光子晶体光纤传感系统剖析.ppt

光子晶体光纤传感系统 内 容 一、光子晶体 二、光子晶体光纤 三、光子晶体光纤传感系统 光子晶体 光子晶体 光子晶体 光子晶体 光子晶体 光子晶体光纤 光子晶体光纤 光子晶体光纤 光子晶体光纤 光子晶体光纤 光子晶体光纤 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 光子晶体光纤传感系统 令设布拉格波长漂移量之差为： 在本系统条件下， * * 光子晶体—指具有光子带隙结构的一类周期性电介 质结构。 理论来源—光子及电子运动方程的可类比性。对于 电子的能带理论： 其中位势V（r）是周期性的， 频率为ω的光在介电常数作周期性变化的介质 中传播时，它的电矢量所满足的麦克斯韦方程： 对比（1.1）、（1.2），可以看到，介电常数的变化相当于势能的变化， 相当于电子波动方程中的能量本征值。 发展—由此类比，1987年美国贝尔实验室的Eli Yab -lonovitch首先提出了光子晶体的概念。 光子晶体结构示意图 天然光子晶体 美国的Yablonovitch首先加工出了微波波段的光子晶体，并且验证了他提出的光子晶体的理论,1991年，Yablonovitch等人首先制造出了具有完全能隙的微波波段的三维结构的晶体，如图所示： 在1992年的时候，Yablonovitch与麻省理工学院林肯实验室的Elliot Brown及Chris Parker合作，用光子晶体反射微波天线的信号。这是光子晶体的首次应用。 1997年，梅东滨等人通过胶体生长制造出来三维二氧化硅胶体光子晶体，并对其能隙等物理性质进行了测试。 光子晶体应用前景广泛:全反射镜、天线、无阈值激光器、光波导、偏振片、光开关、光放大器、光聚焦器等等。 光子晶体光纤—在二维光子晶体材料中引入缺陷，将 光限制在其光纤的纤芯中 根据光子晶体光纤导光原理的不同，可以将其分 为二类： 1.全内反射光子晶体光纤（TIR-PCF) 2.光子禁带光子晶体光纤（PBG-PCF） CROW 此外，还有耦合共振器光学波导(CROW)，CROW由三维光子晶体中缺陷腔耦合实现，这些缺陷腔的共振频率是位于它周围的二维光子晶体结构的带隙之内。 全内反射光子晶体光纤的特性： 1.单模频率范围很宽 2.其色散特性可调。 光子禁带光子晶体光纤的特性： 1.无截止单模传输。 2.色散特性同样可调。 3.大模场面积特性。 4.有非线性可控特性。 此外，由于将光严格限制在纤芯，PBG-PCF完全消除了横向平面内的光损耗 对于耦合共振器光学波导，它有可能做到无损耗弯曲，由对称性考虑，如果独立的共振器模具有n度的旋转对称性，则它就可以做到2nπ度弯曲，因为弯曲处的共振器对靠近它的两个近邻的共振器的耦合是一致的，它弯曲的透射系数可以达到100% 光子晶体光纤最早由Russell等人于1992提出，他们认为，如果把二维空间的折射率周期性变化引入到光纤横截面中并沿着光纤的轴向作一维无限延伸，这种二维光子晶体结构将有可能把光局限在光纤中央 结构缺陷中，而使光子仅仅在光纤轴向具有自由度，从而可以使光沿着光纤轴向传播 1995年，Birks等人利用平面外光子带隙进行导光从理论上证明了光子晶体光纤的可行性 1996年，Knight与Russell等人成功制造出了全内反射光子晶体光纤，并成功验证了其只支持单模的特殊性能 到1998年，真正意义上的光子晶体光纤—光子禁带光子晶体光纤才由Russell等人拉制成功 随着制造工艺的不断进步，人们不断制造出各种功能的光子晶体光纤，并且将多种技术与光子晶体光纤结合起来，其用前景非常广泛 由于光子晶体光纤的优良特性，使得光子晶体光纤在光纤激光器和放大器、光纤通信和光纤传感等众多领域都有着广阔的应用前景。以下介绍一下光子晶体光纤在传感方面的应用。 光纤传感系统原理如下图所示, 根据调制方法将光纤传感器分为4类：