太赫兹波光子晶体光纤传输特性分析_图文(精)
光子晶体中的光子禁带与传输特性
光子晶体中的光子禁带与传输特性光子晶体是一种具有周期性结构的材料，通过调控其结构可以有效地控制光的传输和操控。
其中一个重要的特性就是光子禁带，它在光子晶体中起到了关键的作用。
一、光子禁带的概念和原理光子禁带是指在光子晶体中存在一个频率范围，在这个范围内光的传播是被禁止的。
这意味着光子晶体能够对特定的波长光进行选择性的反射或吸收，同时允许其他波长的光通过。
这种禁带效应是由于光子晶体的周期性结构导致的。
光子晶体的周期性结构可以被理解为一系列的光子波导，它们之间的相位差会产生干涉效应。
当干涉效应导致波的幅值彼此相消时，禁带就形成了。
通俗地说，可以将光子禁带类比为一个光的“高速公路”，只有特定的车辆（特定波长的光）能够通过，其他车辆则被拦截。
二、光子禁带的应用1. 光子晶体光纤光子禁带的应用之一就是光子晶体光纤。
光纤是一种用于光信号传输的高效率导光介质，而光子晶体光纤在此基础上进一步实现了对光波在特定频率范围内的引导和控制。
通过光子晶体光纤，可以实现光信号的高速传输和低损耗，同时具备了较宽的传输带宽。
这使得光子晶体光纤在通信领域有着广阔的应用前景。
2. 光子晶体光子器件光子禁带还可以被用于设计和实现各种光子器件。
光子晶体中的禁带产生的光子态密度变化可以导致光的散射、反射和单向传输等效应。
通过调控光子晶体的结构，可以实现各种功能性器件，比如光子晶体滤波器、光子晶体光调制器等。
这些器件在光通信、激光器设计、光子计算等领域发挥着重要作用。
三、光子晶体中的光子传输特性光子禁带不仅影响着光子在光子晶体中的传输，还对其传输特性产生了重要的影响。
1. 禁带宽度和传输带宽光子晶体的禁带宽度决定了能通过的波长范围，而在禁带宽度之外的波长则被禁止传输。
禁带宽度的大小取决于光子晶体的周期性结构和材料参数，可通过调节这些参数来实现对禁带宽度的控制。
传输带宽则是指光子晶体中能够通过的波长范围，它取决于禁带宽度和其他非完美性质（如材料吸收和散射）的影响。
太赫兹光子晶体器件
太赫兹光子晶体器件太赫兹光子晶体器件是一种利用光子晶体结构和太赫兹波段的光学器件。
它们可以在太赫兹波段实现各种需要的复杂的功能。
在过去的几年里，太赫兹光子晶体器件已受到广泛的研究和关注。
它们在许多应用领域中具有广泛的应用，如太赫兹成像、通信、传感和生物医学。
太赫兹光子晶体器件的工作原理基于光子晶体的特性。
光子晶体是由正交晶格结构的介电材料构成的光学材料。
这种结构对于特定波长的光有反射和传输的特性，可以用来制造光学器件。
太赫兹波段是介于微波和红外之间的频率范围，是一种被广泛研究和应用的电磁谱区域。
太赫兹波段能够穿透很多物质，像纸张、衣服、灰尘、塑料等，同时又有很高的空间分辨率和化学选择性。
这些特点使得太赫兹波段有着广泛的应用前景。
太赫兹光子晶体器件利用了太赫兹波段的这些特性，并通过精细设计光子晶体结构，实现了各种复杂的功能。
例如，太赫兹光子晶体滤波器可以在太赫兹波段选择性地传输或反射光波，实现频带选择或波长选择。
太赫兹光子晶体透镜可以聚焦太赫兹光束，实现高分辨率成像。
太赫兹光子晶体传感器可以通过改变反射或透射特性来实现对生物分子、化学物质等的检测。
目前，太赫兹光子晶体器件的研究和应用还处于起步阶段，但已经取得了一些重要的进展。
未来，随着技术的进步和应用场景的扩大，太赫兹光子晶体器件有望成为一种重要的光学器件，为太赫兹波段的应用提供支持。
总之，太赫兹光子晶体器件是一种非常有前途的技术。
它们利用了光子晶体结构和太赫兹波段的特性，实现了许多复杂的功能。
随着研究和应用的深入，太赫兹光子晶体器件在太赫兹波段的应用领域中将发挥越来越重要的作用。
太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场数值研究报告
太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究摘要：作为目前产生太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产生的太赫兹波具有方向性好、相干性好等优点。
另一方面，光纤激光器以光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD>直接抽运，效率高、结构紧凑、价格低廉。
由于光纤具有很大的表面积-体积比，且散热效果极好，故可利用大功率LD直接抽运,实现高功率光纤激光器，从而为高功率太赫兹辐射源的小型化、实用化设计提供一条路径。
本文运用软件数值模拟，研究了太赫兹波在太赫兹光子晶体光纤中的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模场面积与光纤包层结构的关系，为上述高功率、小型化太赫兹源的设计提供了一定的理论依据。
关键词：太赫兹波塑料光子晶体光纤传输特性大模场面积光纤有限元法Abstract：As one of the foremost sources to produce terahertz waves currently, femtosecond pulses generated THz waves with good direction and coherence. On the other hand, optical fiber laser can gain the mode-locked laser with high efficiency, compact structure and low price, which use fiber as gain media, pumped directly by laser diode (LD>. As it has large surface area - volume ratio and is well thermal radiation, optical fiber can be pumped directly by high-power LD to achieve high-power fiber laser. It provides the path for design practical high power THz emitters of miniaturization.In this paper, by using numerical simulation software, we analyzed the cut-off characteristic, dispersion characteristic, loss characteristic and so on of THz-PCF, and discussed the relationship between effective mode-based area and THz-PCF’s structure parameters of cladding. We do these to provide some theoretical basis for design the high power THz emitters of miniaturization what we have introduced above. Keywords: Terahertz WavesPlastic Photonic Crystal FiberTransmission Characteristics Large Mode Area FiberFinite Element Method1.引言随着超快激光<Ultrafast Laser，UL）技术的进步，为太赫兹<Terahertz，THz）波的产生提供了稳定、可靠的激光光源，使太赫兹波的理论研究和探测技术得到蓬勃发展。
太赫兹光子晶体波导传输特性研究
太赫兹光子晶体波导传输特性研究1. 引言1.1 背景介绍太赫兹波段位于微波和红外之间，具有较高的穿透力和较高的分辨率，因此在通信、医疗、安检等领域具有广泛应用前景。
光子晶体是一种具有周期性结构的光子导带，可以通过周期性结构调控光的传输。
太赫兹光子晶体波导是在太赫兹波段中传输光信号的一种重要结构，具有波导性质和光子晶体的特性。
研究太赫兹光子晶体波导的传输特性，可以为太赫兹波段通信系统的设计和优化提供重要参考。
本文将对太赫兹光子晶体波导传输特性进行深入研究，探讨其在太赫兹波段的应用潜力和未来发展方向。
1.2 研究意义太赫兹光子晶体波导传输特性研究具有重要的理论和实际意义。
太赫兹光子晶体是一种具有周期性结构的材料，在太赫兹波段具有独特的光学性质。
通过研究太赫兹光子晶体波导的传输特性，可以深入了解太赫兹波段的光子行为，为太赫兹波段的应用提供基础理论支持。
太赫兹波段具有较强的穿透力和较高的灵敏度，因此在医学成像、化学传感、通信技术等领域有着广泛的应用前景。
太赫兹光子晶体波导的研究可以进一步优化太赫兹波段器件的性能，提高其传输效率和灵敏度，为太赫兹技术在各个领域的应用打下基础。
太赫兹波段的研究也能够促进光子晶体材料的发展和应用，推动光子学领域的发展。
对太赫兹光子晶体波导传输特性的研究具有重要的意义，将为太赫兹技术的发展和应用提供重要的理论和实践支持。
2. 正文2.1 太赫兹光子晶体的概念太赫兹光子晶体是一种具有周期性结构的材料，在太赫兹波段具有特定的光学特性。
它可以通过在介电常数或磁导率的周期性变化来实现光子禁带的形成，从而引导光子在其中传播。
太赫兹光子晶体可以被用于模拟电子晶体中的电子行为，实现光子的控制和调控。
太赫兹光子晶体的结构可以通过工程设计来调控，例如通过改变晶格常数、晶格形状、填充率等参数来调节光子禁带的位置和宽度。
这使得太赫兹光子晶体在太赫兹波段的应用具有很大的潜力，例如在太赫兹波导、滤波器、偏振器等器件中的应用。
光子晶体光纤的原理及应用ppt
谢谢！
周期结构
晶格常数 服从方程
原子
Å 量级 薛定谔方程
微结构
波长量级 Maxwell方程
波函数
分布
标量波
费米子
矢量波
玻色子
光子晶体光纤
发展历史
1987年提出光子能带的概念 1992年提出光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)的概念 1996年研制出第一根PCF 2000年第一家PCF公司成立 近年来光子晶体研究中比较热门的一个方向
光子晶体光纤－结构
solid core holey cladding forms
effective
low-index material
表征PCF结构特点和性能的3个特征参数：纤芯直径，包层 空气孔直径及空气孔间距。 由于PCF的空气孔排列和大小 有很大的控制余地，可以根据需要设计其光传输特性。
光子晶体光纤－分类
光子晶体光纤的原理及应用
提纲
基本原理
特性及应用 商业化
前景展望
光子晶体
光子晶体是在光学尺度上具有周期性介电结构 的人工设计和制造的晶体，周期结构形成光子 带隙（Photonic Bandgap，PBG ），实现控制 光子运动的目的，被成为光信息时代的“半导 体”。
光子晶体
晶体 光子晶体
特性及应用
高双折射
只需要破坏PCF剖面圆对称性，就 可以形成很强的双折射。
与传统保偏光纤(PMF)相比:
高双折射 单模工作范围大 温度稳定性好 ……
应用：
PMD补偿 单偏振单模光纤 孔中填充液晶等材料实现可方向移动，够在波长低于 1.3μm获得反常色散，同时保持单模。
《光纤的传输特性》PPT课件
5
精选ppt
非本征吸收
原材料将在光纤的制造过程中引入杂质，带来较 强的非本征吸收。有害杂质主要有过渡金属离子， 如铁、钴、镍、铜、锰、铬等金属离子和OH－。
OH－吸收峰
6
解决方法： (1)对制造光纤的材料进 行严格的化学提纯，比 如材料达到 99.9999999%的纯度 (2)制造工艺上改进，如 避免使用氢氧焰加热(汽 相轴向沉积法)
0.26
因此可以算出在1320 nm处， 波导色散为：
D w()n c2Vdd 2(V V 2)b1.9
24
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标准单模光纤总的模内色散
一般来说材料色散的影响大于波导色散： |Dm| > |Dw|
DDmDw
1320
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模间色散
多模光纤中不同导模具有不同的传播路径和速度导致了 模间色散。
导致的后果： 造成能量辐射损耗
低阶模功率耦合到高阶模
高阶模功率损耗
减小微弯的一种办法是在光纤外面一层弹性保护套
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宏弯和微弯对损耗的附加影响
基本损耗 宏弯损耗
微弯 损耗
光纤弯曲带来额外损耗
V2 an1 2n2 21/22 aNA
增加，V减少
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弯曲损耗随模场直径增加显著增加
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PMD 对传输的影响
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色散对传输带宽的影响：宽谱光源
比较大的时候，单模光纤带宽：
BSMF1 /T 41D /4L GH z
例：考虑一个工作在1550 nm的系统，光源谱宽为15 nm，使用 标准单模光纤D = 17 ps/km·nm，那么系统带宽和距离乘积：
太赫兹波段光子晶体光纤传感特性
太赫兹波段光子晶体光纤传感特性学科专业：光学工程研究方向：光纤光学与光通信技术作者姓名：常丽华指导教师：任广军教授2015年01月摘要AbstractPCF is also known as Micro-structured optical Fiber or Holey Fiber. Since the periodic structure of refractive index of the PCF can control the motion of photons freely, it makes PCF possess many more attractive features than electron crystal materials. So it gives us a lot of room for designing and constructing，which makes PCF have obvious advantages in sensing and communication. The reaction of LC，s refractive index to the change of the external electric field is more sensitive than others, so we can infiltrate the air holes of PCF with LC selectively. Then we adjust the parameters of PCF by changing the voltage of applied electric field. PCF evanescent wave sensor design in biology-based and chemistry-based received widespread attention in particular. We used the finite element method to analyze and calculate its sensing capability. We provided a theoretical reference for corresponding theoretical study.This paper includes the following: The concept of the photonic crystals and photonic crystal fiber were introduced. The main features of photonic crystal fibers were introduced. So did the status of the PCF applications in sensors.The paper describes the classification and physical properties of LC, focusing on the optical properties of liquid crystals. We get the LC's properties, data and the expression, which provides a reliable theoretical basis for the transmission theory of the PCF filled with LC.The calculation method using in the analysis of the PCF sensing properties . We focused on the finite element method because the software COMSOL is based on this method.We use COMSOL and MATLAB to do simulation of four different constructions. And we received the performance parameters of the PCF infiltrated by LC 5CB. We change the LC，s refractive index by changing the external electric field. These properties include effective refractive index, the normalized frequency, the effective core area, numerical aperture and waveguide dispersion. It provides references to design voltage sensing terahertz waveguide device used for corresponding demands.We proposed two kinds of twin-core PCF structures. We use software COMSOL to simulate two structures and use MATLAB to calculate and analyze the parameters we obtain. We achieved some sensing property of two structures, and the parameters changing with the incident wavelength. This type of evanescent wave sensor provides important theoretical basis for the evanescent wave sensors.Key words：photonic crystal fiber, voltage, liquid crystal, evanescent wave, Terahertz wave第一章绪论 (1)1.1光子晶体概念 (1)1.2光子晶体光纤的概念及其特征 (2)1.3光子晶体光纤传感应用的现状 (4)1.4本文研宄内容 (6)1.5本文的创新点 (7)第二章液晶的特性 (8)2.1液晶的分类 (8)2.2液晶的物理性质 (10)2.3液晶的光学性质 (11)2.3.1液晶折射率的张量 (11)2.3.2液晶折射率张量的表示 (15)2.4本章小结 (16)第三章光子晶体光纤的数值分析 (17)3.1有限元法 (17)3.1.1有限元法概述 (17)3.1.2变分原理 (17)3.1.3有限单元 (19)3.1.4单元分析 (21)3.1.5完美匹配层 (22)3.1.6有限元法基本步骤 (23)3.2平面波展开法 (24)3.2.1特征方程的建立 (24)3.2.2晶格的几何特性 (25)3.2.3倒易空间 (26)3.2.4第一布里渊区 (27)3.2.5布洛赫定理 (28)3.3...................................................................................................................................................................... 本章小结 29 第四章液晶光子晶体光纤在太赫兹波段的电压传感 .. (30)4.1太赫兹概述 (30)4.2液晶折射率在太赫兹波段的电场特性 (30)4.3液晶光子晶体光纤在太赫兹波段的电场传感特性 (33)4.3.1有效折射率的电场特性 (33)4.3.2截止频率的电场特性 (37)4.3.3有效模场面积的电场特性 (38)4.3.4数值孔径的电场特性 (40)4.3.5波导色散的电场特性 (40)4.4 本章小结 (42)第五章双芯光子晶体光纤太赫兹传感器在实际检测中的应用 (43)5.1倏逝波传感原理 (43)5.2双芯光子晶体光纤在实际检测中的传感特性 (44)5.2.1......................................................................................................................................................... 有效折射率 445.2.2限制损耗 (45)5.2.3相对灵敏度 (47)5.2.4波导色散 (48)5.3...................................................................................................................................................................... 本章小结 49 第六章总结与展望. (50)参考文献 (51)发表论文和科研情况说明 (54)致谢 (55)第一章绪论1.1光子晶体概念光子晶体为一种由人共制成的介电质结构，具有周期性，由于其具有光子带隙（？30)特性，我们也称之为PBG光子晶体结构。
太赫兹波段光子晶体及异向介质特性研究
目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2太赫兹波的发射及检测技术研究 (2)1.2.1 太赫兹（THz）波发射的方法和原理 (2)1.2.2 太赫兹（THz）波探测的方法和原理 (5)1.3太赫兹波的特点 (8)1.4太赫兹（TH Z）波段的光子晶体及异向介质 (8)1.4.1光子晶体 (9)1.4.2 异向介质 (10)1.5课题来源及研究内容 (11)1.5.1课题来源 (11)1.5.2 论文主要内容 (11)第二章太赫兹时域光谱技术 (13)2.1测试系统及测试方法 (13)2.1.1 测试系统 (13)2.1.2 测试方法 (15)2.2透射型TH Z时域光谱系统提取材料参数的原理和方法 (15)2.3实验数据的处理与分析 (17)2.3.1传统参数提取方法与不足 (17)2.3.2 方法的改进 (18)2.3.3改进结果与分析 (18)第三章光子晶体 (21)3.1太赫兹波段的光子晶体的仿真计算 (21)3.1.1 平面波展开法及光子晶体带隙计算 (21)3.1.2正方晶格光子晶体带隙结构 (24)3.1.3 三角晶格光子晶体的带隙结构 (26)3.1.4 正方晶格与三角晶格光子晶体带隙比较与讨论 (27)3.2实验样品的制备及测试 (28)3.2.1 样品制备及工艺 (28)3.2.2 测试结果 (29)V第四章太赫兹频段下异向介质透射率的研究 (31)4.1太赫兹异向介质的发展概述 (31)4.2太赫兹异向介质的理论 (35)4.3太赫兹异向介质的样品制备及分析方法 (36)4.3.1样品制备 (36)4.3.2 仿真原理及方法 (42)4.4太赫兹异向介质的设计 (43)4.4.1 两个典型SRR结构的分析 (43)4.4.2 各个结构参数对异向介质透射曲线的影响 (47)4.4.3 小结 (54)4.5异向介质的太赫兹透射性质 (54)4.5.1 测试样品 (54)4.5.2 测试结果及其分析 (55)第五章总结 (57)致谢 (58)参考文献 (59)攻硕期间取得的研究成果 (62)VI第一章 绪 论1第一章 绪 论1.1 引言太赫兹(terahertz ，THz ，1THz=1012Hz)辐射通常定义为频率在0.1~10THz 范围内，波长在30um~3mm ，波数在3.3~330cm -1之间的相干电磁辐射。