【正文】 面的研究備受人們關(guān)注。 微結(jié)構(gòu)光纖比當(dāng)前使用的光纖具有潛在的超級(jí)特性， 在 1996年， Iercore 還處在光纖開發(fā)的早期階段，當(dāng)時(shí)有大量的潛力特性等待開發(fā)利用。如果核心處引入一個(gè)多余的空氣孔 ， 或者在應(yīng)該出現(xiàn)空氣孔的地方由均勻硅代替 ， 從而在光子晶體中引入一個(gè) “ 缺陷 ” 為核心。 20xx 年，德國(guó)的 等人用摻的大模雙包層 MF 獲得了高達(dá) 260W 的單橫模激光輸 出，這標(biāo)志著 MF 激光器已經(jīng)達(dá)到并正在超越普通雙包層光纖激光器的水平。但是早期研究的蜂窩形包層光子帶隙光纖由于包層空氣填充率低，在這種光纖中傳導(dǎo)的光，能量主要分布在石英中，且基模光場(chǎng)呈環(huán)形，不 易與其它器件耦合，所以沒有得到廣泛的應(yīng)用。小模場(chǎng)有利于非線性產(chǎn)生，大模場(chǎng)可防止發(fā)生非線性。所以，即使溫度發(fā)生很大變化，微結(jié)構(gòu)光纖的基本傳輸特性也不會(huì)受到影響 ， 這一特性非常符合光纖傳感器的要求。 master fill fiber photonic devices and tuning techniques。 研究方法 采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的，結(jié)合導(dǎo)波光學(xué)的基本原理，分析在光在光纖中的傳輸特及應(yīng)用；掌握光纖熔接機(jī)的手動(dòng)熔接方法；掌握光纖光子器件的填充與調(diào)諧技術(shù)；將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相比較并調(diào)試。 （ 4）掌握光子器件的調(diào)諧技術(shù)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)和選擇合適的填充材料可以實(shí)現(xiàn)許多新的特性，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種光纖器件。 指導(dǎo)教師意見（不少于 50 字）： 課題設(shè)計(jì)有較高的技術(shù)性和可靠性要求，雖有一定的難度，但相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參考資料較豐富，通過(guò)學(xué)生的努力，能夠完成初步的設(shè)計(jì)。 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 屆： 20xx 系別：電子信息工程 系 專業(yè) ： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 雙通道可調(diào)諧濾波器 Bragg 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論設(shè)計(jì) 學(xué)生 姓名 謝金彤 學(xué)號(hào) 08030065 指導(dǎo) 教師 苗銀萍 職稱 副教授 課題的意義 本課題旨在理論上設(shè)計(jì)了 基于功能材料填充的波長(zhǎng)位置和波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧的雙通道微結(jié)構(gòu)光纖 Bragg 光柵濾波器。 （ 3） 根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)器件參數(shù)。Liquid filled bandgap MF。現(xiàn)今正在使用的大多數(shù)包層泵浦光纖是由石英聚合物組成的，其優(yōu)點(diǎn)是制作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，具有大的多模數(shù)值孔徑 (NA)，這有利于采用錐形光纖束合成多個(gè)高功率泵浦二極管輸出的光束。 ， 在光子能隙導(dǎo)光 MF 中，可以通過(guò)減小光纖的模場(chǎng)面積 (或者減小 MF 纖芯空氣孔直徑 )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)，使光子 微結(jié)構(gòu)光纖 同時(shí)具備強(qiáng)非線性和快速響應(yīng)的特性?？諝鈧鲗?dǎo)光子帶隙光纖在高功率光傳輸、氣體非線性研究以及微觀粒子傳導(dǎo)等方面具有重要的價(jià)值。 圖 微結(jié)構(gòu) 光纖發(fā)展表 圖 結(jié)構(gòu) 光纖的發(fā)展 圖 微結(jié)構(gòu)光纖發(fā)展 Microstructured Fiber development 光子晶體光纖通常采用毛細(xì)管堆砌拉制方法制造。后來(lái) Meltz 等人利用高強(qiáng)度紫外光源所形成的干涉條紋對(duì)光纖進(jìn)行側(cè)面橫向曝光在該光纖芯中產(chǎn)生折射率調(diào)制或相位光柵。一項(xiàng)技術(shù)最終能否在實(shí) 用化方面獲得成功，除了技術(shù)本身的屬性外，其相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和可用性也至關(guān)重要。 20xx年 ， HokyungKim等報(bào)道了一種基于側(cè)面研磨技術(shù)的可調(diào)諧光子晶體光纖耦合器，它是將兩段側(cè)面研磨的 PCF鑲嵌在石英塊內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)石英塊間的匹配角來(lái)實(shí)現(xiàn) 耦合比在間變化。對(duì)于柚子型 MOF，由于其空氣孔較大，可以在其內(nèi)部填充聚合物。折射率調(diào)制深度和柵格周期均為常數(shù)，光柵波矢方向跟光纖軸向一致。 20xx年， CrystalFiber A/S公司與Jena 80W和 260W的雙包層激光器，并且認(rèn)為最高輸出功率可以提高到 ，這標(biāo) 志著微結(jié)構(gòu)雙包層光纖激光器已經(jīng)達(dá)到并正在超越普通雙包層光纖激光器的水平。這種新型光纖可用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可選擇濾波功能 ， 但這種結(jié)構(gòu)需要通過(guò) 預(yù)填充來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于含有空氣孔的包層結(jié)構(gòu)，其有效折射率定義為在完整的包層結(jié)構(gòu)中 (即不考慮纖芯缺陷 )所能傳播的最低階傳導(dǎo)模式的有效折射率。而對(duì)于光纖橫截面的采用超元胞近似，并將含有中心缺 陷的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)具有不同周期的完整二維光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于這兩種結(jié)構(gòu)的折射率分 布采用類似于平面波展開方法的周期函數(shù)進(jìn)行展開。 局部函數(shù)法與平面波展開方法的主要區(qū)別在于所選取的基函數(shù)不同，在局域函數(shù)法中，通常采用正交的 數(shù)作為基函數(shù)，橫向磁場(chǎng)可以展開為： ? ? ? ?, , ,0 ,mmFt x yf a b a b a b a bahh x y x x y y???? ? ? ? ? ?? ( 2 . 5 ) 其中 ψωa， b（ x， y） 是正交的 HermitGaussian 函數(shù)，定義為： ? ? ? ?ab xy abxy? ? ?? ? ?， （ ， ） = ( 2 . 6 ) ? ? 2 2124 22 !a xaa xx e Ha? ??? ??? ? ? ??? ???? ( 2 . 7 ) 把 ()式帶入磁場(chǎng)的全矢量波動(dòng)方程中，進(jìn)行必要的整理，就可以轉(zhuǎn)化為特征值問(wèn)題進(jìn)行求解。但由于在空氣和石英的界面上存在折射率突變，因此要獲得精確的結(jié)果必須采用全矢量的數(shù)值分析方法。 (2)利用微結(jié)構(gòu)光纖帶隙特性設(shè)計(jì)濾波器 微結(jié)構(gòu)光纖按其傳光機(jī)制分可分為全內(nèi)反射方式和光子帶隙效應(yīng)。利用光子晶體光纖可以靈活設(shè)計(jì)的模場(chǎng)特性，改變傳導(dǎo)模式和有源介質(zhì)之間的相互作用，可以制造適用于不同要求的激光器。目前主要用于 EDFA的增益平坦和光纖傳感。m，空氣孔占空比 %。 PCF和傳統(tǒng)的光纖光柵寫入技術(shù)結(jié)合為制造新型的光纖光柵提供了良機(jī)。這種 方 法已 經(jīng)被 應(yīng)用 于 制造 基于 光子 晶體 光 纖的 可調(diào) 諧。光子晶體光纖沿著石英絲的軸向均勻排列著空氣孔 ， 從光子晶體光纖的橫切面看 ,存在著周期性的二維結(jié)構(gòu)。 20xx 年，Nilsson 等人報(bào)導(dǎo)了連續(xù)光泵浦的波長(zhǎng)在 1060nm 的 MF 拉曼激光器，該激光器的閾值為 5w，斜率效率為 70%。對(duì)光子帶隙的研究表明，蜂窩形結(jié)構(gòu)比三角形結(jié)構(gòu)排列的空氣孔包層更容易在低空氣填充率下出現(xiàn)光 子 帶隙，并且具有一定的魯棒性，這是蜂窩型光子帶隙光纖被首先拉制出來(lái)的原因。 PCF 可在從藍(lán)光到 2um 的光波下單模傳輸， 且與光纖的絕對(duì)尺寸無(wú)關(guān)，所以通過(guò)改變空氣孔間距來(lái)調(diào)節(jié)模場(chǎng)面積。 微結(jié)構(gòu)光纖優(yōu)點(diǎn)： 微結(jié)構(gòu)光纖的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是其由單一材料構(gòu)成（通常是石英），因此，在微結(jié)構(gòu)光纖中不存在由摻雜石英纖芯和純石英包層構(gòu)成的傳統(tǒng)光纖所面臨的熱應(yīng)力問(wèn)題。 master Fiber Fusion Splicer manual welding method。 本課題的研究?jī)?nèi)容 基于功能材料填充的波長(zhǎng)位置和波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧的雙通道微結(jié)構(gòu)光纖 Bragg光柵濾波器的設(shè)計(jì)，有以下幾項(xiàng)研究?jī)?nèi)容 ： （ 1） 了解微結(jié)構(gòu)光纖特性 （ 2） 掌握微結(jié)構(gòu)光纖光柵的寫制技術(shù) （ 3） 實(shí)驗(yàn)上掌握微結(jié)構(gòu)光纖光柵的填充技術(shù) （ 4） 實(shí)驗(yàn)和理論上分析該器件的調(diào)諧特性。 （ 3）空氣孔光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)及基本知識(shí)。微結(jié)構(gòu)光纖的空氣孔為填充各種材料提供了良好的載體，從而大大拓展了微結(jié)構(gòu)光纖的應(yīng)用。 題目符合專業(yè)方向，同意該生選題。通過(guò)將功能材料填充入纖芯寫有 Bragg 光柵的高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖中，通過(guò)改變功能材料的折射率，從而改變光纖的雙折射特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)位置和波長(zhǎng)間隔的可調(diào)諧濾波器。 （ 4） 能夠優(yōu)化設(shè)計(jì) 光子器件。Bragg grating 目 錄 第一章 緒論 ........................................................................................................................ 12 微結(jié)構(gòu)光纖簡(jiǎn)介 ........................................................................................................... 12 微結(jié)構(gòu)光纖 的基本概念 ......................................................................................... 12 微結(jié)構(gòu) 光纖的分類 ................................................................................................. 14 微結(jié)構(gòu)光纖的主要特性 ......................................................................................... 15 微結(jié)構(gòu)光纖的發(fā)展概況 ......................................................................................... 16 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的研究現(xiàn)狀 ....................................................................................... 22 普通 光纖光柵 ......................................................................................................... 22 微結(jié)構(gòu)光纖光柵 ..................................................................................................... 23 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的特性 ............................................................................................... 25 光柵特性 ................................................................................................................. 25 光纖光柵的分類 ..................................................................................................... 28 基 于微結(jié)構(gòu)光纖光柵相關(guān)器件的概述 ....................................................................... 30 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ............................................................................................... 33 第二章 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論研究方法和寫制技術(shù) ......................................... 34 微結(jié)構(gòu)光纖的理論研究方法 ....................................................................................... 35 光纖光柵的理論研究方法 ........................................................................................... 40 光柵寫制方法 ............................................................................................................... 49 第三章 雙通道可調(diào)諧 Bragg 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論設(shè)計(jì) ................................ 55 高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖 Bragg 光柵的研究背景 ........................................................... 55 微結(jié)構(gòu)光纖光柵與空氣孔填充技術(shù)結(jié)合的研究背景 ............................................... 57 一種雙通道可調(diào)諧 Bragg 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論