光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)因為其靈活的結(jié)構(gòu)設計和良好的光學非線性而得到了廣泛關(guān)注。本文將光子晶體光纖與非線性光學特性相結(jié)合,利用四波混頻效應設計了一種非線性光子晶體光纖甲烷氣體傳感器。同時,利用四波混頻增益光譜具有兩個增益峰的特性,設計了一種可同時測量溫度和磁場的非線性光纖傳感器。本文深入分析了非線性PCF傳感機制,優(yōu)化傳感結(jié)構(gòu)參數(shù),為將來設計其他非線性PCF傳感器提供了思路。文章的主要研究內(nèi)容如下。(1)文章綜述了PCF的分類、特性、應用及其在傳感領域的發(fā)展,接著從非線性光學特性出發(fā)介紹了光子晶體光纖中的非線性效應及其研究現(xiàn)狀,最后介紹四波混頻效應及其在PCF傳感方面的應用與發(fā)展方向。(2)設計了一種非線性PCF氣體傳感器,在包層空氣孔涂覆一種折射率隨甲烷氣體濃度變化而改變的敏感薄膜,敏感膜的折射率改變會導致光纖的非線性特性和色散發(fā)生變化,具體表現(xiàn)為四波混頻的增益光譜發(fā)生移動。通過建立增益光譜峰移動與甲烷濃度改變量的直接聯(lián)系,能實現(xiàn)甲烷的精準測量。通過參數(shù)優(yōu)化,甲烷氣體靈敏度最高可達-4.87nm/%。(3)基于四波混頻效應所產(chǎn)生的雙增益峰,設計了一種雙參量PCF傳感器。通過在包層空氣孔中填充磁流體,可以實現(xiàn)溫度和磁場的同時測量,有效解決溫度磁場的交叉敏感問題。為進一步提高傳感器的準確性與靈敏度,對泵浦波長進行了優(yōu)化。最終該傳感器的溫度靈敏度為-0.115nm/℃,磁場的靈敏度為0.751nm/mT,通過實例驗證了該傳感器設計的可行性。該論文有圖45幅,表3個,參考文獻102篇。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TN253;TP212
【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 光子晶體光纖
    1.2 PCF的非線性特性
    1.3 PCF中的四波混頻效應的發(fā)展與應用
    1.4 論文主要內(nèi)容與創(chuàng)新點
    1.5 小結(jié)
2 四波混頻傳感理論
    2.1 數(shù)值分析方法與理論基礎
    2.2 四波混頻效應
    2.3 四波混頻效應傳感原理
    2.4 小結(jié)
3 基于四波混頻效應的非線性PCF甲烷傳感器的設計
    3.1 理論與模型
    3.2 傳感器模型參數(shù)優(yōu)化
    3.3 實驗結(jié)果與分析
    3.4 小結(jié)
4 基于四波混頻效應的非線性PCF磁場溫度傳感器
    4.1 理論與模型
    4.2 傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
    4.3 實驗結(jié)果分析
    4.4 小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
作者簡歷
學位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻】

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本文編號：2869022