF:r=0.3674m,h=1.0mTH-PCF:R=0.30m,H=0.8mDH-PCF:r=0.40m,h=0.1mTH-PCF:R=0.30m,H=0.7mTH-PCF:R=0.30m,H=0.9mTH-PCF:R=0.25m,H=0.8mEH-PCF:=1.5All:=2.2m20.24%f12:01:1022/42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0.81.01.21.41.61.82.010-810-610-4