基于微納光纖耦合器表面修飾的環(huán)境傳感特性研究

微納光纖主要用于傳導(dǎo)光能，對其而言，光學(xué)損耗是重要參數(shù)。童利民等人在測試中發(fā)現(xiàn)，633nm 波長的光在直徑為 190nm 的氧化硅微納光纖中傳輸，其傳輸損耗為 1.7dB/mm[3]，與其它同尺寸大小的微納光波導(dǎo)相比其傳輸損耗小得多。 目前已經(jīng)報道的氧化硅微納光纖在 1550nm 波長處最低損耗約為 1.4dB/m 。

微納光纖的包層一般為空氣或者水 等低折射率介質(zhì)，纖芯和包層折射率差較大，光纖對光場的約束能力很強(qiáng)，因此，微納光纖彎曲損耗很低，虞華康等對微納光纖彎曲損耗進(jìn)行了相對系統(tǒng)的理論研究。 同時，因為折射率差較大，傳統(tǒng)光纖用來研究其模場分布特性的弱導(dǎo)條件已不再適用。 童利民等通過精確求解 Maxwell 方程組， 給出微納光纖基模的模場分布和群速度色散等特性:一般而言，當(dāng)微納光纖直徑大于傳輸光波長時，它對模場的約束能力隨著直徑減小而增大;當(dāng)直徑減小到波長或亞波長量級時，模場面積將達(dá)到一個極小值，相應(yīng)微納光纖的光場約束能力達(dá)到最大值(如果選擇恰當(dāng)?shù)奈⒓{光纖，模場的等效直徑可達(dá)到亞波長量級);若進(jìn)一步減小微納光纖直徑，它的光場約束能力將逐漸減弱， 模場也隨之?dāng)U散，從而導(dǎo)致相當(dāng)大比例的光能量(可高達(dá) 90%)以圍繞光纖表面的倏逝波的形式傳輸。 Sumetsky 等從理論上預(yù)測了當(dāng)微納光纖直徑小于傳輸光波長的 1/10 時，微納光纖將不能用來作為傳導(dǎo)光介質(zhì)。 Chen 等用亞波長的太赫茲波導(dǎo)證實(shí)了上述結(jié)論;Kien 等對微納光纖模場分布的解析表達(dá)式做了詳細(xì)分析;Huang 等采用數(shù)值模擬的方法，比較系統(tǒng)地研究了兩根微納光纖之間倏逝波耦合情況;Wang 等從理論上詳細(xì)分析了微納光纖傳導(dǎo)模受端面的影響情況以及輸出特性 。

波導(dǎo)色散在光脈沖傳輸和光纖非線 性效應(yīng)中有著重要的意義。 童利民等通過計算微納光纖中傳導(dǎo)模群速度和波長的關(guān)系，獲得微納光纖的波導(dǎo)色散遠(yuǎn)大于弱導(dǎo)光纖的波導(dǎo)色散和材料色散的結(jié)論。 而且，不同直徑的微納光纖在傳輸同一光波長時，波導(dǎo)色散也將發(fā)生明顯移動，因此，選擇恰當(dāng)直徑的微納光纖可以對其波導(dǎo)色散進(jìn)行有效調(diào)控。 微納光纖這種色散可調(diào)控的特性使其在與色散有關(guān)的光通信和非線性光學(xué)等領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用價值，例如，通過調(diào)控微納光纖色散，可以降低激發(fā)光的功率閾值、減小非線性相互作用長度等。 目前研究者已經(jīng)在微納光纖中實(shí)現(xiàn)諸多非線性效應(yīng)，例如三次諧波的產(chǎn)生、受激多喇曼散 射、光 孤 子 的 形 成 與 傳 播和 超 連 續(xù) 譜 的 產(chǎn) 生等 。

緒論

參考文獻(xiàn)

第1章微納光纖的光波導(dǎo)特性

1.1微納光纖簡介

1.2微納光纖的光波導(dǎo)特性

1.2.1理想微納光纖的光波導(dǎo)特性

1.2.2微納光纖的群速度和色散

1.2.3錐形微納光纖

1.3小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第2章微納光纖的制備方法

2.1微納光纖制備方法簡介

2.1.1化學(xué)腐蝕的方法制備微納光纖

2.1.2塊狀材料熔融拉伸的方法制備微納光纖

2.1.3利用靜電紡絲技術(shù)制備微納光纖

2.2加熱拉錐的方法制備微納光纖研究

2.2.1加熱拉錐制備微納光纖方法簡介

2.2.2利用電流加熱拉錐制備微納光纖的研究

2.3小結(jié).

參考文獻(xiàn)

第3章微光纖環(huán)諧振器慢光效應(yīng)的研究

3.1慢光技術(shù)基礎(chǔ)

3.1.1相速度、群速度和信號速度

3.1.2慢光理論基礎(chǔ)

3.2微光纖環(huán)諧振器慢光效應(yīng)理論研究

3.2.1MCR慢光效應(yīng)理論模型的建立

3.2.2MCR諧振及慢光特性模擬分析

3.3微光纖環(huán)諧振器慢光效應(yīng)實(shí)驗研究

3.3.1MCR慢光單元的纏繞制作

3.3.2特氟龍柱子構(gòu)成的MCR慢光單元慢光延時測量

3.3.3MgF2柱子構(gòu)成的MCR慢光單元慢光延時測量

3.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章基于微納光纖倏逝場效應(yīng)的氣體傳感器

4.1氣體傳感技術(shù)簡介

4.1.1各類氣體傳感器的優(yōu)、缺點(diǎn)

4.1.2光纖氣體傳感器

4.2基于光纖倏逝場效應(yīng)的氣體傳感器研究進(jìn)展

4.2.1倏逝場穿透深度

4.2.2基于光纖倏逝場效應(yīng)氣體傳感器研究進(jìn)展

4.3基于微納光纖倏逝場效應(yīng)的氣體傳感器

4.3.1錐形微納光纖氣體傳感器

4.3.2表面鍍膜的錐形微納光纖氣體傳感器

4.3.3微納光纖錐氣體傳感器

4.3.4微納光纖光柵和石墨烯復(fù)合型氣體傳感器

4.3.5基于錐形微納光纖倏逝場效應(yīng)的光聲光譜氣體傳感器

4.4基于微納光纖倏逝場效應(yīng)的氣體傳感器研究

4.4.1傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.4.2傳感器傳感原理

4.4.3傳感器測試光路

4.5小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章基于微光纖環(huán)諧振器的角速度傳感技術(shù)

5.1角速度傳感技術(shù)簡介

5.1.1光纖陀螺的研究進(jìn)展

5.1.2光纖陀螺的基本工作原理

5.2基于微光纖環(huán)諧振器的角速度傳感技術(shù)探索

5.2.1慢光陀螺研究進(jìn)展

5.2.2MCR慢光角速度傳感單元結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.2.3MCR慢光角速度傳感單元角速度傳感模型的建立

5.2.4MCR慢光角速度傳感單元傳感特性模擬分析

5.3小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章微納光纖在生物傳感技術(shù)中的應(yīng)用

6.1光學(xué)生物傳感技術(shù)簡介

6.1.1光學(xué)生物傳感技術(shù)

6.1.2光學(xué)生物傳感器

6.2基于微納光纖倏逝場效應(yīng)的生物傳感器

6.2.1基于微納光纖線圈的生物傳感器

6.2.2基于微納光纖布拉格光柵的生物傳感器

6.2.3微納光纖表面固化金屬納米顆粒的生物傳感器

6.2.4微納光纖和介質(zhì)微粒構(gòu)成的光學(xué)諧振微腔生物傳感器

6.2.5微納光纖錐尖端鍍鋁膜的生物傳感器

6.2.6塑料微納光纖表面涂覆石墨烯的生物傳感器

6.3小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第7章微納光纖在其他傳感技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

7.1微納光纖在溫度傳感技術(shù)中的應(yīng)用

7.1.1溫度傳感技術(shù)簡介

7.1.2基于微納光纖的溫度傳感技術(shù)

7.2微納光纖在電流傳感技術(shù)中的應(yīng)用

7.2.1光纖電流傳感技術(shù)簡介

7.2.2法拉第效應(yīng)

7.2.3基于微納光纖的電流傳感技術(shù)

7.3微納光纖在加速度傳感技術(shù)中的應(yīng)用

7.3.1加速度傳感技術(shù)簡介

7.3.2基于微納光纖的加速度傳感技術(shù)

7.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第8章基于光纖布拉格光柵的光纜卷盤靜態(tài)壓力研究

8.1光纖光柵簡介

8.1.1光纖光柵的發(fā)展

8.1.2光纖光柵的分類

8.1.3光纖光柵的寫入技術(shù)

8.1.4光纖光柵信號解調(diào)方法

8.1.5光纖布拉格光柵傳感原理

8.2微納光纖光柵

8.2.1微納光纖光柵的制備方法

8.2.2基于微納光纖光柵傳感技術(shù)

8.3基于光纖布拉格光柵的光纜卷盤靜態(tài)壓力分布研究

8.3.1光纜卷盤靜態(tài)壓力分布理論研究

8.3.2光纜卷盤靜態(tài)壓力分布實(shí)驗研究

8.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)"

薛茹君博士學(xué)位論文研究工作是在吳玉程教授的指導(dǎo)下完成的，本論文基于研究的結(jié)果總結(jié)而成。此研究得到國家自然科學(xué)基金(20571022)、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金(20060359011)、安徽省"十五"科技攻關(guān)項目(01402007)等資助，圍繞不同納米結(jié)構(gòu)單元的表面修飾與改性、改性后納米結(jié)構(gòu)單元的物性等內(nèi)容進(jìn)行研究，試圖為不同納米結(jié)構(gòu)(包括納米粉體、準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)等)的表面修飾、改性以及分散提供新的方法，發(fā)揮納米結(jié)構(gòu)的功能特性(如光催化、微波吸收等)，為納米材料的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。