1、神奇地演绎成种具有划时代意义的新技术，影响着人类生产方式和生活方式的各个领域。图.晶体的能带结构近由电子的能带原子轨道的能带简约布里渊在光学中，光子也对应于种光子带隙材料光子晶体。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第四章基于液体填充的高双折射光子晶体光纤年，.和.分别在对如何抑制自发辐射和非有序电介质材料中光子局域化的问题进行研究时，提出了光子晶体的概念,。光子晶体是不同介电常数的材料在空间上呈周期分布的特殊结构，其周期般在光波长量级微米量级。光子晶体是种人工晶体，由于不同介电常数的介质材料在维二维三维方向上的周期分布不同，可分为维二维三维如图.。光子晶体对光子的作用机制和以半导体材料为代表的原子晶体对电子的作用机制非常类似，因此在对光子晶体的描述中借用了固体物理的能带理论。同样地，光子晶体的周期结构使得在其中传播的光波具有。

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要光子晶体光纤是种新型的传输光纤，与传统光纤相比，具有许多独特的性质，如无截止的单模传输特性低损耗特性可调节的色散特性高非线性特性高双折射特性等。的问世，为研制新型的高双折射光纤提供了个有效的途径。由于光子晶体光纤属于多孔结构，改变空气孔的形状大小孔间距，或者在空气孔中注入气体液体的方法可以获得具有高双折射特性的光子晶体光纤。本论文提出了种新型的组合渐变光子晶体光纤，研究了这种光纤的双折射损耗和色散特性，并对该高双折射进行不同程度的热敏液体填充，研究热敏液体填充对高双折射光。

3、了非常大的变化，该变化让大容量低时延高质量的通信不在难以企及，引起了人们广的关注。光子晶体和光子带隙的概念和基本理论光子晶体光纤的构想来源于光子晶体。众所周知，二十世纪五十年代开始的以半导体为代表的电子带隙材料导致了人类历史第三次科学技术革命,推动了信息时代的发展。晶体中存在着原子，由固体能带理论可知，晶体中原子的有序排列形成了周期势场，当电子在周期势场中传播时，由于受到势场的布拉格散射的影响而产生了我们所熟知的能带结构如图.，在带与带之间可能存在着带隙。如果电子波的能量集中在带隙中，则该电子波不能通过晶体进行传播。能带及其带隙结构控制着电子或空穴的运动，几乎所有的半导体器件都是围绕如何利用和控制电子的运动而设计的。随着光子技术的发展，人们发现光子与电子相比，反应速度更加快速，而且没有相互作用的巨大优势，正因为光子的这些优点，它。

4、单位代码密级硕士学位论文论文题目高双折射光子晶体光纤及其特性研究李小燕黄勇林光学工程光纤通信与光波技术工学硕士二〇四年三月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据.万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论。

5、光纤.基于高双折射光子晶体光纤的不同填充温度对填充的光子晶体光纤特性的影响.温度对热敏液体折射率的影响温度对乙醇填充双折射的影响.温度对乙醇填充损耗的影响基于大孔乙醇填充的高双折射特性研究乙醇填充对有效折射率的影响.乙醇填充对损耗的影响.光纤的结构参数对乙醇填充双折射的影响本章小结万方数据第五章高双折射干涉仪的温度传感特性.光子晶体光纤环境干涉仪的理论分析.数值模拟对输出光谱的影响高双折射环镜的温度特性.本章小结第六章总结与展望参考文献.附录攻读硕士学位期间撰写的论文致谢.万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第四章基于液体填充的高双折射光子晶体光纤第章绪论.光子晶体光纤光子晶体光纤又称微结构光纤,是种新型光纤它通常由单的介质材料组成，在轴向方向上按定规律排列着波长量级的的微结构通常为空气孔从而构成结构的包层。的问世给通信领域带。

6、能带结构，每个能带之间都存在着或大或小的带隙光子带隙当光子频率落在的带隙时，光子将被禁止在这个光子晶体中传播。完全光子带隙是指带隙中不能传播任何偏振的光。在光子晶体中引入缺陷，破坏光子晶体的周期性结构，让光子带隙形成了定频宽的缺陷态或局域态，使得特定频率的光波可以在这个缺陷区域中传播，因此光子晶体就可以控制光在其中的传播行为。光子晶体的特点使其具有能够控制光传播行为的优越性。操作光波的流动是人类多年来的梦想和追求，全球高新技术领域的科学家与企业家都期待着新的带隙材料对光波的操纵。从科学角度预言，这目标旦实现，将对人类产生不亚于微电子革命带来的深刻影响。因此，光子晶体也被科学界和产业界称为“光半导体”或者“未来光半导体”，成为当前光学和电磁学的研究热点。图.光子晶体空间结构示意图维周期二维周期三维周期光子晶体光纤的导光原理光子晶体。

7、子晶体光纤特性的影响。主要研究内容如下首先介绍了光子晶体光纤起源传导机制折射率引导型的特性制备技术以及过程相关光子晶体光纤的应用然后简单阐述了传感技术的发展，即光纤传感光子晶体光纤传感。简单介绍了几种常用的理论研究方法，其中详细地解释了多级法和有限元法以及相关软件的使用步骤，为高双折射光子晶体光纤的结构设计以及特性分析奠定了基础。设计了种组合渐变光子晶体光纤结构，在多级法理论的基础上对该光纤的具体结构进行研究分析，通过对光子晶体光纤的结构参数进行改变，观察其双折射，损耗，色散及模场等特性的变化过程。采用三种不同填充方式对这种新结构的光子晶体光纤进行填充，在三种填充方式下，分析了温度对填充高双折射有效折射率双折射损耗的影响详细研究了大孔乙醇填充对光子晶体光纤特性的影响。把填充好的高双折射光子晶体光纤与普通单模光纤熔接，做成光纤环镜。

8、折射率为的材料中正常传输且不会出现衰减。大多数给定波长和入射角的光波，在传播时为了满足布拉格条件，光纤包层中的各介质层会出现严重的散射和干涉效应，但经过叠加以后，光波的大部分能量会被很好的束缚在纤芯中。图.导光机理万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第四章基于液体填充的高双折射光子晶体光纤全内反射导光原理布拉格光子带隙导光原理光子晶体光纤的特性研究年，第根光子晶体光纤问世以来，光子晶体的研究得到了很大进步。其无休止的单模特性，低弯曲损耗，非线性效应等传统光纤比拟的特性引起了相关科研领域的关注和研究兴趣。光子晶体光纤的无限单模特性众所周知，传统圆对称阶跃折射率光纤的归化频率参量决定了光纤中传播模式的数目，当光纤的归化频率参量.时，光纤保持单模传输。首次报道的折射率引导型光子晶体光纤即具有所谓的无限单模特性光纤在波长到的范围内都是。

9、研究了基于效应的温度传感特性。关键词光子晶体光纤，多级法，高双折射，液体填充，光纤传感，温度传感万方数据.,.,.,.万方数据目录第章绪论光子晶体光纤.光子晶体和光子带隙的概念和基本理论光子晶体光纤的导光原理光子晶体光纤的特性研究光子晶体光纤的制作技术光子晶体光纤的应用.光纤传感器概述.光子晶体光纤传感器.论文的研究目的和主要研究内容.研究目的主要研究内容第二章光子晶体光纤理论研究基础.光子晶体光纤的数值计算方法.有效折射率法平面波展开法局部函数法.时域有限差分法有限元方法多级法和有限元方法.多级法有限元法本章小结第三章新型组合渐变点阵光子晶体光纤.新型组合渐变点阵光子晶体光纤的模型结构光子晶体光纤参数的定义组合渐变特性研究模场特性的分析.模式双折射分析.限制损耗特性分析.色散特性分析本章小结第四章基于液体填充的高双折射光子晶体。

10、的包层横截面的折射率具有规则的周期分布，出现光子带隙效应从而把些频率位于带隙内部的光限制在纤芯中传输。在实际应用中，大部分的光波导由两种不同的材料构成，设定材料的折射率分别为和。根据光波导光原理，光波的传播常数即为波矢量在方向上的分量即，的取值决定材料是否适合种光波进行传播。当小于时，在折射率为的材料中，光波将与光轴成角，并且沿着该光波的方向进行传播，此时的应满足公式当大于且为虚数，光在此材料中传播时会出现倏逝。在这理论的基础上，我们首先分析图.折射率引导型，如图，纤芯的折射率为，包层的折射率为，当满足条件时，光波只能在折射率为的材料中实现导光，旦有光波泄漏到包层，光波将会急速衰减。然后分析图.布拉格光子带隙结构，同样地，如果想要光波能够在包层中正常传输，必须满足条件，在此条件下的光波不仅能在折射率为的材料中传输，还能够。

11、单模传输的。这特性可以用有效折射率模型来解释，有效折射率模型的关键在于光子晶体光纤包层在普通光纤包层内空气孔中的填充程度是随辐射波长变化的。类似于传统光纤的归化频率，采用有效归化频率作为光子晶体单模传输条件,.式中，表示单模光纤的参量为为定义为等效芯层半径，般认为等于包层空气孔的间距为真空中的波长和分别为光纤纤芯和包层的有效折射率。包层的有效折射率由光场的分布决定，不是包层空气孔材料折射率的简单平均和。光波长减小时，光场会越来越集中，光能量会被很好的束缚在纤芯中，因而提高包层折射率，降低纤芯和包层的有效折射率之差图.，可以使归化频率趋于稳定值。从中我们发现了个规律，不管光纤的绝对值尺度是大是小，只要占空比足够小时，将实现无限单模特性。如图.，当.时，光纤只支持对简并模式。同时二阶的截止频率不再为传统光纤理论中的。

12、纤是基于光子晶体技术发展起来的新代光纤，是光纤发展的里程碑。与普通光纤结构不同的是，在介质材料折射率中分布有光波长量级的三角形晶格周期排列的填充结构折射率，间距，直径，这种周期结构构成光子晶体光纤的微结构包层。这个周期结构的量级对应着波矢在横截面上的分量，而正是这个量级微米万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第四章基于液体填充的高双折射光子晶体光纤量级才使得光子晶体光纤的制作成为可能。纤芯是周期结构中存在的缺陷折射率，通常为个或多个重复单元被去掉，其折射率般与介质材料相同，也可以是其他结构如掺杂或者液体液晶等填充物。光子晶体光纤最外层有聚合物套层来加以保护。据传导机制大致分为两类如图.所示类是折射率引导型光子晶体光纤，其纤芯折的射率比包层高，主要依赖于全内反射效应实现导光类是光子带隙光纤光纤，主要是按照光子带隙效应导光，光纤。

参考资料：

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[2]《记金华双龙洞》课件PPT（语文教学版） 编号41（第27页，发表于2022-06-25）

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