基于光子晶体波导的光纤慢光干涉仪研究

论文摘要

光作为信息的载体,在当前信息领域中发挥着越来越重要的作用。近年来,人们意识到如果能使光速减慢,会得到更好的光学性质,比如将慢光应用于光缓冲器和光传感器中,它们的存储容量和测量精度都会得到极大的提高。随着人们对慢光技术越来越深入的认识和研究,在室温下产生慢光的机理已经日趋成熟,所以,如何将慢光实际应用于光传感器、光存储器、光缓冲器等领域就成为了近几年光学领域研究的热点问题之一。在二维光子晶体中引入线缺陷以后,一定范围内的波长通过光子晶体波导的时候就能产生慢光。这就是基于光子晶体波导产生慢光的原理。在光子晶体波导中产生慢光具有结构简单,可应用性强等优点。必然会成为慢光发展的主要方向。本文是基于光子晶体波导慢光的研究。主要研究内容如下：（1）本文首先简述了慢光的发展历程并对常见的干涉仪结构进行简要介绍。之后又集中介绍了将慢光引入干涉仪结构的国内外研究现状。（2）本文介绍了目前研究光子晶体的主要算法,然后利用Rsoft软件对于光子晶体结构进行仿真。对光子晶体波导排列方式,填充率,介质柱折射率,背景材料折射率介质柱半径和减小缺陷柱半径尺寸的光子晶体波导进行仿真得出其色散曲线,并将其导入Matlab进行仿真,得到不同参数对于群速度的影响。（3）本文首次提出基于光子晶体波导慢光干涉仪折射率测量装置,通过软件仿真得到灵敏度可以达到1×108nm/RIU,这个理论数值已经达到比较高的水平。（4）本文首次提出基于光子晶体慢光干涉仪波长检测系统,该系统采用O.1mm的光子晶体波导结构时,干涉仪的应变灵敏度灵敏度值为0.006rad/με与等臂长差的普通光纤干涉仪相比,该结构将灵敏度提高15倍。（5）最后,本文对于光纤M-Z干涉仪进行实验,光纤M-Z干涉仪检测光纤光栅反射波长的灵敏度值近似为8μW/nm。经过数据处理求得实验数据的标准差为0.008μW,重复性误差为±1%。本文主要内容就是对于光子晶体波导慢光干涉仪进行理论研究并将其应用到折射率测量和波长检测的场合。这种结构具有体积小,灵敏度高的优点,具有一定的应用前景与发展空间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究内容
• 1.2 国内外慢光产生方法研究
• 1.2.1 SBS方法产生慢光
• 1.2.2 EIT 方法产生慢光
• 1.2.3 CPO 方法产生慢光
• 1.2.4 光子晶体波导产生慢光
• 1.3 光纤干涉仪概述
• 1.3.1 光纤F-P干涉仪
• 1.3.2 光纤Sagnac干涉仪
• 1.3.3 光纤Mach-Zehnder干涉仪
• 1.3.4 光纤Michelson干涉仪
• 1.4 国内外慢光干涉仪研究现状
• 1.4.1 慢光Mach-Zehnder干涉仪
• 1.4.2 慢光光纤Fabry-Perot干涉仪
• 1.4.3 慢光光纤陀螺仪
• 1.4.4 慢光光纤M-Z型Sagnac干涉仪
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 光子晶体波导产生慢光的理论及特性分析
• 2.1 光子晶体概述
• 2.1.1 光子晶体分类
• 2.1.2 光子晶体算法研究
• 2.2 光子晶体波导产生慢光的理论
• 2.2.1 光子禁带
• 2.2.2 慢光群速度计算
• 2.3 二维光子晶体波导参数对于慢光群速度减慢的影响
• 2.3.1 光子晶体晶格结构对于群速度减慢的影响
• 2.3.2 填充率对于光子晶体波导群速度的影响
• 2.3.3 介质柱折射率对光子晶体波导群速度的影响
• 2.3.4 背景折射率对于光子晶体波导群速度的影响
• 2.3.5 减小介质柱半径对于光子晶体波导群速度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于光子晶体波导的慢光干涉仪折射率测量研究
• 3.1 基于光子晶体波导慢光干涉仪折射率测量方案
• 3.1.1 光子晶体波导的制作
• 3.1.2 系统结构方案
• 3.1.3 提高干涉条纹对比度
• 3.1.4 折射率测量理论分析
• 3.1.5 光电检测系统
• 3.2 本章小结
• 第4章 基于光子晶体波导慢光干涉仪波长检测系统研究
• 4.1 光纤布拉格光栅传感原理
• 4.1.1 光纤光栅应变敏感特性
• 4.1.2 光纤光栅温度敏感特性
• 4.2 光子晶体波导慢光干涉仪应用于波长检测的方案
• 4.2.1 系统结构及原理
• 4.2.2 耦合器的选择
• 4.2.3 干涉仪输出波形分析
• 4.2.4 解调系统温度补偿
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验
• 5.1 光纤M-Z干涉仪波长检测实验
• 5.1.1 光纤M-Z干涉仪
• 5.1.2 等强度悬臂梁
• 5.1.3 干涉谱与悬臂梁所受应变关系实验
• 5.1.4 干涉仪灵敏度实验及数据处理
• 5.2 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表文章