本文關(guān)鍵詞：周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)特性的模擬和實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著科技的不斷發(fā)展,光成型技術(shù)、激光加工、光學(xué)檢測(cè)、光纖傳感器等光學(xué)技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越為廣泛。另一方面,隨著微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的不斷成熟,周期性結(jié)構(gòu)的制備工藝也迅速發(fā)展。近年來(lái),周期性結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性引起了人們的極大興趣。理論和實(shí)驗(yàn)證明,如果結(jié)構(gòu)功能材料中的介電常數(shù)在光波長(zhǎng)尺度上呈現(xiàn)周期性變化,光子與周期結(jié)構(gòu)的相互作用會(huì)使該材料具有類似半導(dǎo)體中電子禁帶的能帶結(jié)構(gòu)——光子帶隙。光子帶隙的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)有了更深刻的認(rèn)識(shí),對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重大意義。本論文主要從以下幾方面研究了幾種不同的周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)。首先,論文研究了典型的周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)——光纖布拉格光柵,基于耦合模理論,對(duì)影響光纖光柵的反射譜的參數(shù)——如調(diào)制深度、切趾函數(shù)和相移,做了詳細(xì)的分析。在此基礎(chǔ)上,將對(duì)光纖光柵的研究擴(kuò)展到折射率在光纖軸向上漸變的情況,研究了光纖熔接點(diǎn)光柵的特性�；诠饫w熔接點(diǎn)光柵透射譜的性質(zhì),我們提出了一種獲得光纖熔接點(diǎn)參量的方法,并根據(jù)制作的光纖熔接點(diǎn)光柵,得到了該光柵的軸向折射率分布neff(z)、折射率調(diào)制分布δn0(z)、隨機(jī)相移大小△φ和熔接區(qū)域長(zhǎng)度L0等參量,驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。其次,論文研究了多模光纖光柵,分析了不同折射率調(diào)制分布條件下多模光纖中各個(gè)模式之間耦合系數(shù)的影響和不同折射率調(diào)制分布條件下的多模光纖光柵的反射譜和透射譜的特性。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制作了一種單模-多模光柵-單模結(jié)構(gòu)。研究表明,單模-多模光柵-單模結(jié)構(gòu)的透射譜和反射譜是干涉效應(yīng)和光柵效應(yīng)共同作用的結(jié)果,并且具有非對(duì)稱性。反射譜的形狀與多模光柵的反射譜較為接近,與光柵的長(zhǎng)度LFBG和多模光纖距離單模光纖的長(zhǎng)度L0相關(guān),而與多模光纖的長(zhǎng)度LMMF無(wú)關(guān);透射譜的形狀與光柵的長(zhǎng)度LFBG和多模光纖的長(zhǎng)度LMMF相關(guān),與多模光柵的位置無(wú)關(guān)。盡管具有非對(duì)稱性,但是反射譜和透射譜幾乎具有相同的溫度靈敏度。在制作單模-多模光柵-單模結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,紫外光曝光會(huì)使單模-多模-單模結(jié)構(gòu)的透射譜發(fā)生漂移,分析了該現(xiàn)象的原因并提出了一種調(diào)節(jié)SMS結(jié)構(gòu)透射譜的方案。最后,論文還研究了典型的二維周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)——光子晶體和聲子晶體。對(duì)平面波展開法中的結(jié)構(gòu)函數(shù)做了詳細(xì)分析,根據(jù)結(jié)構(gòu)函數(shù)只與幾何形狀有關(guān),改進(jìn)了平面波展開法中生成結(jié)構(gòu)函數(shù)的方法,極大的提高了運(yùn)算效率,使沒(méi)有函數(shù)解析式的幾何形狀的結(jié)構(gòu)函數(shù)的數(shù)值計(jì)算成為可能。基于這種高效率的仿真算法,設(shè)計(jì)了兩種低對(duì)稱性的二維周期性結(jié)構(gòu)波導(dǎo)——扇形結(jié)構(gòu)光子/聲子晶體和“L”形結(jié)構(gòu)光子/聲子晶體,對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN25

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本文編號(hào)：1292954