新型抗弯曲单模光子晶体光纤的研究
光子晶体光纤的制备与应用研究
光子晶体光纤的制备与应用研究引言自从光纤出现以来，随着科技的不断进步，其性能也得到了进一步提高。
其中，光子晶体光纤是一种新型的光纤材料，具有许多独特的性能和应用，越来越受到人们的关注。
本文将对光子晶体光纤的制备和应用研究进行探讨。
一、光子晶体光纤的制备1. 概述光子晶体光纤是一种特殊的光学纤维。
它不同于常规的光纤，是通过在双层玻璃板中间插入一条结构有序的晶体光纤得到的。
这种光纤的结构可以形成特殊的光子晶体结构，从而具有许多优异的性能。
2. 制备步骤制备光子晶体光纤主要分为以下几个步骤：（1）选材：需要选择适合的玻璃材料和晶体材料。
晶体材料的厚度和形状都需要精确控制。
（2）制备晶体光纤：将晶体材料制备成一条精密的晶体光纤。
可以使用拉伸法和光爆炸法等方法。
（3）制备双层玻璃板：将两层玻璃板叠放在一起，中间留出一定的空隙。
（4）插入晶体光纤：将晶体光纤插入两层玻璃板之间的空隙中，使其保持一定的间距和位置。
（5）烧制：将双层玻璃板和晶体光纤放入高温烧炉中，通过调节温度和时间等参数，使两者融合在一起，形成光子晶体光纤。
二、光子晶体光纤的应用研究1. 光学传感光子晶体光纤可以作为一种优秀的光学传感器，可以实现对温度、压力、湿度等物理和化学参数的检测。
由于光子晶体结构的变化会导致光信号的变化，因此这种光纤可以利用这种灵敏度实现高精度的传感性能。
2. 全光网络光子晶体光纤可以作为光网络中的一种重要组成部分，可以实现光信号的传输、分配和调制。
由于光子晶体结构的不同，可以实现对不同波长的光信号进行调制和分离，从而实现更高效的光通信。
3. 激光加工光子晶体光纤结构的微观特征可以使其成为一种非常优秀的激光加工材料。
光纤内部的光场可以被调控，利用激光可以实现对其微观结构进行精密加工，从而得到一些纳米材料和器件。
4. 生物医学光子晶体光纤的微观结构可以模拟生物组织中的结构，因此可以作为一种生物医学材料。
它可以用于生物成像、药物释放等领域，具有很高的应用前景。
光子晶体光纤的研究
光子晶体光纤的研究光子晶体光纤是一种由光子晶体材料制成的光纤结构，具有一系列独特的光学和传输特性。
它相比传统的光纤，具有更低的损耗和更大的带宽，适用于光通信、光传感、光声学等领域。
在过去的几十年中，光子晶体光纤的研究取得了许多重要的进展，本文将对其中的关键问题进行综述。
首先，我们将介绍光子晶体光纤的基本原理。
光子晶体是具有周期性结构的光学材料，其周期往往与入射光的波长相当。
通过精确设计和控制光子晶体的结构参数，比如晶格常数、填充率等，可以实现对光的传输和控制。
在光子晶体光纤中，光的传输是通过光子晶体的周期性折射率变化引导的，从而实现低损耗和大带宽的特性。
其次，我们将重点介绍光子晶体光纤的设计和制备方法。
光子晶体光纤可以通过多种方法来制备，包括体外法、孔蚀法和结合法等。
其中，体外法是最常用的方法之一，其基本步骤是将光子晶体材料制备成光纤的预制坯料，然后通过拉伸和微调制得到所需的光纤结构。
在制备过程中，需要注意光子晶体的晶格参数和填充率对光纤性能的影响，以及如何实现精确控制和调节。
然后，我们将介绍光子晶体光纤的光学特性。
光子晶体光纤的光学特性主要是由光子晶体的结构和材料的选取所决定的。
光子晶体的周期结构可以实现对光的波长选择性传输，从而实现对光的色散和非线性效应的控制。
此外，光子晶体材料的选择也决定了光纤的损耗和带宽，常用的材料包括硅、玻璃、聚合物等。
通过设计和优化光子晶体光纤的结构和材料，可以实现对光纤的性能的控制和调节。
最后，我们将讨论光子晶体光纤在实际应用中的一些研究进展和挑战。
光子晶体光纤具有许多潜在的应用，例如高速通信、传感和光声学等领域。
在高速通信中，光子晶体光纤可以实现更高的传输速率和更长的传输距离，从而提高光纤通信系统的性能。
在传感方面，光子晶体光纤可以实现对温度、压力、化学成分等的高灵敏度测量。
在光声学中，光子晶体光纤可以实现对声波的传输和控制，为光声成像、光声治疗等提供新的可能性。
光子晶体光纤弯曲损耗特性研究
光子晶体光纤弯曲损耗特性研究李书婷【摘要】光子晶体光纤是一种新型光纤，由于它的性能优良，成为研究领域的热点。
本文先对光子晶体光纤进行了介绍，分析了光子晶体光纤弯曲耗损理论，最后对光子带隙型晶体光纤的弯曲耗损进行了测试研究。
结果表明光子带隙型晶体光纤抗弯曲耗损比传统的单模光子晶体光纤能力强。
%Photonic crystal fiber is a new fiber, due to its excellent performance,has become a hot research field.This article first photonic crystal fibers were introduced to analyze the test photonic crystal fiber bending loss theory,the bending loss last crystal photonic bandgap fiber were.The results show that the photonic band gap crystal fiber bending loss better than conventional single-mode photonic crystal fiber capacity.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】3页(P27-29)【关键词】PCF;弯曲损耗;研究【作者】李书婷【作者单位】商洛学院电子信息与电气工程学院，商洛，726000【正文语种】中文光子晶体光纤是基于光子晶体技术发展而来的新型光纤。
光子晶体光纤通常是由具有空气孔周期排列结构的单一石英介质材料构成，因为其结构上的特点，又被称为微结构光纤或多孔光纤。
依据导光机制的不同，可以将光子晶体光纤分为三类：全内反射型光子晶体光纤（TIR-PCF）、光子带隙型光子晶体光纤（PBGF）和混合导光型光子晶体光纤（HG-PCF）。
一种新型光纤——光子晶体光纤
．
线缺陷 ， 而 包层 则按规 则形 状排列 成光 子带 隙结 构 ， 进而某 一波 长范 围 内的光 被 禁止 在纤 芯 内传播 。 根据导 光原 理 的不 同 ， 大致 可 以将光子 晶体 光纤分 为两 大类 ： 一 是全 内反 射 型光 子晶 体光纤 。 二 是光 子带 隙型光 子 晶体光 纤 。 全 内反 射型 光子 晶体光 纤 又 称折射 率 引导型 光子 晶体光 纤 ， 一般 由石 英和 空气构 成 ， 其截 面结 构具有 周 期性 。 它 的纤芯一 般 为石 英 ， 通过在 包层 中引入 空气孔 。 大大 的降低 了包层 的折 射率， 使纤芯 折射 率大 于包 含了 空气 孔的包层 的有 效折 射率 ， 从 而将光 信号 约
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光子 晶体 光 纤
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（ 武 警石 家 庄士 官 学校
［ 摘 要］ 光子 晶体 的发 现 ， 可 以说 是光和 电磁波 传播 与控 制技 术方 面 的一次 革命 以 此为基 础 的光子 晶体 光 纤 ， 又称 多孔 光 纤或微 结 构光 纤 ， 以其 独 特的 光 学 特性 和灵 活的 设计 成为 近年 来 的热 门研 究 课题 。 本 文从 光子 晶 体光纤 的概 念及 种 类 、 特性 、 应 用三 个方 面对 光 子晶体 光 纤进行 了介绍 。
［ 关键 词］ 光 纤 光 纤特 性 Ｐ Ｃ Ｆ
中图分 类号 ： Ｐ ５ ２ ８
光子晶体光纤的特征
光子晶体光纤的特征光子晶体光纤是指具有光子晶体结构的光纤。
光子晶体是一种具有周期性折射率的介质，其结构类似于晶体，但其周期性不在空间晶格坐标上，而是在光学尺寸的尺度范围内实现。
与普通的光纤相比，光子晶体光纤在光学性能上具有很多独特的特点。
高效传输光子晶体光纤的介电常数分布呈现出光子能带结构，这意味着该光纤可以实现“禁带”的传输，并且允许特定波长范围内的光线沿着光纤中推进，并在纤芯中无损耗地传输。
此外，光子晶体光纤还可以实现全反射，使得光线可以沿着光纤中的同一路径传输，从而使其具有高效传输的能力。
宽波长范围光子晶体光纤的禁带频率是可以通过调节光子晶体的结构进行调控的，从而使其在不同的波段内均可以实现光传输。
因此，光子晶体光纤具有宽波长范围的优点，在不同的领域均能够实现优秀的性能。
高灵敏度光子晶体光纤的光学性能可以通过纤芯中的微观结构进行调控，从而使其具有高灵敏度的特点。
例如，通过在纤芯中引入缺陷等微小的结构变化，就可以实现对光信号的高效检测。
此外，光子晶体光纤还可用于制作传感器等领域，具有很高的应用价值。
抗干扰能力强光子晶体光纤具有很高的抗干扰能力。
它可以有效地抑制光纤中的各种杂散光，避免光信号受到干扰或衰减。
独特的光场分布特性光子晶体光纤的纤芯结构可以自由地调控，因此它具有很多独特的光场分布特性。
例如，光子晶体光纤可以实现单模传输，从而避免了多模光纤传输所带来的光学噪声。
此外，光子晶体光纤的光学场分布与在普通光纤中的有所不同，因此它还可以用于调制光场、实现光学非线性效应等领域。
综上所述，光子晶体光纤具有特定波长范围内高效传输、宽波长范围、高灵敏度、抗干扰能力强、独特的光场分布特性等特点，因此在通信、传感器、量子光学、生物医学、材料等领域均有广泛的应用。
光子晶体光纤的制备与应用研究
光子晶体光纤的制备与应用研究光子晶体光纤的制备主要分为两种方法：传统方法和新型方法。
传统方法是将光子晶体纳米颗粒混入熔融的硅酸盐玻璃中，通过拉伸和制作纤芯来制备光纤。
新型方法则是通过叠加不同颜色的光子晶体微球堆积来制作纤芯。
这些方法制备的光子晶体光纤具有高透明度、低损耗、高灵敏度和宽带宽等优点。
光子晶体光纤的应用研究主要集中在通信、传感和激光技术等领域。
在通信方面，光子晶体光纤可以提供更高的带宽和更低的损耗，可以用于长距离传输和高速数据传输。
在传感方面，光子晶体光纤具有较好的灵敏度和可调谐性，可以用于气体、液体和生物传感。
在激光技术方面，光子晶体光纤可以用作激光波导器件，用于光子晶体激光器和光纤拉曼激光器等的输出波导。
光子晶体光纤的研究还包括光纤传输特性和光纤结构改进等方面。
光子晶体光纤的光传输特性主要通过调整光子晶体光纤的纤芯结构和纤芯材料来实现，以改变纤芯的折射率和色散特性。
光纤结构改进主要通过改变纤芯的孔径和填充材料来实现，以提高光子晶体光纤的性能和应用范围。
光子晶体光纤的应用前景广阔。
随着信息技术的发展和需求的增加，对光纤通信和数据传输的需求也越来越大。
光子晶体光纤由于其独特的光学和物理特性，可以满足高带宽和低损耗的需求，因此在通信领域具有广阔的应用前景。
同时，光子晶体光纤在传感和激光技术领域也有很大的应用潜力，可以用于生命科学、环境监测和材料研究等方面。
总之，光子晶体光纤的制备与应用研究是一项具有重要意义的研究领域。
通过对光子晶体光纤的制备方法和应用特性的研究，可以推动光子晶体光纤在通信、传感和激光技术等领域的广泛应用，为信息技术的发展和创新做出贡献。
光子晶体光纤传感研究与应用
光子晶体光纤传感研究与应用光子晶体光纤是一种新型的传输光信号的光纤，它不仅具有传统光纤的传输功能，还可以在光子晶体内产生一系列的光学效应。
近年来，光子晶体光纤传感成为研究热点，主要因为光子晶体光纤可以在光谱、成像、波导、量子信息等领域得到广泛的应用。
本文将主要从光子晶体光纤传感的研究及其在应用方面进行探讨。
一、光子晶体光纤传感技术的研究光子晶体光纤传感的研究，主要通过改变光子晶体的周期结构和形状等参数来调控其传播性能，实现对不同环境条件下物质与光子晶体的相互作用，进而实现对环境参数的检测和探测。
光子晶体光纤的传感性能与光子晶体的周期、衬底的折射率、孔隙的形状和孔隙填充物等参数密切相关。
研究光子晶体光纤传感技术的关键在于如何通过光学传输的方式获取传感信号，并对这些信号进行监测和解码。
其中，最常用的技术是基于光谱分析和光纤头结合的方法。
光子晶体光纤传感的研究方向主要包括基于色散、基于谐振、基于干涉等多种技术，其中基于色散的光子晶体光纤传感方法是最常用的一种。
在此方法中，通过在光子晶体中注入环境介质，改变其光学性能而导致色散谱的位移。
通过对此位移进行测量，即可获得环境参数的信息。
另外，基于谐振和干涉的光子晶体光纤传感方法也有其独特的优势，例如谐振结构的传感精度更高，干涉结构可以达到更高的灵敏度和分辨率。
二、光子晶体光纤传感的应用目前，光子晶体光纤传感在生物、化学、环境和工程等领域得到了广泛的应用，已经成为传统传感技术无法比拟的强大工具。
下面将从几个方面介绍光子晶体光纤传感的应用。
1、生物医学传感生物医学传感是光子晶体光纤传感的应用之一，其主要用于检测生物体内的物质，如葡萄糖、脂肪酸等，进而实现疾病的诊断和治疗。
在此应用中，光子晶体光纤的高灵敏度和快速响应特性使其成为不可替代的工具。
例如，利用光子晶体光纤来检测血糖水平，可以避免血液采样的疼痛和创伤，大大提高糖尿病患者的生活质量。
2、环境监测传感环境监测传感是光子晶体光纤传感的另一应用方向，主要用于监测城市污染、生态环境以及工业废气等方面。
单模单偏振光子晶体光纤的设计及其特性的研究开题报告
3.完成非硅基光子晶体光纤的设计，实现各通信波段的单模 单偏振 2015.5-2015.9
4.总结多种材料光子晶体光纤的一些特性，撰写毕业论文， 准备结题 2015.10-2015.12
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本文设计的光子晶体光纤有很高的双折射，两个偏振态的有效折射率曲 线会有偏差，当其中一个小于基空间填充模有效折射率，而另外一个大于基 空间填充模时，出现单模单偏振。
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三.拟研究的基本内容
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1.设计硅基的光子晶体光纤，在通信波段实现单模单偏振。 对设计的光纤结构进行数值模拟和理论上的解释并通过改 变其结构不断优化，对光纤的性质进行探索和研究，并尝 试将其应用在光纤器件中
总结上述单偏振单模光子晶体光纤研究的主要进展，可以看出，未来单偏振 单模光子晶体光纤的研究趋势就是，实现更大的单偏振单模运转区域，实 现更低的损耗。
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二.单模单偏振光子晶体光纤的设计原理
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设计原理可以归为两类： （1）在纤芯附近引入双折射结构。这样就会使得基模的一个偏振态的 有效折射率小于包层的有效折射率，由于这个模式不满足全反射定律不能在 纤芯中传播，是个截止模式。与此同时另一个偏振态的有效折射率大于包层 的有效折射率，这个模式满足全反射定律而能在纤芯中传播。所以这种方法 就称作截止法。 （2）耦合法，这种方法主要是应用“谐振耦合理论”，在特定波长附近使 得基模的一个偏振态模式与包层模或者包层高损耗区的模式满足“横向谐振耦 合方程和条件”，这时相应偏振态的光场能量就会在纤芯和包层间震荡衰减。 这个偏振模式相应的泄露损耗会显著增大而迅速衰减，这时另一个偏振模因 不满足谐振条件而在纤芯中较低损耗传输，由此可以实现单偏振单模运转。 此文中，我们采用的是第一类设计原理。
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光纤 发生 弯 曲后 ， 折 射率 分布会 发 生改 变 ， 从 而 影 响光纤 的传 输特性 并产 生弯 曲损 耗 。本文 利用 弯 曲等效 折 射 率 模 型 分 析 Ｐ Ｃ Ｆ 的 弯 蓝特 性 。 Ｍａ ｒ — ｔ ｙ ｎ ｋ ｉ ｅ ｎ等 经研 究 发 现采 用 此 模 型 分 析 光 纤 特 性
与 实 际实验结 果具 有 良好 的近 似 性 ， 误差小于 １ 。
当光纤沿 ｚ轴 负方 向弯 曲 时 ， 光纤 横 截 面 的折 射 率
分 布可 以表示 为
ｎ （ ｘ， ）一 ｎ 。 （ ｚ， ） （ １ ＋ ｘ／ Ｒ） ， （ ３ ）
因此 ， 当ｄ 为 常可 以获 得 具有单 模 特性 的 Ｐ Ｃ Ｆ 。 由于 ｄ ： 一２ ． ７ ５ ｍ时 ， 二
着 Ｐ Ｃ Ｆ小 孔直径 ｄ 的增 大 ， 基 模 和 二 阶模 限 制 损
（ ２ ）
式 中， 为工作 波 长 ； Ｉ ｍ（ ｎ “ ）为各 阶 模式 有 效 折 射
率 的虚 部 。 光纤基 模 的等效 模场 面积 可 以表示 为嘲
Ａ ｆ ｆ 一
（ Ｉ ｌ Ｊ Ｅ ｌ ｚ ｄ ｘ ｄ ｙ ） ‘
阶模 限制 损耗 小 于 １ ｄ Ｂ ／ ｍ， 光纤 无法 满足单 模 运转 条件， 因此选 取 ｄ 一２ ． ６ Ｏ ～２ ． ７ ０ ｍ。
鲁４ ．
式中， ｎ 。 （ ｚ， ） 为光 纤初 始折 射率 分布 ； Ｒ 为光纤 弯
曲半径 。 光 纤色 散包括 材料 色散 和波 导色散 。本 文提 出
本文采 用 全矢量 有 限元法 结合 Ｐ ＭＬ（ 完 美 匹 配
层） 边 界条 件 ［ ４ ］ ， 对所提 出的 Ｐ Ｃ Ｆ的 传 输 特性 进 行
理 论分 析 。理论 研 究 表 明 ， 采用 Ｐ ＭＬ边 界 条 件 计
结构 参数 对 Ｐ Ｃ Ｆ单模 特性 与弯 曲特 性 的影 响 。
２ ． １ 结构 参数 对单 模特 性 的影 响 Ｆ ＴＴＨ 光 网络建 设 中所 用 光纤 常 为 单模 光纤 ， 在 实 际 应 用 中， 只 要 保 证 基 模 限 制 损 耗 小 于 ０ ． １ ｄ Ｂ ／ ｍ， 二 阶模 限制 损耗 大 于 １ ｄ Ｂ ／ ｍ， 就 可 以认
———————
，
１ Ｉ Ｉ Ｅ ｌ ｄ ｘ ｄ ｙ
式中， Ｅ为 电场 矢量 ； Ｓ为光 纤横 截面 。
耗均 减小 ， 但是 ｄ 较大 容易 导致二 阶模 限制 损耗 过 小， 使光纤 无 法 维 持 单 模 运 转 ， 因此 本 文 设 定 ｄ ＝ ＝ ＝ １ ． ４ ５ ｍ， 重点 讨论 大孑 Ｌ 直径 ｄ 与 孔 间距 Ａ对 光 纤 特性 的影 响 。为 了大致 满足 Ｐ Ｃ Ｆ的单 模运 转 条 件 ， 选取 ｄ ２ —２ ． ６ Ｏ～ ２ ． ７ ５ ｍ、 Ａ＝ ＝ ： ６ ． ７ ５ ～６ ． ９ ５ ｍ。 图 ２给 出 了在 １ ５ ５ ０ ｎ ｍ 波 长处 ， ｄ 为１ ． ４ ５ ｍ 时， ｄ 。 和 Ａ 变化对 二 阶模 限制损 耗 的影 响 。由 图可 知， 当ｄ 和 以减 小 时 ， 二 阶模 限制 损 耗对 应 增 大 。
处为 １ ． ４ ４ ４ 。
２ ． ６ ０ ｍ。 初 步仿 真研究 发现 ， 光纤 在波 长 １ ５ ５ ０ ｎ ｍ 处， 弯 曲半 径 为 ５ ｍｍ 时 的弯 曲 损耗 随包 层 层 数 的 增加 而减 小 ， 但 当层 数超 过 ５层时 ， 弯 曲损耗 均较低
且处 于 同一个数 量 级 ， 综合考虑孑 Ｌ 间距 与 制 造 的 可 行性 ， 将光 纤包 层 层 数定 为 ５层 。在 此 基 础 上 分 析
笔３ ．
３ ． ２ ． 辜 ２ ． １ ．
的低弯 曲损 耗 Ｐ Ｃ Ｆ材料 色散 可 用 Ｓ ｅ ｌ ｌ ｍｅ ｉ ｅ ｒ 公 式 计 算 。采 用全 矢量有 限元 法得 到有 效 折射 率 ｒ 的实 部， 进 而可 以求得 波导 色散 。于 是 ， 色 散可 由下式 计
算 光纤 损耗 较采 用 吸收 和散射 边界 条件 精度 高 。光
纤 模式 的 限制损 耗 Ｌ可 以通 过下 式计 算 引：
Ｌ — Ｉ Ｉ ｍ（ Ｎ ｅ ｆ ｆ ） ｎ （ １ ０ ） ， ’ （ １
为光 纤满 足单模 运 转条件 ［ 】 。 仿真 研究 得 到此 Ｐ Ｃ Ｆ基 模 的限 制 损 耗 远 小 于 ０ ． １ ｄ Ｂ ／ ｍ， 为简化分析， 本 节仅 讨 论 二 阶模 四 个 简 并态 对应 的最 小 限制 损 耗 。经 过 初 步 计 算发 现 ， 随
孔组 成 ， 空 气孔 间距 为 Ａ； 包层 第二层 和 第 四层 各有 ６ 个 以纤芯 为 中心 、 呈周 期性 排列 、 直 径为 ｄ 。 的大 空 气孑 Ｌ ， 包层 其余 空气 孔直径 为 ｄ 。 图 ｌ中浅灰 色 区 域 代 表基底 材 料 Ｓ ｉ Ｏ ， 其折射率 在波长 １ ５ ５ ０ ｎ ｍ
光 通 信 研 究
２ ０ １ ５年
第 ２期
总第 １ ８ ８期
的基 底材料 Ｓ ｉ Ｏ 构成 ； 包层 由两种 尺 寸 的 圆形 空气
光纤 相 匹配 。通过 理 论 分 析 与计 算 ， 给 出初 始 结 构
参 数 如 下 ：Ａ 一 ６ ． ７ ５ ｍ， ｄ １— １ ． ４ ５ ｍ， ｄ ２—
算 。 ３ ：
Ｄ 一 一
ＯＡ
，
（ ４）
式中 ， ｃ 为 真空 中的光 速 ； 为工 作波 长 ； Ｒ ｅ （ ｎ “ ）为
图２ ｄ 与 Ａ 变化 对 Ｐ ＣＦ二 阶 模 限 制 损 耗 的 影 响