慢光被定義為光在介質(zhì)中傳輸?shù)娜核俣刃∮谡婵罩械墓馑�。慢光能夠加�?qiáng)光與物質(zhì)的相互作用,在非線性光學(xué)、光通信、光傳感等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)慢光效應(yīng)的方法很多,其中光子晶體波導(dǎo)(PCW)因具有參數(shù)可控性強(qiáng)、與光學(xué)系統(tǒng)兼容性高、非線性效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn),成為實(shí)現(xiàn)慢光的重要方法。本文針對一維(1D)和二維(2D)光子晶體波導(dǎo)的慢光特性及其傳感應(yīng)用進(jìn)行了研究。光纖布拉格光柵(FBG)作為一維光子晶體的典型代表,本文在耦合模理論的基礎(chǔ)上研究了其傳輸特性,通過調(diào)整光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)并優(yōu)化了慢光效應(yīng),并利用定制的慢光FBG進(jìn)行了傳感研究;利用平面波展開(PWE)和超晶胞理論研究了二維光子晶體慢光波導(dǎo),在線缺陷光子晶體波導(dǎo)的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整缺陷兩側(cè)介質(zhì)柱的位置對光子晶體波導(dǎo)的慢光特性加以優(yōu)化,獲得了更低的群速度,最后利用優(yōu)化的光子晶體慢光波導(dǎo)進(jìn)行了折射率傳感研究。全文的主要研究內(nèi)容如下:1.對于一維光子晶體,分析了均勻光纖布拉格光柵的耦合模理論及慢光產(chǎn)生機(jī)理;對于二維光子晶體,分析了其能帶結(jié)構(gòu)、缺陷波導(dǎo)中導(dǎo)模的性質(zhì),闡釋了PCW慢光產(chǎn)生機(jī)制;分析了利用FBG和PCW中的慢光效應(yīng)進(jìn)行傳感的理論依據(jù),證明了群延遲量越大,傳感的靈敏度越高。2.通過模擬分析了折射率調(diào)制深度、柵區(qū)長度、光柵周期對FBG的慢光效應(yīng)的影響,計(jì)算了理論靈敏度數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn),折射率調(diào)制深度和柵區(qū)長度越大,FBG最大群延遲量和靈敏度也就越大;光柵周期主要決定了中心波長的位置,對群延遲量影響不大。利用定制的FBG進(jìn)行了慢光延遲的實(shí)驗(yàn),在1552.56 nm波長得到最大的群延遲約273.84 ps。之后利用FBG的慢光效應(yīng)進(jìn)行了傳感實(shí)驗(yàn),在應(yīng)力變化范圍為0~12.8με時(shí),FBG表現(xiàn)出較好的線性度,最小探測應(yīng)力為0.0145με。3.分析了完美二維正方晶格Si圓柱光子晶體的能帶結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)介質(zhì)柱半徑大小得到了較寬的光子禁帶。在線缺陷光子晶體波導(dǎo)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型的光子晶體慢光波導(dǎo),通過改變線缺陷通道兩側(cè)某些介質(zhì)柱的位置得到了低至0.00142c的群速度。最后將優(yōu)化的光子晶體慢光波導(dǎo)用于折射率傳感,靈敏度達(dá)到2μm/RIU以上,表現(xiàn)出非常高的線性度,可以有效地區(qū)分一些氣體和液體,為慢光波導(dǎo)在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN252
【部分圖文】：

均勻FBG的折射率分布示意圖

均勻FBG的反射譜

到達(dá)傳感區(qū)。隔離器僅允許光的單向傳輸從而可以阻止反射光進(jìn)入到放大器中損壞儀器。將慢光FBG固定在等強(qiáng)度懸臂梁上，通過調(diào)節(jié)懸臂梁上的千分尺旋鈕可以給光柵施加不同的應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)用到的懸臂梁如圖3-12所示。圖3-12 實(shí)驗(yàn)使用的懸臂梁等強(qiáng)度懸臂梁的應(yīng)力換算公式為2=hXl ，其中，h是塑料板的厚度，X是千分尺可調(diào)節(jié)的最大撓度，l是塑料板的長度[76]。在該實(shí)驗(yàn)選用的懸臂梁中，各參數(shù)依次為： h = 2 mm，X = 25 mm，l = 250 mm。由此可以計(jì)算出該懸臂梁可施加的應(yīng)力范圍為0~800 με。實(shí)驗(yàn)采用強(qiáng)度解調(diào)的方法，光經(jīng)過應(yīng)力傳感區(qū)后進(jìn)入到光功率計(jì)（Powermeter）中
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2856543