微結(jié)構(gòu)光纖設(shè)計、制備及應(yīng)用

目錄
《信息科學技術(shù)學術(shù)著作叢書》序
前言
第1章 微結(jié)構(gòu)光纖基礎(chǔ) 1
1.1 微結(jié)構(gòu)光纖的提出與發(fā)展 1
1.2 導(dǎo)光機理 3
1.2.1 全內(nèi)反射導(dǎo)光 3
1.2.2 光子帶隙導(dǎo)光 3
1.2.3 限制耦合導(dǎo)光 4
1.3 特性及應(yīng)用 6
1.3.1 實芯微結(jié)構(gòu)光纖 6
1.3.2 空芯微結(jié)構(gòu)光纖 9
1.4 損耗機制 14
1.4.1 固有損耗 14
1.4.2 限制損耗 15
1.4.3 彎曲損耗 16
1.5 制備方法 18
1.5.1 超聲波打孔法 18
1.5.2 管束堆積法 19
1.5.3 擠壓法 20
1.5.4 鑄造法 20
1.5.5 溶膠-凝膠法 21
1.5.6 卷煙法 22
參考文獻 23
第2章 微結(jié)構(gòu)光纖設(shè)計與制備理論 26
2.1 有限元法 26
2.1.1 基本原理 26
2.1.2 邊界條件選取 29
2.2 光束傳播法 33
2.2.1 全矢量波動方程 33
2.2.2 有限差分法 34
2.2.3 邊界條件 35
2.2.4 光束傳播法應(yīng)用實例 36
2.3 毛細管的制備理論 38
2.3.1 數(shù)學模型 39
2.3.2 模型參數(shù)化 40
2.3.3 制備及結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 43
2.3.4 實驗驗證 46
2.4 微結(jié)構(gòu)光纖的制備理論 48
2.4.1 制備理論 49
2.4.2 參數(shù)初始化 51
2.4.3 工藝參數(shù)之間的協(xié)調(diào)控制 52
2.4.4 工藝參數(shù)對光纖結(jié)構(gòu)的控制 54
參考文獻 56
第3章 實際微結(jié)構(gòu)光纖特性快速分析模型及應(yīng)用 59
3.1 實際微結(jié)構(gòu)光纖特性快速分析模型 59
3.1.1 分析模型 60
3.1.2 實際光纖結(jié)構(gòu)重建 60
3.2 基于卡爾曼濾波的微結(jié)構(gòu)光纖圖像去噪和解模糊 64
3.2.1 基于卡爾曼濾波的微結(jié)構(gòu)光纖圖像解模糊方法 65
3.2.2 方法有效性驗證 69
3.2.3 實際微結(jié)構(gòu)光纖橫截面圖像的復(fù)原 71
3.3 基于小波變換和全變差的光纖圖像去噪方法 72
3.3.1 基于小波變換和全變差的去噪理論模型 72
3.3.2 去噪實驗 74
3.4 基于NSCT和壓縮感知的光纖特性評估 76
3.4.1 評估步驟 76
3.4.2 壓縮感知 76
3.4.3 NSCT 78
3.4.4 基于NSCT和壓縮感知的圖像重建 80
3.5 實際光纖特性分析 83
3.5.1 大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖特性分析 83
3.5.2 保偏微結(jié)構(gòu)光纖特性分析 84
3.6 分析模型在光纖制備過程中的應(yīng)用 85
參考文獻 89
第4章 大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖 91
4.1 大模場面積光纖的發(fā)展簡介 91
4.1.1 大模場面積階躍光纖存在的問題 91
4.1.2 大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖的研究進展 93
4.1.3 大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖面臨的挑戰(zhàn) 95
4.2 矩形晶格大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖 97
4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 97
4.2.2 彎曲特性 100
4.2.3 制作測試 103
4.3 三角芯大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖 106
4.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 106
4.3.2 彎曲特性 107
4.3.3 改進型結(jié)構(gòu)設(shè)計 110
4.4 multi-trench大模場面積微結(jié)構(gòu)光纖 113
4.4.1 multi-trench光纖結(jié)構(gòu) 113
4.4.2 新型multi-trench芯結(jié)構(gòu) 115
4.4.3 彎曲特性 117
參考文獻 122
第5章 雙芯微結(jié)構(gòu)光纖及器件 125
5.1 雙芯光纖的模式耦合理論 125
5.1.1 耦合模方程 126
5.1.2 耦合模方程的解 128
5.1.3 耦合系數(shù) 129
5.1.4 耦合特性 130
5.1.5 正規(guī)模式 132
5.2 普通雙芯微結(jié)構(gòu)光纖 134
5.2.1 光纖結(jié)構(gòu)及模式特性 134
5.2.2 模式耦合的偏振依賴性和波長依賴性 136
5.2.3 基于雙芯光纖的定向耦合器 137
5.3 超寬帶偏振不敏感的雙芯微結(jié)構(gòu)光纖耦合器 138
5.3.1 雙芯微結(jié)構(gòu)光纖中寬帶偏振不敏感特性實現(xiàn)機理 139
5.3.2 寬帶偏振不敏感雙芯微結(jié)構(gòu)光纖及耦合器的實現(xiàn)方案 143
5.3.3 改進型寬帶偏振不敏感雙芯微結(jié)構(gòu)光纖及耦合器 148
5.4 超寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖偏振分束器 153
5.4.1 超寬帶雙芯光纖的偏振分束器原理 154
5.4.2 超寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖偏振分束器設(shè)計 155
5.4.3 改進型超寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖偏振分束器 160
5.5 雙芯微結(jié)構(gòu)光纖及其在多參量傳感器中的應(yīng)用 166
5.5.1 雙芯微結(jié)構(gòu)光纖的設(shè)計及制作 166
5.5.2 實際光纖的特性分析 167
5.5.3 基于雙芯微結(jié)構(gòu)光纖的多參量傳感器 169
參考文獻 177
第6章 側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖及其應(yīng)用 179
6.1 側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的設(shè)計與制作 179
6.1.1 光纖結(jié)構(gòu)與特性參數(shù) 179
6.1.2 光纖制作及特性分析 181
6.1.3 光纖特性的測試 183
6.2 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器 185
6.2.1 扭轉(zhuǎn)傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 186
6.2.2 扭轉(zhuǎn)傳感測量 187
6.3 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的彎曲曲率光纖傳感器 189
6.3.1 彎曲曲率傳感器結(jié)構(gòu)及測量原理 190
6.3.2 彎曲曲率測量 191
6.4 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的多參量光纖傳感器 194
6.4.1 多參量光纖傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 194
6.4.2 多參量傳感 195
6.5 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的可開關(guān)多波長光纖激光器 198
6.5.1 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的Mach-Zehnder干涉型濾波器 198
6.5.2 基于側(cè)漏微結(jié)構(gòu)光纖的可開關(guān)多波長光纖激光器 199
參考文獻 204
第7章 空芯微結(jié)構(gòu)光纖 206
7.1 空芯微結(jié)構(gòu)光纖簡介 206
7.1.1 空芯光子帶隙光纖 206
7.1.2 空芯布拉格光纖 208
7.1.3 空芯反諧振式微結(jié)構(gòu)光纖 209
7.2 空芯光子帶隙光纖的損耗特性 210
7.2.1 損耗來源 210
7.2.2 表面散射損耗 211
7.2.3 包層結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 212
7.2.4 纖芯結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 215
7.3 空芯光子帶隙光纖的色散特性 217
7.3.1 色散特性 218
7.3.2 色散測量方法 219
7.3.3 干涉法色散測量系統(tǒng) 221
7.3.4 基模色散測量 224
7.3.5 高階模色散測量 226
參考文獻 227
第8章 太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖 229
8.1 微結(jié)構(gòu)太赫茲波導(dǎo)的發(fā)展 229
8.1.1 金屬結(jié)構(gòu)太赫茲波導(dǎo) 229
8.1.2 實芯太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖 230
8.1.3 空芯太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖 232
8.2 太赫茲常用聚合物材料特性 234
8.2.1 實驗測量系統(tǒng) 235
8.2.2 測量原理及測試結(jié)果 235
8.3 管狀包層太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖 237
8.3.1 基本結(jié)構(gòu)與特性 237
8.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對光纖性能的影響 240
8.3.3 低損耗柔性太赫茲光纖設(shè)計與性能分析 242
8.4 空芯高雙折射太赫茲光纖 249
8.5 太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖在成像系統(tǒng)中的應(yīng)用 251
8.5.1 反射式THz-TDS系統(tǒng) 251
8.5.2 偽色彩區(qū)間定義 253
8.5.3 移動成像實驗及結(jié)果 253
8.5.4 偽色彩成像系統(tǒng)分辨率 255
參考文獻 256
第9章 基于材料填充的微結(jié)構(gòu)光纖及其器件 258
9.1 修飾材料及其光學特性 258
9.1.1 向列相液晶 259
9.1.2 磁流體 260
9.1.3 金屬材料 260
9.2 微結(jié)構(gòu)光纖的材料填充方法 262
9.2.1 完全填充法 263
9.2.2 部分選擇填充法 263
9.2.3 完全選擇填充法 265
9.2.4 鍍膜法 267
9.3 液體材料填充微結(jié)構(gòu)光纖光子器件 268
9.3.1 基于模式耦合理論的溫度傳感器 268
9.3.2 基于Sagnac干涉理論的溫度傳感器 270
9.3.3 基于液晶填充的偏振分束器 272
9.3.4 基于磁流體填充的磁場傳感器 274
9.4 金屬材料填充微結(jié)構(gòu)光纖光子器件 276
9.4.1 基于金薄膜涂覆的窄帶偏振濾波器 276
9.4.2 基于金薄膜涂覆的超寬帶偏振濾波器 278
9.4.3 基于金薄膜涂覆的折射率傳感器 280
9.4.4 基于鋁金屬絲填充的偏振濾波器 282
參考文獻 285
索引 287