光子晶体的研究及其在传感器中的应用

光子晶体是指具有光子带隙(PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数,可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。光子晶体传感器应用包括应变传感器、温度传感器、化学传感器、光子晶体光纤传感器、长周期光纤光栅(LPFG)生物传感器、LPFG化学传感器等。本文从光子晶体传感器的概述、研究现状和应用几方面对光子晶体传感器的应用进展进行了综述,希望对光子晶体传感器有一个比较全面的了解。     

空芯光子带隙光纤在光纤陀螺中的应用前景

光纤是光纤陀螺的核心器件之一。光纤的性能参数直接决定光纤陀螺的性能。常规硅芯光纤制造工艺比较成熟,但受限于物理条件,＂克尔效应＂、＂瑞利背向散射效应＂、＂法拉第效应＂和＂舒珀效应＂影响比较大。近年来,基于光子带隙效应的导光机制与传输特性制成的在空气中传输光线的空芯光子带隙光纤逐渐应用在光纤陀螺制造中。介绍空芯光子带隙光纤的性能特点,尤其是相比常规硅芯光纤的优势;空芯光子带隙光纤的技术发展潜力;展望其在光纤陀螺中的应用前景。     

光子晶体压力传感器研究

介绍了一种新型光子晶体压力传感器,利用压力使光子晶体带隙的变化特性制作压力传感器,提出了通过测量透射光的变化来测量压力的检测方法。结果表明:传感器的测量范围和灵敏度与构成光子晶体的材料特性有关,材料弹性模量小时,灵敏度高;2种材料的弹性模量和泊松比相差大时,测量范围小。该传感器体积小、重量轻。     

PCF色散系数与场分布的近似特性分析

本文基于等效折射率模型将光子晶体光纤等效为传统阶跃光纤,通过对微结构中基模的本征方程的求解,得到了包层有效折射率、归一化频率、群速度色散系数以及电场分布等特性与波长的关系,并分别讨论了光子晶体光纤孔间距固定和孔半径固定的情况下对光纤特性的影响,分析表明,通过改变光子晶体光纤的结构参数可以适当地调整光纤的特性,从而对不同的应用场合下光子晶体光纤的定性设计提供了一定的理论依据。     

空芯光子带隙光纤在甲烷检测中的应用

本文所提出的新型的全光纤甲烷检测系统是依托空芯光子带隙光纤作为检测气体传感的探头,利用谐波检测技术处理信号的一种甲烷检测方式。旨在正确分析甲烷气体在空芯光子带隙光纤中的扩散特性,从而对传感气室实现优化设计。另外,研究通过实际的试验成果证实利用空芯光子带隙光纤进行甲烷检测具有一定的可行性。     

光子晶体光纤模式折射率的分析

模式折射率是分析光子晶体光纤色散特性的一个基本参数,其快速而较准确的计算有助于对不同结构参数的分析比较,便于工程应用,但用时域有限差分法等数值方法分析传输特性通常需要较长的计算时间,为此,文中以六角形空气孔排列的光子晶体光纤为例,用时域有限差分法分析在不同的结构参数和传播常数的组合情况下的模式折射率,并利用分析所得数据,得到了模式折射率和结构参数、传播常数之间的拟合函数.利用所得拟合公式可得光子晶体光纤的模式折射率,并在通信和传感的应用场合下为PCF的设计提供一定的理论依据.     

自适应气体检测光子晶体光纤传感器设计

针对光子晶体光纤在传感技术和非线性传感系统应用中面临的传输模式突变、检测精度受模式变化而降低等方面问题,研制了一种具有低损耗高抗压的气体检测光子晶体光纤传感器.根据非线性传感系统和光子晶体光纤的带隙材料布局建立了损耗分析模型,并总结了孔距和包层直径对损耗的影响,从而建立损耗感知算法;对比单模、二阶模及异构孔对损耗的影响,建立了模式自适应调制算法;研制了一种基于损耗感知支持模式自适应调制的用于气体检测的光子晶体光纤传感器.测量系统的实验结果分别从损耗.检测精度和抗压等方面证明了所提方案研制的光纤传感器的可靠性和优越性.     

一种2-D PBG微带在宽带带阻滤波器中的应用研究

本文对光子带隙微带进行了详细的分析,采用在底板上蚀刻出圆形光子带隙结构的微带线设计了一种平面宽带带阻滤波器,并且利用高频结构仿真软件对其进行了仿真,分析了底板圆孔的孔径、位置及光子带隙周期对频率曲线的影响并分别给出了其频率曲线变化图,仿真结果表明采用此种光子带隙结构设计的宽带带阻滤波器具有良好的带阻特性,并验证了此种光子带隙结构频率禁带的存在以及光子带隙结构周期与阻带中心频率之间的关系,为光子带隙结构微带在宽带带阻滤波器的应用提供了一种有益的参考.     

基于光子晶体光纤的单抽运光学参量放大器特性研究

针对光子晶体光纤具有高非线性和低色散斜率的优良特性,在单抽运的情况下,利用光子晶体光纤线性相位失配的不同组合来满足相位匹配条件,分别推导了抽运光在反常色散区和正常色散区时的放大器增益和带宽表达式,进行了模拟分析,并与文献中的基于色散移位光纤和高非线性光纤的参量放大器进行了比较。仿真结果表明,光子晶体光纤参量放大器具有更好的放大特性,当抽运光在零色散波长处时,单边增益带宽达到108.7 nm,峰值增益为91.4 dB;处在正常色散区时,距离抽运光77.1 nm的单边增益带宽不小于46 nm。在此基础上,讨论了色散波动对参量放大器的影响,显示光子晶体光纤具有较好的色散容忍性。     

受激拉曼散射和单模激光系统之间光信号的同步转换

研究了受激拉曼散射和单模激光系统之间光信号的同步转换问题。介绍了受激拉曼散射和单模激光Lorenz系统的特性。进一步设计了耦合控制器,通过构造合适的Lyapunov函数,得到受激拉曼散射和单模激光系统之间光信号实现同步转换的条件。数值模拟验证了同步原理的有效性。     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

基于镜像结构光子晶体的微加速度计设计

镜像结构光子晶体能够在一定范围的频带内形成单一的透射峰,受其他频率的光子影响小且易于观察。从理论结果可以看出,这种光子晶体透射率与所受的轴向应力在一定范围内呈简单的线性关系。据此,该设计以典型的单悬臂梁结构为基础设计一种新型加速度计。在单悬臂梁根部所受应力最大处,用镜像结构光子晶体替代以往的力敏电阻器,通过测出透射光强算出透射率,进而可算出加速度的值。从模态分析图中可以看到这种加速度计具有更好的稳定性和抗干扰性。     

光子石墨烯多方位探测传感器研究

为了实现多方位的探测,针对光子石墨烯特殊的光传输机制,在了解光子石墨烯谷依赖波束输运的基础上,选择光子石墨烯的相关参数,并设计了合适的结构模型,用COMSOL软件对其进行仿真计算.结果表明:在二维光子石墨烯结构中放置点源,点源发射的光束在平面内可以沿6个方向进行传输,此结构用于传感器即可以实现多方位的探测,可为多方位探测传感器的研制提供新的思路.     

One-dimensional photonic crystal based on nanocomposite of metal nanoparticles and dielectric

One-dimensional photonic crystal made of nanocomposite of metallic nanoparticles and dielectric is investigated. Splitting of photonic band gap into polaritonic and structure band gap and their fusion are predicted. The different behavior of structure gap with variation of nanoparticle concentration is observed. This behavior is determined by relative arrangement of structure and polaritonic gaps in frequency scale. Considered effects give new possibilities for creating photonic crystals with predefined properties.     

Anomalous transport of light in photonic crystal

Photonic crystal （PC） offers a powerful means to mold the flow of light and manipulate light- matter interaction at subwavelength scale. In this paper, we review some recent theoretical and experimental work in our group on design and fabrication of microwave and infrared PC structures with the capability to achieve various anomalous transport behaviors of light. We discuss several microwave 2D PC and quasi-crystal structures that exhibit nearly isotropic equi-frequency surface （EFS） contours with effective refractive index equal to -1. In these structures, we can observe negative refraction induced focusing of microwave against a fiat slab lens in non-neax field regions. In comparison, if PC structures have anisotropic EFS contours in the lowest photonic band, only near-field focusing is expected. We move forward to high frequency infrared band and exploreremarkable dispersion properties of silicon 2D PC slab to achieve broad-band negative refraction and self-collimation transport of infrared light beam. We also explore the possibility to realize negative refraction and flat-lens focusing of light in 3D PC made from inverse opal. These studies show that PCs can offer a powerful route to manipulate various anomalous transport of light via photonic band gap and band structure engineering, which can be harnessed to build a wide variety of integrated optical devices for large-scale optical integration.