本文主要研究内容
作者田雨露（2019）在《复耦合模理论的解析分析及其在光纤传感中的应用》一文中研究指出：在光波导研究中,耦合模理论借助于耦合模方程来描述光波导模式之间的相互作用,广泛应用于涉及模式耦合的诸多领域。传统的耦合模理论在分析处理离散的导模耦合中展现出物理概念直观、数学形式简洁等优势,而在处理与连续的辐射模耦合的相关问题时,需要解决辐射模的求解和归一化等难题。漏模的提出缓解了这一难题,但是由于漏模特有的复传播常数和非物理场特性,它的求解较为复杂,正交性和归一化问题亦难以处理。为了解决这些问题,基于等效闭波导模型的复模展开方法,将耦合模理论拓展到复域,用离散的准漏模表达辐射模,从而可以用类似于导模耦合的形式处理辐射模耦合,用复耦合模方程统一描述导模、辐射模及其相互间的耦合。而较传统耦合模方程而言,在基于复模展开的复耦合模方程中,复的传播常数和耦合系数的引入不可避免,也会引起不同的解析过程和物理机制;因而,有必要进行系统求解并深入探究对应的物理意义,从而发现新现象、揭示新机制、激发新应用。在本论文中,我们拟基于复耦合模方程的解析求解,建立一套系统的复耦合模解析分析方法;利用耦合系数和传播常数的关系定义“耦合状态”,系统地求解复耦合模方程;洞悉在不同的耦合状态下,光波导器件的设计参数与传输特性之间的联系。进一步,利用这种由耦合状态构建的联系,尝试解决基于辐射模耦合的传感设计问题。我们以基于长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)的高折射率传感系统的设计为例,通过选择耦合状态来确定设计参数,提高传感灵敏度和分辨率,这不仅可以验证并进一步完善我们所提出的基于复耦合模解析分析方法的优化策略,也为光波导器件的设计和优化提供明确的方案。具体而言,我们的主要工作包括以下四个方面:1)系统地求解复耦合模方程,并研究复模耦合过程中能量的演变过程。通过求解不同耦合系数和传播常数下的复耦合模方程,探求方程的解及其对应的物理意义;研究复模间的模式耦合与能量交换的基本特性,特别是复传播常数和耦合系数的影响等;同时,在相位匹配情况下,着重研究了模式在不同耦合状态下的能量演变过程,建立了耦合状态与传输特性的联系,为复耦合模理论的深入研究和广泛应用奠定基础。2)针对基于漏模效应的光纤传感,研究高于光纤包层的外界环境折射率变化对漏模的影响,论证功率检测的可行性。针对外界环境折射率高于光纤包层的高折射率传感应用,在环境媒质无损耗的情况下,依次采用理论和数值分析方法研究环境折射率对漏模有效折射率的影响;进一步,我们讨论了环境媒质有损耗时,环境折射率的影响。研究表明,当环境媒质损耗小于-3.52 ×104 dB/m时,媒质损耗对漏模有效折射率影响小于4.72 ×10-2%,从而验证了利用功率变化解析传感物理量变化的可行性。这为利用漏模特性和功率检测实现对高于包层的外界环境折射率的高灵敏度传感提供了理论依据。3)基于LPFG中辐射模耦合效应的高折射率传感器的优化设计。首先对LPFG的复耦合模方程进行解析分析;之后通过选择耦合状态,设计了基于LPFG中辐射模耦合效应的传感器,用来测量折射率高于光纤包层的液体折射率,以解决LPFG在高折射率传感应用中的盲区问题。最后,分别针对较大传感测量范围和较高的灵敏度这两种需求,给出了两组优化设计方案。第一组在环境折射率从1.47变化到1.72,获得的理论传感分辨率在10-4量级;第二组在环境折射率从1.465变化到1.485的较小范围内进一步提高传感灵敏度,获得的理论传感分辨率能达到10-6量级,从而可以满足不同传感应用的需求。4)设计并搭建LPFG高折射率传感实验平台,采用不同制备方法刻写的LPFG进行实验验证;验证基于复耦合模解析分析方法的优化策略的有效性。为完成基于LPFG的高折射率传感设计的实验验证,我们设计并搭建了实验平台,配置了相应的高折射率匹配液。根据耦合状态,我们共设计了三组不同光栅周期的LPFG,并委托三家单位采用三种不同制备方法刻写。每组光栅均与同周期的谐振波长处消光比理想的对照光栅进行了对比实验,经分析,实验结果与理论模型相符合。
Abstract
zai guang bo dao yan jiu zhong ,ou ge mo li lun jie zhu yu ou ge mo fang cheng lai miao shu guang bo dao mo shi zhi jian de xiang hu zuo yong ,an fan ying yong yu she ji mo shi ou ge de zhu duo ling yu 。chuan tong de ou ge mo li lun zai fen xi chu li li san de dao mo ou ge zhong zhan xian chu wu li gai nian zhi guan 、shu xue xing shi jian jie deng you shi ,er zai chu li yu lian xu de fu she mo ou ge de xiang guan wen ti shi ,xu yao jie jue fu she mo de qiu jie he gui yi hua deng nan ti 。lou mo de di chu huan jie le zhe yi nan ti ,dan shi you yu lou mo te you de fu chuan bo chang shu he fei wu li chang te xing ,ta de qiu jie jiao wei fu za ,zheng jiao xing he gui yi hua wen ti yi nan yi chu li 。wei le jie jue zhe xie wen ti ,ji yu deng xiao bi bo dao mo xing de fu mo zhan kai fang fa ,jiang ou ge mo li lun ta zhan dao fu yu ,yong li san de zhun lou mo biao da fu she mo ,cong er ke yi yong lei shi yu dao mo ou ge de xing shi chu li fu she mo ou ge ,yong fu ou ge mo fang cheng tong yi miao shu dao mo 、fu she mo ji ji xiang hu jian de ou ge 。er jiao chuan tong ou ge mo fang cheng er yan ,zai ji yu fu mo zhan kai de fu ou ge mo fang cheng zhong ,fu de chuan bo chang shu he ou ge ji shu de yin ru bu ke bi mian ,ye hui yin qi bu tong de jie xi guo cheng he wu li ji zhi ;yin er ,you bi yao jin hang ji tong qiu jie bing shen ru tan jiu dui ying de wu li yi yi ,cong er fa xian xin xian xiang 、jie shi xin ji zhi 、ji fa xin ying yong 。zai ben lun wen zhong ,wo men ni ji yu fu ou ge mo fang cheng de jie xi qiu jie ,jian li yi tao ji tong de fu ou ge mo jie xi fen xi fang fa ;li yong ou ge ji shu he chuan bo chang shu de guan ji ding yi “ou ge zhuang tai ”,ji tong de qiu jie fu ou ge mo fang cheng ;dong xi zai bu tong de ou ge zhuang tai xia ,guang bo dao qi jian de she ji can shu yu chuan shu te xing zhi jian de lian ji 。jin yi bu ,li yong zhe chong you ou ge zhuang tai gou jian de lian ji ,chang shi jie jue ji yu fu she mo ou ge de chuan gan she ji wen ti 。wo men yi ji yu chang zhou ji guang qian guang shan (Long Period Fiber Grating,LPFG)de gao she she lv chuan gan ji tong de she ji wei li ,tong guo shua ze ou ge zhuang tai lai que ding she ji can shu ,di gao chuan gan ling min du he fen bian lv ,zhe bu jin ke yi yan zheng bing jin yi bu wan shan wo men suo di chu de ji yu fu ou ge mo jie xi fen xi fang fa de you hua ce lve ,ye wei guang bo dao qi jian de she ji he you hua di gong ming que de fang an 。ju ti er yan ,wo men de zhu yao gong zuo bao gua yi xia si ge fang mian :1)ji tong de qiu jie fu ou ge mo fang cheng ,bing yan jiu fu mo ou ge guo cheng zhong neng liang de yan bian guo cheng 。tong guo qiu jie bu tong ou ge ji shu he chuan bo chang shu xia de fu ou ge mo fang cheng ,tan qiu fang cheng de jie ji ji dui ying de wu li yi yi ;yan jiu fu mo jian de mo shi ou ge yu neng liang jiao huan de ji ben te xing ,te bie shi fu chuan bo chang shu he ou ge ji shu de ying xiang deng ;tong shi ,zai xiang wei pi pei qing kuang xia ,zhao chong yan jiu le mo shi zai bu tong ou ge zhuang tai xia de neng liang yan bian guo cheng ,jian li le ou ge zhuang tai yu chuan shu te xing de lian ji ,wei fu ou ge mo li lun de shen ru yan jiu he an fan ying yong dian ding ji chu 。2)zhen dui ji yu lou mo xiao ying de guang qian chuan gan ,yan jiu gao yu guang qian bao ceng de wai jie huan jing she she lv bian hua dui lou mo de ying xiang ,lun zheng gong lv jian ce de ke hang xing 。zhen dui wai jie huan jing she she lv gao yu guang qian bao ceng de gao she she lv chuan gan ying yong ,zai huan jing mei zhi mo sun hao de qing kuang xia ,yi ci cai yong li lun he shu zhi fen xi fang fa yan jiu huan jing she she lv dui lou mo you xiao she she lv de ying xiang ;jin yi bu ,wo men tao lun le huan jing mei zhi you sun hao shi ,huan jing she she lv de ying xiang 。yan jiu biao ming ,dang huan jing mei zhi sun hao xiao yu -3.52 ×104 dB/mshi ,mei zhi sun hao dui lou mo you xiao she she lv ying xiang xiao yu 4.72 ×10-2%,cong er yan zheng le li yong gong lv bian hua jie xi chuan gan wu li liang bian hua de ke hang xing 。zhe wei li yong lou mo te xing he gong lv jian ce shi xian dui gao yu bao ceng de wai jie huan jing she she lv de gao ling min du chuan gan di gong le li lun yi ju 。3)ji yu LPFGzhong fu she mo ou ge xiao ying de gao she she lv chuan gan qi de you hua she ji 。shou xian dui LPFGde fu ou ge mo fang cheng jin hang jie xi fen xi ;zhi hou tong guo shua ze ou ge zhuang tai ,she ji le ji yu LPFGzhong fu she mo ou ge xiao ying de chuan gan qi ,yong lai ce liang she she lv gao yu guang qian bao ceng de ye ti she she lv ,yi jie jue LPFGzai gao she she lv chuan gan ying yong zhong de mang ou wen ti 。zui hou ,fen bie zhen dui jiao da chuan gan ce liang fan wei he jiao gao de ling min du zhe liang chong xu qiu ,gei chu le liang zu you hua she ji fang an 。di yi zu zai huan jing she she lv cong 1.47bian hua dao 1.72,huo de de li lun chuan gan fen bian lv zai 10-4liang ji ;di er zu zai huan jing she she lv cong 1.465bian hua dao 1.485de jiao xiao fan wei nei jin yi bu di gao chuan gan ling min du ,huo de de li lun chuan gan fen bian lv neng da dao 10-6liang ji ,cong er ke yi man zu bu tong chuan gan ying yong de xu qiu 。4)she ji bing da jian LPFGgao she she lv chuan gan shi yan ping tai ,cai yong bu tong zhi bei fang fa ke xie de LPFGjin hang shi yan yan zheng ;yan zheng ji yu fu ou ge mo jie xi fen xi fang fa de you hua ce lve de you xiao xing 。wei wan cheng ji yu LPFGde gao she she lv chuan gan she ji de shi yan yan zheng ,wo men she ji bing da jian le shi yan ping tai ,pei zhi le xiang ying de gao she she lv pi pei ye 。gen ju ou ge zhuang tai ,wo men gong she ji le san zu bu tong guang shan zhou ji de LPFG,bing wei tuo san jia chan wei cai yong san chong bu tong zhi bei fang fa ke xie 。mei zu guang shan jun yu tong zhou ji de xie zhen bo chang chu xiao guang bi li xiang de dui zhao guang shan jin hang le dui bi shi yan ,jing fen xi ,shi yan jie guo yu li lun mo xing xiang fu ge 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的田雨露，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于复耦合模理论论文,漏模论文,耦合状态论文,长周期光纤光栅论文,折射率传感器论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：复耦合模理论论文; 漏模论文; 耦合状态论文; 长周期光纤光栅论文; 折射率传感器论文; 中国科学技术大学2019-07-12论文;