文档介绍：光子晶体光纤双芯耦合及
温度传感特性的研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:董传培
指导教师:刘敏副教授
专业:通信与信息系统
学科门类:工学

重庆大学通信工程学院
二 O 一一年四月
Study on the Coupling and Temperature
Sensing Characteristics of Dual-Core
Photonic Crystal Fibers

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Dong Chuanpei

Supervised by Assoc. Prof. Liu Min
Major: Communication and Information System

College munication Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
April, 2011
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

双芯光子晶体光纤由于模式耦合,光波在传输的时候,两纤芯会发生功率交
换。本文对光子晶体光纤双芯耦合特性、温度传感特性以及基于新型光子晶体光
纤的耦合器、分光器、波长选择器、传感器等应用进行了研究。
设计一种同时基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的椭圆形双芯光子
晶体光纤,分析了双芯光子晶体光纤的带隙范围、模场分布及其有效折射率。应
用耦合模式理论,对混合导光型双芯光子晶体光纤的耦合特性进行理论分析和数
值模拟。计算了耦合长度,分析了大空气孔直径、高折射率柱的有效折射率、高
折射率柱及空气孔直径、孔间距等结构参数对耦合长度的影响;优化结构参数,
提出了一种耦合长度最小的双芯光子晶体光纤,进一步分析了该种光纤的双折射、
色散等特性,并讨论了基于该种光纤的定向耦合器、分光器和波长选择器。
设计一种基于填充液体的光子带隙型全固双芯光子晶体光纤,并对其耦合特
性和温度传感特性进行了数值模拟和理论分析,发现了超模和高折射率柱中的谐
振模对耦合特性的变化起着重要作用,它的耦合长度随温度升高出现单极值点或多
极值点,且奇模式的有效折射率随着温度的变化或波长的变化会出现跳变情况。
由此我们发现固定温度,改变波长可以制作光开关;固定波长,改变温度可以制
作出温度传感器。
本文的研究成果对双芯光子晶体光纤的耦合特性、传感特性的理论研究及其
相关器件的实际应用有重要的参考价值。

关键词:光子晶体光纤,模式耦合,混合导光机制,光器件,温度传感

I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

When light transmits in dual core photonic crystal fibers, there will be exchange of
the power between two cores. In this dissertation, the coupling characteristics of dual
cores and temperature sensing in photonic crystal fibers and its applications in novel
designs of fiber couplers, splitters, wavelength selectors and sensors are discussed.
We propose a new type of ellipse-shape hybrid dual core photonic crystal fiber
simultaneously based on two guiding mechanisms of total internal reflection and
photonic band-gap effects. We analyze the band-gap range, mode field distribution and
effective refractive index. We apply the coupled-mode