【正文】 并引起相位延遲的波動(dòng)， 可以在PCF 傳感器輸出端采用特殊的裝置檢測(cè)出這種改變， 并進(jìn)一步檢測(cè)出外界環(huán)境壓力的改變， 這就是PCF 壓力傳感器的基本原理。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。 H ——磁場(chǎng)。我們只需要解其中一個(gè)方程, 求出本征值, 就可以算出色散系數(shù)，改變的方向, 重復(fù)上述步驟, 就可以得到光子晶體光纖傳播模式圖。 數(shù)值模擬與結(jié)果分析　PCF 模型及其纖芯傳播模式光子晶體光纖的模型如圖31 所示, 其基質(zhì)為二氧化硅, 材料折射率n= 1. 45, 空氣孔直徑d =0. 3, 相鄰兩空氣孔中心的間距為= 2. 3,= 0. 13決定單模輸出, 圖32 所示光子晶體光纖纖芯的傳播模式圖, 纖芯保持單模傳播, 通過傅里葉變換得到遠(yuǎn)場(chǎng)模式。 圖33光子晶體光纖k波矢量和頻率的關(guān)系 圖34 光子晶體光纖的色散關(guān)系4 信號(hào)檢測(cè)、解碼及放大系統(tǒng) 信號(hào)檢測(cè) 光纖傳感器按照被測(cè)對(duì)象的不同，又可以分為光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖濃度傳感器、光纖電流傳感器、光纖流速傳感器等。敏感光纖完成相位調(diào)制任務(wù)，干涉儀完成相位光強(qiáng)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。其中一束射向固定反射鏡，然后反射回到分束器，被分束器透射的那一部分光由光探測(cè)器接收，被分束器反射的那部分光返回到激光器。激光器光探測(cè)器3dB反射光纖端面可動(dòng)斷S（1）圖 42 光纖邁克爾遜干涉儀圖中以一個(gè)3dB耦合器取代了分束器，光纖光程取代了空氣光程，而且以敏感光纖作為相位調(diào)制元件。石英板能夠關(guān)于入射波束進(jìn)行一定的傾斜，以確保每個(gè)解碼信道的干涉信號(hào)保持不同的初始相位。這也更易識(shí)別出相位變化的方向。5176。②檢測(cè)電路具有足夠?qū)挼念l率響應(yīng)，能對(duì)復(fù)雜的瞬變信號(hào)或周期性信號(hào)進(jìn)行無頻率失真變換和傳輸。⑤電路只使用兩個(gè)運(yùn)放單元，電路十分簡(jiǎn)單，卻可以實(shí)現(xiàn)V＋和V－高阻差動(dòng)輸入和可調(diào)放大倍數(shù)。加碼比較從最高位開始,在給某一位加碼(令該位數(shù)碼為)之后,D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓, 輸入到比較器, 與輸入模擬電壓比較, 根據(jù)比較結(jié)果即可知道該位數(shù)碼大小。未知電壓在已知的時(shí)間進(jìn)行積分, 然后轉(zhuǎn)換為對(duì)參考電壓的反向積分, 直到積分輸出返回到初始值。 多次雙積分A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的關(guān)鍵在于把一次雙積分A/D轉(zhuǎn)換作為整個(gè)轉(zhuǎn)換過程的一個(gè)分周期,在每次分周期結(jié)束之后, 不進(jìn)行清零。模數(shù)轉(zhuǎn)換器能很低的采樣分辨率(1位)和很高的采樣速率將模擬信號(hào)數(shù)字化, 通過使用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率, 然后對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行采樣抽取處理以降低有效采樣速率。圖56 一階模數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成原理圖 由于調(diào)制器具有遠(yuǎn)高于奈奎斯特采樣速率, 所以可以大大降低信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)前置模擬濾波器的要求, 在高速采樣使用時(shí), 也可省去信號(hào)采樣保持器。在A/D裝換系統(tǒng)中，詳細(xì)的介紹了幾種常用的智能A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且歸納總結(jié)了他們的優(yōu)劣性。 最后一次感謝余先倫老師，室友們，爸爸以及給我?guī)椭徒ㄗh的所有的人，謝謝你們！祝你們永遠(yuǎn)的健康快樂。然后就是經(jīng)過這次論文，在收集資料、查詢資料、總結(jié)資料這方面，比起以前的盲目相對(duì)有了很大的突破。 各種智能A/D轉(zhuǎn)換器的比較下表是對(duì)它們關(guān)鍵指標(biāo)的比較。圖56是一階模數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成原理圖。其轉(zhuǎn)換波形如圖55所示。 其中,與是時(shí)間、對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值。若輸入模擬電壓大于或等于D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓,即, 則留碼, 該數(shù)碼為1。PCF 壓力傳感器輸出電信號(hào)通過前置放大電路放大后，再通過中間放大電路再次放大輸出信號(hào)，中間放大電路由2 個(gè)10 倍增益反相放大器U2 和U3 組成，如圖55所示。雙運(yùn)放差動(dòng)前置輸入放大電路如圖44所示。這種方案主要檢測(cè)傳感器輸出光信號(hào)強(qiáng)度，在外界壓力作用下PCF壓力傳感器敏感元件、PCF橫向和徑向?qū)a(chǎn)生形變，同時(shí)PCF折射率分布也發(fā)生變化，并最終對(duì)輸出光脈沖信號(hào)強(qiáng)度將產(chǎn)生周期性的影響。如果信號(hào)源頻譜滿足高斯形狀，我們就能以下列式子描述傳感接收之間光程差非平衡對(duì)比度： （44）這里δλ為高斯分布最大值的一半范圍內(nèi)的全頻譜寬，λ0是信號(hào)源的中心波長。表示參考檢波器的平均強(qiáng)度，表示信號(hào)源頻譜對(duì)應(yīng)的對(duì)比函數(shù)，由石英晶體板引入的相位偏移在連續(xù)信道中以45176。 PCF壓力傳感器輸出信號(hào)解碼方案本文采用基于強(qiáng)度的解碼系統(tǒng)，通過光電轉(zhuǎn)換的方法，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)之后再測(cè)量，即將壓力引起的相位變化轉(zhuǎn)化為不同通道的信號(hào)強(qiáng)度，從而可以用電流強(qiáng)度（或電平）表示這種關(guān)系。當(dāng)兩反射鏡到分束器間的返程差小于激光器的想干長度時(shí)，射到光探測(cè)器上的兩相干光束便產(chǎn)生干涉，干涉光強(qiáng)由式（41）確定。例如，設(shè)有光振幅分別為和的兩個(gè)相干光束。然而，無論是探測(cè)那種物理量，其工作原理無非都是用被探測(cè)的變化調(diào)制傳輸光廣波的某一參數(shù)，使其隨之變化，然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)量。圖33 數(shù)值模擬了k波矢量與頻率的變化關(guān)系, 橫坐標(biāo)為波矢量, 縱坐標(biāo)為頻率。它可以用公式(35) 來表示。 c—— 光速。 包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性。圖中， （a） 為傳感器整個(gè)系統(tǒng)；（b） 為傳感器的敏感元件， 它由導(dǎo)入光纖L傳感元件L2 和導(dǎo)出光纖L3 組成；（c） 為PCF 壓力傳感器的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)， 它由若干探測(cè)信道組成，每個(gè)探測(cè)信道包括分束器、延遲板、分析儀和光電探測(cè)器； （d） 為信號(hào)處理單元，它主要由放大電路、濾波器、模/ 數(shù)（ A/ D） 轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。εz ] , 其中εx 、εy 表示PCF 橫向應(yīng)變，εz 表示PCF 軸向應(yīng)變。在PCF 中,通過改變其包層結(jié)構(gòu)可制出高雙折射效應(yīng)的PCF, 只要破壞光子晶體光纖剖面的圓對(duì)稱性, 使其成為二維結(jié)構(gòu)就可以形成很強(qiáng)的雙折射. 實(shí)際中可通過減少一些空氣孔,或者改變一些空氣孔的尺寸來獲得高的雙折射特性。圖22 PCF 靈活設(shè)計(jì)的微孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了其具有許多奇異的特性,這樣有效地?cái)U(kuò)展和增加了光纖的應(yīng)用領(lǐng)域。獨(dú)特的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得光子晶體光纖與常規(guī)光纖相比具有許多無可比擬的傳輸特性。在周期性勢(shì)場(chǎng)中，電子的波函數(shù)滿足薛定愕方程： (22)式中，為普朗克常數(shù)，為電子的能量，在周期性勢(shì)場(chǎng)中只能取本征值.可以看出，方程(21)與(22)的形式完全相似. 在周期性勢(shì)場(chǎng)中只能取本征值，因此，在周期性介電晶體中，也只能取某些特征值，光波的頻率也因此只能取某些本征頻率，從而出現(xiàn)了頻率禁帶，這種禁帶叫做光子禁帶或者光子帶隙[3]。與TIRPCFs截然不同的另一種光纖，其光子晶體包層顯示的是光子帶隙效應(yīng)，它利用這種效應(yīng)把光束控制在芯層內(nèi)。光子晶體和半導(dǎo)體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。目 錄摘要 1關(guān)鍵詞 11 引言 12 基本概念 2 2 2 3 3所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。因此，重要的是要注意到，這些我們所謂的內(nèi)部全反射光子晶體光纖（TIRPCF） ，實(shí)際上完全不依賴于光子帶隙（ PBG ）效應(yīng)。由于介電常數(shù)存在空間上的周期性，電場(chǎng)滿足麥克斯韋波動(dòng)方程： (21)式中，為常數(shù)，可以認(rèn)為是介質(zhì)的平均介電常，是擾動(dòng)介電常數(shù)，c為真空中的光速。光子晶體光纖又名微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructured optical fiber，MOF)或多孔光纖 (Holeyfiber，HF)，它通過包層中沿軸向排列的微小空氣孔對(duì)光進(jìn)行約束，從而實(shí)現(xiàn)光的軸向傳輸。如圖 22所示 ,這種 PCF可傳輸 99%以上的光能 ,而空間光衰減極低 ,光纖衰減只有標(biāo)準(zhǔn)光纖的 1 /2～1 /4。在光子能隙導(dǎo)光PCF中, 可以通過減小光纖的模場(chǎng)面積 (或者減小PCF纖芯空氣孔直徑)來增強(qiáng)單位有效面積上的光強(qiáng),從而增強(qiáng)非線性效應(yīng), , PCF奠定了技術(shù)基礎(chǔ).。 εy PCF 壓力傳感器系統(tǒng)組成根據(jù)PCF 壓力傳感器的基本原理， 我們提出如圖24所示的系統(tǒng)模型。例如, 可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸。 —— 頻率。光子晶體光纖的色散主要是由于光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同的模式成分和不同頻率成分來攜帶的, 這些不同的模式成分和頻率成分傳輸?shù)乃俣炔幌嗤? 在傳輸?shù)倪^程中互相散開, 致使脈沖波形通過光纖后發(fā)生展寬而產(chǎn)生的現(xiàn)象。 圖31 光子晶體光纖模型 圖32 光子晶體光纖的傳播模式　PCF 參數(shù)對(duì)其傳輸特性的影響輸入頻率對(duì)PCF 傳輸特性的影響, 也