【正文】 A. Asundi. Total proteinMeasurement using a fiberoptic evanescent wavebased biosensor，Biotechnology Letters,2003,25:105110.11 Anna V. Hine, XianfengChen, Mareus D et al. .Optical fibrebased detectionof DNA Soeiety Transaction,2009,37:445449.指導(dǎo)教師審閱簽字： 年 月 日附錄3 中期報告燕 山 大 學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告課題名稱：基于光子晶體光纖的雙錐型合器理論模型的研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電子工程系 年級專業(yè)：07光電子2班 學(xué)生姓名：趙立敏 指導(dǎo)教師：付廣偉 完成日期：2011年5月16日 一、任務(wù)書中本階段工作目標與任務(wù)要求(1)了解有限元軟件。四、存在問題在對光子晶體尤其是錐型光子晶體進行研究時，由于所選參數(shù)的影響，可能性能有些差異。三、發(fā)展趨勢： 光子晶體光纖倏逝波傳感器具有獨特的優(yōu)勢，一是光子晶體光纖的空氣孔中的非常少量的氣體或液體可以與光纖中傳播的光波在很長的距離上進行相互作用；二是可以通過改變包括空氣孔數(shù)量在內(nèi)的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高設(shè)計的靈活性。2003年P(guān). V. Preejith 等人報道了[10]一種基于光纖倏逝波生物傳感器的全蛋白檢測傳感器。1998年Ligler等人報道美國海軍實驗室將 Analyte2000型生物傳感器作為無人駕駛的遙飛機的有效載荷，與空氣采樣器等一起在飛行中收集和識別空氣中的生物污染物，主要是生物戰(zhàn)劑，檢測數(shù)據(jù)通過無線電收發(fā)器傳送給地面的操作人員。1975年，Kronickk和Little首先證明在光波導(dǎo)表面?zhèn)鞑サ馁渴挪梢宰鳛楸砻嫣禺惣ぐl(fā)光源，通過激發(fā)并探測倏逝場范圍內(nèi)的熒光信號變化以實現(xiàn)對被測生物抗體的特異性識別,他們當時采用的轉(zhuǎn)換元件是石英平板[2~3]；20世紀80年代Hirschfeld等將倏逝波技術(shù)擴展到光纖波導(dǎo)，從而出現(xiàn)了光纖倏逝波生物傳感器[4~7]；1984由Hirschfeld完成的關(guān)于光纖倏逝波免疫生物傳感器的美國專利獲得授權(quán)，由此也使Hirschfeld成為世界上研制成功光纖倏逝波生物傳感器的第一人[5]。光纖倏逝波傳感器是發(fā)展最快，最有前途的一種光學(xué)傳感器。2007年，張明明、馬秀榮等人設(shè)計了一種高雙折射光子晶體光纖。2005年，英國Bath大學(xué)A. Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脈沖在PCF中產(chǎn)生了超連續(xù)譜。2003年1月，Wads Worth等人利用大模面積空氣包層PCF研制的高功率PCF激光器。2001年，英國Bath大學(xué)Wads worth等人實現(xiàn)了雙包層光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。光子晶體光纖倏逝波傳感器克服了傳統(tǒng)光纖舒適波傳感器的很多缺點。光纖倏逝波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性價比高和可遠距離分析的優(yōu)點，在生物醫(yī)學(xué)、食品檢測、環(huán)境檢測和生化戰(zhàn)劑探測方面有廣泛的應(yīng)用前景。它的性能研究和應(yīng)用開發(fā)一直以來也是國際光電子行業(yè)的熱點。三、研究步驟、方法及措施 (1) 了解有限元軟件COMSOL Multiphysics并能掌握RF模塊的應(yīng)用以及光子晶體光纖（PCF）的相關(guān)知識；(2) 學(xué)習倏逝場理論知識，重點學(xué)習耦合模理論；(3)分析PCF錐區(qū)的光學(xué)特性，包括色散、模式、能量傳輸?shù)葘渴挪詈系挠绊?，從而獲得錐區(qū)倏逝波傳輸與能量分配之間的關(guān)系，進而建立PCF錐區(qū)倏逝波耦合傳輸?shù)睦碚撃Ｐ停?4)利用計算機軟件RF模塊實現(xiàn)仿真；(5)根據(jù)以上內(nèi)容完成論文；四、研究工作進度 工作進度分為以下幾個階段：1 4周 課題準備，查閱資料，熟悉COMSOL Multiphysics中RF模塊的基本應(yīng)用，了解光子晶體的基本知識。包含在這里邊的應(yīng)用模式(模擬接口)被多物理場充分啟用，使它能夠和在COMSOL Multiphysics中的或其它的模塊中的任何物理應(yīng)用模式結(jié)合。建模環(huán)境。 以高效的計算性能和杰出的多場直接耦合分析能力實現(xiàn)了任意多物理場的高度精確的數(shù)值仿真，在全球領(lǐng)先的數(shù)值仿真領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用[3]。COMSOL Multiphysics 是一個專業(yè)有限元數(shù)值分析軟件包，是對基于偏微分方程的多物理模型進行建模和仿真計算的交互式開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)。它的性能研究和應(yīng)用開發(fā)一直以來也是國際光電子行業(yè)的熱點。這類光纖是由在纖芯周圍沿著軸向規(guī)則排列微小空氣孔構(gòu)成，通過這些微小空氣孔對光的約束，實現(xiàn)光的傳導(dǎo)。光纖耦合器可分標準耦合器(雙分支，單位12，亦即將光訊號分成兩個功率)、星狀／樹狀耦合器、波分復(fù)用(WDM，若波長屬高密度分出，即波長間距窄，則屬于DWDM)，其制作方法一般有拋磨法、熔錐法和腐蝕法。附錄1 開題報告燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱：基于光子晶體光纖的雙錐型耦合器理論模型的研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電子工程系 年級專業(yè)：07級電子科學(xué)與技術(shù)2班 學(xué)生姓名：趙立敏 指導(dǎo)教師：付廣偉 完成日期：2011年3月20日 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義光纖耦合器是一種用于傳送和分配光信號的光纖無源器件。在此還要感謝我的父母，無論在生活上還是學(xué)習中他們都給予了我正確的引導(dǎo)和極大的幫助。 感謝各位學(xué)長、學(xué)姐在畢設(shè)期間給予的熱情幫助，使我學(xué)到很多東西，獲益良多。A. Asundi. Total protein Measurement using a fiberoptic evanescent wavebased biosensor, Biotechnology Letters,2003,25:105110.18 Anna V. Hine, XianfengChen, Mareus D,et al. .Optical fibrebased detection of DNA Society Transaction,2009,37:445~449.19 KNIGHT J C, BIRKS T A, RUSSELL P J. Properties of photonic crystal fiber and the effective index model[J]. J Opt Soc Am A, 1998,15: 748752.20 MONRO M, RICHARDSON D J, BRODERICK N G R, et al. Holey optical fibers: An efficient modal model[J]. J Lightwave Technol, 1999, 17(6): 10931102.21 ALBERT F, ENRIQUE S, JUAN J M, et al, Vector description of higherorder modes in photonic crystal fibers[J]. J Opt Soc Am A, 2000, 17(7): 13331340.22 BRECHET F, MARCOU J, PAGNOUX D et al. Complete analysis of the characteristics of propagation into photonic crystal fibers by the finite element method[J]. Optical Fiber Technology, 2000, 6: 181191.23 Yanfeng Li, Bowen Liu, Qingyue Wang. Influence on photonic crystal fiber dispersion of the size of air holes in different rings within the cladding[J]. Chin Opt. Lett. ,2004,2(2):7577.24 Chiang Jung Sheng, Wu Tzong of propagation charaeteristics for an octagonal photonic crystal fiber. Opt. Commun.,2006 , 258(2) :1702176.25 BIRKS T A, KNIGHT J C, RUSSELL P J. Endlessly singlemode photonic crystal fiber[J]. Opt Lett, 1997, 22(13): 961963.26 TAN C Z. Determination of refractive index of silica glass for infrared wavelengths by IR spectroscopy [J]. NonCryst Solids, 1998, 223: 158163.27 MONRO M, RICHARDSON D J, BRODERICK N G R,et al. Holey optical fibers: An efficient modal model[J]. J. Lightwave Tech., 1999, 17(6): 10931102.28 , Norris. J. Clark. D. F. and Culshaw. B, Evanescent wave chemical Sensorsatheoretical evaluation. International Journal of Optoelectronics, 1991,6(3):227238.致謝本文的工作是在我的導(dǎo)師付廣偉老師悉心指導(dǎo)下完成的，付老師對我的悉心指導(dǎo)、精心教誨以及嚴格要求都使我受益匪淺。但是這會影響光子晶體光纖的相對靈敏度，因此適當?shù)睦w芯半徑可以在稍微減小光子晶體光纖的倏逝場的相對靈敏度的前提下降低非線性效應(yīng)的影響。通過第五章數(shù)值分析結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，減小光子晶體光纖的空氣孔間距，減小纖芯的大小，提高空氣孔的占空比就可以提高光子晶體光纖空氣孔中能量的比重，就可以提高光子晶體光纖的倏逝場的相對靈敏度。在同一TPCF中不同位置，對光的色散程度將不同，而且錐區(qū)某一固定位置都會對某一頻段的光有最大的色散；對于不同空氣填充率相同的拉錐情況下的TPCF來說，當空氣填充率較小時，色散在錐體中起伏較小，而空氣填充率大時，色散曲線在整個TPCF中起伏較大，當達到一定的拉錐距離，色散就會迅速增加。HPCF的基模的有效模場面積隨波長的增加而增大，且占空比大的有效模面積要比占空比小的有效膜面積小。因此減小占空比可以增加基模的模式面積。圖57 ，兩種光子晶體的基模模式面積隨歸一化波長變化從圖57中可以看出基模的模式面積都是隨著歸一化波長的增加而增大的。我們將分析纖芯由缺一層空氣孔形成的光子晶體光纖和纖芯由缺兩層空氣孔形成的光子晶體光纖的基模模式面的差異，同時分析纖芯由缺一層空氣孔的光子晶體光纖的三種不同占空比的光纖的基模模式面積的差異。晶體光纖用于倏逝場傳感也需要非線性系數(shù)較低。模式面積越小非線性系數(shù)越大，光纖用于傳輸需要較小的非線性系數(shù)。減小光子晶體光纖的纖芯的大小有利于提供倏逝場的相對靈敏度，但是減小纖芯的大小會影響基模模場面積。少一層空氣孔的兩種占空比不同的光纖的倏逝場的相對靈敏度差異大于纖芯較大的光纖。纖芯小的光子晶體光纖的倏逝場的相對靈敏度遠大于纖芯大的光子晶體光纖的倏逝場的相對靈敏度。兩種光纖的空氣孔間距A是相等的，包層的空氣孔層數(shù)也是相同的。下面我們利用數(shù)值分析研究纖芯由缺兩層空氣孔形成的光子晶體光纖的倏逝場的相對靈敏度于缺一層空氣孔形成纖芯的光子晶體光纖的倏逝場相對靈敏度的差異?，F(xiàn)在的工藝水平條件下。根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)果可以得出，相同的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)下提高空氣包層的占空比就能提高倏逝場的靈敏度。圖54孔大小不變d=，孔間距分別為=、=的相對靈敏度的比較由圖54可知，在光子晶體光纖的孔直徑不變的情況下，孔間距不同，其相對靈敏度都隨歸一化波長的增加而增大，且同一歸一化波長的情況下孔間距越小，相對靈敏度越高。(2)光子晶體的孔直徑大小不變，由改變孔間距來改變光子晶體光纖的占空比。下圖為孔間距=，孔直徑大小分別為d=、d=。本節(jié)考慮占空比對相對靈敏度的影響，在此，本文通過光子晶體的孔間距不變由改變孔大小來改變光子晶體光纖的占空比和光子晶體的孔直徑大小不變，由改變孔間距來改變光子晶體光纖的占空比這兩種情況分別進行研究。因為這里我們主要分析波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對于傳感器的相對靈敏度的影響，所以忽略了材料色散的影響。本節(jié)比較了空氣孔排布都為六角結(jié)構(gòu)而占空比不同的光子晶體光纖的倏逝場的分布的不同及作為傳感器的靈敏度的差異。而利用倏逝場能量進行傳感就必須提高倏逝場的能量。圖52 六角格子排列的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)和基模的場分布 占空比對于倏逝場的相對靈敏度的影響圖52為該結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖的基模的場分布，能量主要被限制在纖芯中，極少部分的能量進入包層的空氣空中。在光子晶體光纖的場分布中位于空氣孔中的場分布能量就為倏逝場。光子晶體光纖的倏逝場傳感器的相對靈敏度為