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一种高灵敏光子晶体光纤温敏特性的研究吴唯冉;陈鹤鸣【摘要】提出一种新型混合晶格结构的高双折射 PCF(光子晶体光纤),该光纤的截面由矩形空气孔和圆形空气孔混合排列而成。
使用基于有限元法的 Comsol 软件研究了该光纤在空气孔填充温敏液体时光纤的双折射特性随温度的变化关系。
研究结果表明,用乙醇液体填充纤芯区域的圆形空气孔,当空气孔间距Λ为1μm,圆形空气孔直径 D 为0.96μm,矩形空气孔长宽比 a/b 为4时,工作波长λ为1550 nm 的PCF 的温度灵敏度达到10-5数量级。
该光纤可用于高灵敏度 PCF 温度传感器。
%A high birefringent hybrid lattice Photonic Crystal Fiber (PCF)with modified circular and rectangular air holes is proposed.When the air holes are filled with the thermo-sensitive fluid,the variations of its birefringence properties with tem-perature are investigated by using the finite-element method-based Comsol software.The research results show that when the circular air holes in the core area are filled with ethanol and the pitch of holesΛ = 1 μm,the diameter of circular air holes D =0.96 μm and the aspect ratio of rectangular air holes a/b = 4,the thermo sensibility of the PCF at excitation wavelengthλ=1 550 nm reaches 10 -5 .The proposed fiber has broad application prospects in PCF temperature sensors with high sensitivity.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P44-46,70)【关键词】光子晶体光纤;混合晶格;乙醇填充;高灵敏度;温度传感【作者】吴唯冉;陈鹤鸣【作者单位】南京邮电大学光电工程学院，南京 210023;南京邮电大学光电工程学院，南京 210023【正文语种】中文【中图分类】TN818温度是一种最基本的环境参数，温度传感器广泛应用于农业、工业等诸多领域［1］。
带隙型光子晶体光纤研究与应用带隙型光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，简称PCF）是一种由周期性排列的微纳结构构成的光纤。
与传统的光纤相比，PCF具有非常独特的光学特性和潜在的广泛应用。
在近年来，PCF的研究与应用引起了广泛的关注。
首先，PCF的最大特点之一是具有宽、平坦的带隙。
由于光子晶体结构中周期性排列的空孔或者材料折射率的变化，PCF可以在特定波长范围内选择性地抑制或允许光的传输。
这种带隙效应可以实现对特定波长的光的高效传输和控制，从而在光通信、传感器、激光器等领域具有广泛的应用前景。
其次，PCF还具有超分布反射效应（Total Internal Reflection，简称TIR）。
由于PCF的折射率分布是周期性的，这种结构可以实现对光的总反射，避免光的泄露和损耗。
这种TIR效应使得PCF可以实现高效的单模传输，从而提高光纤的传输容量和质量。
此外，PCF还具有较大的模场直径，可以在大的模场直径下实现低损耗的传输。
这一特点使得PCF在高功率应用中具有潜力，如医学激光手术、材料加工等领域。
最后，PCF还可以通过控制其微纳结构的设计和改变，实现多种光学性质和功能的调控。
例如，通过调整空孔的直径和间距，可以调节PCF的色散特性，实现超短脉冲的传输与控制。
通过引入掺杂物质或者改变微纳结构的形状，PCF还可以实现光子晶体光纤传感器，用于监测温度、压力、浓度等物理量，并且具有高灵敏度和高分辨率。
基于以上的特点，PCF在光通信、光传感器、激光器等领域具有广阔的应用前景。
例如，PCF可以用于增强和优化光纤通信系统的传输性能，提高传输能力和质量。
在光传感器领域，PCF可以实现高灵敏度和高分辨率的传感效果，应用于环境监测、生物传感等领域。
此外，PCF还可以用于光纤激光器的设计与制备，为激光器的发展提供新的思路和方法。
总之，带隙型光子晶体光纤具有独特的光学特性和广阔的应用前景。
随着对PCF的研究与应用的深入，相信PCF将在各个领域得到更多的关注和应用，为光学通信、传感器、激光器等技术的进步和创新提供新的解决方案。
太赫兹光谱公开数据1.引言1.1 概述太赫兹光谱是一种新兴的光谱技术，它利用太赫兹波段的电磁辐射来研究物质的结构和性质。
太赫兹波长位于红外光和微波之间，具有许多独特的性质和潜在应用。
近年来，太赫兹光谱在物理、化学、生物和医学等各个领域得到了广泛的关注。
与其他光谱技术相比，太赫兹光谱具有许多优势。
首先，太赫兹波段的电磁波与物质的振动和旋转相互作用较强，因此可以提供丰富的结构和动力学信息。
其次，太赫兹光谱可以穿透非金属材料，如塑料、纸张和绝缘体等，因此在传统光谱无法触及的领域具有独特的优势。
此外，太赫兹光谱还对许多常见的化学物质和生物分子具有较高的敏感性，可以用于检测和识别不同的物质。
太赫兹光谱的发展和应用受到数据的支持和推动。
然而，由于太赫兹光谱领域的专业性和复杂性，相关数据的获取和共享一直是一个挑战。
为了促进太赫兹光谱研究的发展，许多机构和研究团队开始公开共享太赫兹光谱数据。
这些公开数据不仅提供了大量的研究资源，还为其他研究人员提供了一个基准和参考，推动了整个太赫兹光谱领域的进步。
本文旨在介绍太赫兹光谱公开数据的重要性以及对太赫兹光谱研究的潜在影响。
我们将探讨太赫兹光谱公开数据对于加速研究发展、促进多领域合作以及推动新技术和应用的影响。
同时，我们还将展望太赫兹光谱公开数据未来的发展方向和挑战，并提出一些建议和思考，以便更好地利用这些数据资源来推动太赫兹光谱研究的进一步发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构:本文将按照以下结构组织内容：引言、正文和结论。
引言部分将提供对太赫兹光谱公开数据主题的概述，说明本文的目的和重要性。
正文部分将深入探讨太赫兹光谱的定义和背景知识，以及太赫兹光谱公开数据的重要性。
结论部分将总结和回顾本文的主要观点并展望太赫兹光谱公开数据的未来发展。
通过这样的结构安排，读者将能够逐步了解太赫兹光谱公开数据的概念和相关知识，并对其重要性及未来展望有一个全面的认识。
1.3 目的本文的主要目的是介绍太赫兹光谱公开数据的重要性和应用前景。
光子晶体光纤的色散特性分析詹仪;李效增;郑义【摘要】为了探讨靠近纤芯区域的第1层、第2层和第3层空气孔的直径对光子晶体光纤色散特性的影响,采用有限元法进行了理论分析.结果表明,适当调节第1层、第2层和第3层空气孔的直径,可以使零色散点在1100nm-1800nm之间的任何位置上移动.还可以设计在1270nm～1800nm较宽的波长范围内接近零色散的色散平坦光子晶体光纤.这一结果对光子晶体光纤的设计具有重要的作用.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)001【总页数】3页(P24-26)【关键词】光电子学;色散;有限元法;光子晶体光纤【作者】詹仪;李效增;郑义【作者单位】曲阜师范大学印刷学院,日照,276826;曲阜师范大学印刷学院,日照,276826;北京交通大学理学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TN929.11引言光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)是在普通石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔，从端面看，存在2维周期性结构，若其中一个孔遭到破坏或缺失，则会出现缺陷，光就会被限制在缺陷中传输[1]。
PCF已展现出与普通光纤完全不同的特性[2-4]，如单模传输波长从337nm到1550nm，零色散点可移动到可见光波段和极强的非线性效应等。
色散是光纤的一个重要参量，对光通讯以及应用光子晶体光纤进行色散补偿[5]和设计有源器件[6]等都起着决定作用。
因此，对于光子晶体光纤色散特性的研究更受人们关注[7-10]。
已有的研究主要集中在孔间距Λ和空气占空比d/Λ(d为空气孔直径)对PCF色散的影响方面。
作者采用有限元法，通过对靠近纤芯区域的第1层、第2层和第3层空气孔的直径进行调节，研究PCF的色散特性。
1 有限元法及色散有限元法把截面是任意形状，空气孔任意排列，材料折射率任意组合的光子晶体光纤划分出许多网格，可以同时求出所有模式的传播常数和模场分布。
太赫兹(THz)技术一、基本概念 (1)1. 太赫兹波 (1)2. 太赫兹波的特点 (1)二、国内外研究现状 (2)1. 美国 (3)2. 欧洲 (3)3. 亚洲 (3)三、太赫兹技术的应用 (4)1. 太赫兹雷达和成像 (4)2. 太赫兹通信 (5)3. 太赫兹安全检查 (6)4. 太赫兹无损检测 (7)5. 环境探测 (7)6. 生物医学 (8)7. 天文观测 (8)8. 材料特性的研究 (9)四、太赫兹技术的研究内容 (9)1. 太赫兹辐射源 (9)2. 太赫兹波段信号的探测 (10)3. 太赫兹功能器件 (10)五、我们能做些什么 (10)一、基本概念1.太赫兹波太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。
太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。
THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域。
长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”（Terahertz Gap）。
2.太赫兹波的特点THz波具有很多独特的性质。
从频谱上看，THz 辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域， THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看, THz波段的能量介于电子和光子之间。
THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注。
THz 波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域。
在长波方向，它与毫米波有重叠，在短波方向，它与红外线有重叠。
在频域上， THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。
光子晶体光纤尺寸
光子晶体光纤是一种基于光子晶体结构的光纤，具有优异的光学性能和独特的传输特性。
与传统的光纤相比，光子晶体光纤的尺寸更小，通常在几微米到几十微米之间，这使其在某些应用场合具有特殊的优势。
光子晶体光纤的尺寸对其光学性能和传输特性具有重要影响。
首先，尺寸决定了光子晶体光纤的模式结构。
较小的尺寸通常意味着更高的模场分布，使得光子晶体光纤可以支持更多的模式，从而具有更宽的光谱带宽和更高的信息传输速率。
其次，尺寸还会影响光子晶体光纤的色散和非线性特性。
较小的尺寸通常会导致更高的色散和更高的非线性系数，使得光子晶体光纤可以用于更广泛的应用，例如超短脉冲激光、波长转换和非线性光学。
然而，由于光子晶体光纤的制备技术和实验条件的限制，其尺寸控制仍然是一个具有挑战性的问题。
当前的制备技术通常需要使用复杂的制备工艺和高精度的设备，使得制备成本较高且制备效率较低。
因此，如何实现更精确的尺寸控制和更高效的制备技术仍然是一个需要解决的问题，这将有助于进一步拓展光子晶体光纤的应用领域和实际应用。
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2020年太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究精品版 精品好文档，推荐学习交流
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10 太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究
摘要：作为目前产生太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产生的太赫兹波具有方向性好、相干性好等优点。另一方面，光纤激光器以光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD)直接抽运，效率高、结构紧凑、价格低廉。由于光纤具有很大的表面积-体积比，且散热效果极好，故可利用大功率LD直接抽运,实现高功率光纤激光器，从而为高功率太赫兹辐射源的小型化、实用化设计提供一条路径。 本文运用软件数值模拟，研究了太赫兹波在太赫兹光子晶体光纤中的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模场面积与光纤包层结构的关系，为上述高功率、小型化太赫兹源的设计提供了一定的理论依据。 关键词：太赫兹波 塑料光子晶体光纤 传输特性 大模场面积光纤 有限元法 Abstract：As one of the foremost sources to produce terahertz waves currently, femtosecond pulses generated THz waves with good direction and coherence. On the other hand, optical fiber laser can gain the mode-locked laser with high efficiency, compact structure and low price, which use fiber as gain media, pumped directly by laser diode (LD). As it has large surface area - volume ratio and is well thermal radiation, optical fiber can be pumped directly by high-power LD to achieve high-power fiber laser. It provides the path for design practical high power THz emitters of miniaturization. In this paper, by using numerical simulation software, we analyzed the cut-off characteristic, dispersion characteristic, loss characteristic and so on of THz-PCF, and discussed the relationship between effective mode-based area and THz-PCF’s structure parameters of cladding. We do these to provide some theoretical basis for design the high power THz emitters of miniaturization what we have introduced above. Keywords: Terahertz Waves Plastic Photonic Crystal Fiber Transmission Characteristics Large Mode Area Fiber Finite Element Method 1. 引言
随着超快激光（Ultrafast Laser，UL）技术的进步，为太赫兹（Terahertz，
THz）波的产生提供了稳定、可靠的激光光源，使太赫兹波的理论研究和探测精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10 技术得到蓬勃发展。研究表明，该波段电磁波包含有非常丰富的物理和化学信息，与其它波段的电磁波相比，具有低光子能量性、大分子“指纹”性、选择吸收性[1]等特性，能广泛地运用于医学成像、安全检查、环境监测、天体研究、无线通讯等诸多领域[2-4]。 由于传统的太赫兹辐射源体积庞大，不易移动，并且没有有效的波导材料来约束太赫兹波的传输，导致太赫兹波大都在空气中传输，损耗大且不易控制传输方向。为了克服上述困难，研究者提出过各式各样的结构，而聚合物光子晶体光纤（Plastic Photonic Crystal Fiber，PPCF）正是其中的佼佼者。另一方面，光纤激光器是近年来高功率、短脉冲激光光源研究领域中的热点，与其他激光器相比，无论在光束质量、体积重量、转换效率，还是散热、使用寿命、工作性能、系统维护等方面，都具有明显的优势[5]。 利用光纤激光器的诸多优势，为我们在高功率、小型化、实用化太赫兹辐射源设计提供了一条有效路径。 但在传统光纤激光器中，随着光纤功率的增加，会导致光纤中的光功率密度较高，引发的非线性效应限制了传统光纤激光器功率的进一步提高。而大模场面积光子晶体光纤通过在光纤包层中引入周期性排列的空气孔，可以极大地提高光纤的纤芯直径并保持单模, 从而可有效降低非线性。 2. 传输特性分析 2.1选择介质材料
普通的光纤大都采用石英材料，然而太赫兹波在石英中的衰减很大，无法透过，因此常规的石英纤芯光子晶体光纤难以作为太赫兹波导。研究发现，塑料材料在太赫兹频段下，具有损耗低，色散小的优异特性，是制作光子晶体光精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10 纤材料的好选择。另外，它具有很好的柔韧性，不宜折断，熔化温度也比石英低的多。所以相比于石英材料更容易加工，大大降低了制作工艺难度。 2.2验证算法 为了验证二维频域有限元法在太赫兹波段计算的有效性与准确性，我们对参考文献[6]中太赫兹光子晶体光纤（THz-PCF）的计算结果进行验证，文献中计算所使用的方法为有效折射率方法。其横截面的结构如图1所示（其中d为空气孔直径，Λ为气孔间距）。
图1 太赫兹光子晶体光纤的横截面结构示意图 图2展示了计算结果。从图上可以看出计算结果与文献[6]的计算结果吻合的很好，这就验证了我们在计算有效折射率实部方面的正确性。另外也与文献[7]中的光子晶体光纤结构计算结果进行了比较，有效折射率的虚部的收敛也很好。 «Skip Record If...» 图2 太赫兹光子晶体光纤基模的有效折射率
2.3模式截止特性分析 所谓模式的截止为同一个模式两种状态的过渡过程，即为局限在纤芯中的模式到扩展到包层模的过渡。在这个过渡过程中的显著特征为：随着波长的变精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10 化其模式的面积会突然的增加，因此可以通过研究模式面积变化得到其突变的波长点，即为截止波长。 2002年，N. A. Mortensen建立了有效面积方法[8]，利用此方法来分析太赫
兹光子晶体光纤中的模式截止特性，可得到单模运转的太赫兹光子晶体光纤。 模式的有效面积的定义为：
其中：E(x，y)表示模场的电场分布；NLR表示波导的非线性区域，对于本论文研究的光子晶体光纤来说，NLR对应于空气孔之外的光纤介质材料区域。 «Skip Record If...» 图3 模式有效面积随太赫兹频率的变化
如图3所示，我们得到了基模TE00模和二阶模TE01模的模式有效面积随
太赫兹波频率的变化曲线。从图上可以看出，在高频区域它们的模式有效面积很小，能很好被限制在纤芯中传输，随着频率的减小，二阶模的面积首先发生突变，TE01扩散到包层退化成为包层模式。因此，当频率小于1.2THz时，这时
只有基模可以在纤芯中传输；同样，当频率更小时基模也退化成为包层模。 通过曲线拟合后可以得到在不同的占空比时基模和二阶模的截止波长，进而可以得到单模运转相图（如图4所示）。图中的虚线代表了二阶模的截止频率，实线代表了基模的限制模与包层模的边界，因此可以得到三个区域：多模区、单模区和非限制模区，只有在中间区域的结构才能实现光纤的单模传输。 «Skip Record If...» 图4 单模运转相图
2.4超平坦色散特性分析 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10 在太赫兹波的传输过程中，群速度色散会导致脉冲波形产生形变，因此设计出具有低色散的光子晶体光纤具是有非常重要的意义。对高密度聚乙烯材料来说，由于其折射率在整个的太赫兹波段基本为常数[9]，因此它在太赫兹波段的材料色散很小，可以忽略不计，这样群速度色散主要由波导色散来决定，如下式所示： «Skip Record If...»
其中：为角频率，为不考虑材料色散时的模式有效折射率。 图5 a为数值模拟所得的群速度色散系数在不同的空气孔直径d下，随太赫兹波频率的变化趋势，从图中可以看出，当空气孔间距一定时，可以通过减小空气孔直径d来得到小的色散值；图5 b为在占空比a一定的情况下，群速度色散系数随空气孔直径d、间距等比例变化趋势，从图中可以看出，当占空比a一定是，色散曲线随着空气孔间距的增大会平移到低频域，因此可以通过改变空气孔直径d和间距设计出具有平坦色散特性的太赫兹光子晶体光纤。 综合上述规律，通过改变空气孔直径d和间距，就可以设计出具有平坦色散特性的太赫兹光子晶体光纤结构。如图5 c所示的两种结构：当d/=0.275，=500µm时，在1～2THz的区间内的色散系数小于0.011 ps/（THz·cm）；当d/=0.275，=450µm时，在1.2～2THz的区间内的色散系数小于0.006 ps/（THz·cm）。 «Skip Record If...» «Skip Record If...» （a） （b） «Skip Record If...» （c）
图5 太赫兹光子晶体光纤中的色散情况
