一維光子晶體傳感器具有優(yōu)異集成性,高傳輸效率和低能量損耗等優(yōu)勢,但目前大部分研究都基于硅波導平臺,其耦合方式復雜,成本高昂,阻礙了其在實際實驗和應用中的發(fā)展。利用微納光纖平臺可以有效地解決耦合問題,但目前國際上相關研究的傳感性能都不理想。本文針對上述問題,提出了一種基于微納光纖的一維光子晶體傳感模型,具體研究工作和創(chuàng)新點為:第一,結合了微納光纖平臺耦合便捷、成本低廉的優(yōu)勢與一維光子晶體設計靈活、控光能力強的特點,提出了一種傳感性能優(yōu)越的基于微納光纖的一維光子晶體傳感模型。并利用時域有限差分法等理論仿真方法,研究了其能帶結構、光場分布、透射強度等光學特性,重點研究了傳感性能和氣體傳感上的應用;第二,基于所提出的一維光子晶體傳感模型,提出了一種全新的基于微納光纖的一維光子晶體傳感陣列模型。它采用了一維光子晶體帶阻濾波器來實現(xiàn)若干通道之間的頻段獨立,并采用了微納光纖光分束器和光合成器來耦合光信號。最終實現(xiàn)了在單輸入單輸出端口情況下同時監(jiān)測七路傳感信號的功能。重點研究了傳感應用場景,其平均傳感靈敏度達到了666.57納米/折射率,適用于各種復用傳感的應用場景。 

【文章來源】：北京郵電大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?一維、二維、三維光子晶體結構示意圖??

?ｔｗｏ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ?ｔｈｒｅｅ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ??圖１－１?一維、二維、三維光子晶體結構示意圖??—維光子晶體由兩種介電常數(shù)不同的兩種介質在單一方向上交替堆疊而成，??如圖１－１?（ａ）所示；而二維光子晶體結構如圖１－１?（ｂ）所示，是介電常數(shù)在二維??平面內(nèi)呈周期性排列而成的結構；三維光子晶體則由兩種介電常數(shù)不同的介質在??三維空間內(nèi)周期性分布，如圖１－１?（ｃ）所示�？梢钥闯�，介電常數(shù)的周期性排列??是光子晶體結構的特性，而其周期性的不同分布則使之區(qū)分為一維光子晶體、二??維光子晶體和三維光子晶體。??目前，由于制備工藝的復雜度較高，三維光子晶體相關的研究和應用都比較??有限，而隨著相關制備技術（如聚焦離子束刻蝕，電子束刻蝕等技術）的逐漸進??步，大部分研宄者都將目光投向了一維光子晶體以及二維光子晶體的相關研究。??例如

電網(wǎng)格和磁網(wǎng)格，其中電網(wǎng)格一般意義上是最經(jīng)常使用的時域有限差分網(wǎng)格。??按照Ｙｅｅ的定義，對于電網(wǎng)格，電網(wǎng)格單元棱邊與電場采樣重合，磁場采樣??與電網(wǎng)格面應位于電網(wǎng)格面中心位置且相互垂直，如圖２－１?（ａ）所示。而對于磁??網(wǎng)格，其分布也類似，即磁網(wǎng)格單元棱邊與磁場采樣重合，而電場采樣則位于磁??網(wǎng)格面中心位置并與磁場采樣垂直，二者的空間相對關系如圖２－１?（ｂ）所示。??ａ：產(chǎn)－、元??ｚ?ｙ?岑?電＾元雩？？丄??圖２－１差分格式中電場和磁場的空間位置Ｗ２］??本文假定電場均勻分布在電網(wǎng)格單元棱邊，且均勻分布在磁網(wǎng)格單元面上時，??便可以得到以采樣點為中心的脈沖函數(shù)，這就是時域有限差分中的基函數(shù)。而磁??場中的基函數(shù)與此類似，只是主體變成了磁場。本文假定在ｎＡ／時刻進行電場的??釆樣，并假定在到（ｎ?＋?ｌ／２）Ａ，內(nèi)的時間內(nèi)電場保持均勻，而在到??（？?＋?〇△／內(nèi)的時間內(nèi)磁場保持均勻。當介質的電損耗和磁損耗都存在時，麥克斯??韋旋度方程可以表示為如下形式：??▽?ｘ?帥

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Sensing of microparticles based on a broadband ultrasmall microcavity in a freely suspended microfiber[J]. YANG YU,TING-HUI XIAO,HONG-LIAN GUO,ZHI-YUAN LI.  Photonics Research. 2017(03)
[2]Compact, submilliwatt, 2 × 2 silicon thermo-optic switch based on photonic crystal nanobeam cavities[J]. HUANYING ZHOU,CIYUAN QIU,XINHONG JIANG,QINGMING ZHU,YU HE,YONG ZHANG,YIKAI SU,RICHARD SOREF.  Photonics Research. 2017(02)
[3]光子晶體制備及其應用研究進展[J]. 宋明麗,王小平,王麗軍,陳海將,廉吉慶,柯小龍,寧仁敏.  材料導報. 2016(07)
[4]基于倏逝波諧振的空氣柵光子晶體F-P腔折射率傳感特性研究[J]. 陳穎,石佳,曹會瑩,韓洋洋,朱奇光,畢衛(wèi)紅.  光學學報. 2015(11)
[5]光子集成技術及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J]. 吳冰冰,趙文玉,張海懿.  電信科學. 2015(01)
[6]光子晶體的研究及其在傳感器中的應用[J]. 張文毓.  傳感器世界. 2014(09)
[7]硅基光子集成研究進展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中.  物理學報. 2014(10)
[8]Design of a fiber polarizer based on an asymmetric dual-core photonic crystal fiber[J]. 孫兵,陳明陽,于榮金,張永康,周駿.  Optoelectronics Letters. 2011(04)



本文編號：3607486