微结构光纤设计、制备及应用

目录
《信息科学技术学术著作丛书》序
前言
第1章 微结构光纤基础 1
1.1 微结构光纤的提出与发展 1
1.2 导光机理 3
1.2.1 全内反射导光 3
1.2.2 光子带隙导光 3
1.2.3 限制耦合导光 4
1.3 特性及应用 6
1.3.1 实芯微结构光纤 6
1.3.2 空芯微结构光纤 9
1.4 损耗机制 14
1.4.1 固有损耗 14
1.4.2 限制损耗 15
1.4.3 弯曲损耗 16
1.5 制备方法 18
1.5.1 超声波打孔法 18
1.5.2 管束堆积法 19
1.5.3 挤压法 20
1.5.4 铸造法 20
1.5.5 溶胶-凝胶法 21
1.5.6 卷烟法 22
参考文献 23
第2章 微结构光纤设计与制备理论 26
2.1 有限元法 26
2.1.1 基本原理 26
2.1.2 边界条件选取 29
2.2 光束传播法 33
2.2.1 全矢量波动方程 33
2.2.2 有限差分法 34
2.2.3 边界条件 35
2.2.4 光束传播法应用实例 36
2.3 毛细管的制备理论 38
2.3.1 数学模型 39
2.3.2 模型参数化 40
2.3.3 制备及结构参数的影响 43
2.3.4 实验验证 46
2.4 微结构光纤的制备理论 48
2.4.1 制备理论 49
2.4.2 参数初始化 51
2.4.3 工艺参数之间的协调控制 52
2.4.4 工艺参数对光纤结构的控制 54
参考文献 56
第3章 实际微结构光纤特性快速分析模型及应用 59
3.1 实际微结构光纤特性快速分析模型 59
3.1.1 分析模型 60
3.1.2 实际光纤结构重建 60
3.2 基于卡尔曼滤波的微结构光纤图像去噪和解模糊 64
3.2.1 基于卡尔曼滤波的微结构光纤图像解模糊方法 65
3.2.2 方法有效性验证 69
3.2.3 实际微结构光纤横截面图像的复原 71
3.3 基于小波变换和全变差的光纤图像去噪方法 72
3.3.1 基于小波变换和全变差的去噪理论模型 72
3.3.2 去噪实验 74
3.4 基于NSCT和压缩感知的光纤特性评估 76
3.4.1 评估步骤 76
3.4.2 压缩感知 76
3.4.3 NSCT 78
3.4.4 基于NSCT和压缩感知的图像重建 80
3.5 实际光纤特性分析 83
3.5.1 大模场面积微结构光纤特性分析 83
3.5.2 保偏微结构光纤特性分析 84
3.6 分析模型在光纤制备过程中的应用 85
参考文献 89
第4章 大模场面积微结构光纤 91
4.1 大模场面积光纤的发展简介 91
4.1.1 大模场面积阶跃光纤存在的问题 91
4.1.2 大模场面积微结构光纤的研究进展 93
4.1.3 大模场面积微结构光纤面临的挑战 95
4.2 矩形晶格大模场面积微结构光纤 97
4.2.1 结构设计 97
4.2.2 弯曲特性 100
4.2.3 制作测试 103
4.3 三角芯大模场面积微结构光纤 106
4.3.1 结构设计 106
4.3.2 弯曲特性 107
4.3.3 改进型结构设计 110
4.4 multi-trench大模场面积微结构光纤 113
4.4.1 multi-trench光纤结构 113
4.4.2 新型multi-trench芯结构 115
4.4.3 弯曲特性 117
参考文献 122
第5章 双芯微结构光纤及器件 125
5.1 双芯光纤的模式耦合理论 125
5.1.1 耦合模方程 126
5.1.2 耦合模方程的解 128
5.1.3 耦合系数 129
5.1.4 耦合特性 130
5.1.5 正规模式 132
5.2 普通双芯微结构光纤 134
5.2.1 光纤结构及模式特性 134
5.2.2 模式耦合的偏振依赖性和波长依赖性 136
5.2.3 基于双芯光纤的定向耦合器 137
5.3 超宽带偏振不敏感的双芯微结构光纤耦合器 138
5.3.1 双芯微结构光纤中宽带偏振不敏感特性实现机理 139
5.3.2 宽带偏振不敏感双芯微结构光纤及耦合器的实现方案 143
5.3.3 改进型宽带偏振不敏感双芯微结构光纤及耦合器 148
5.4 超宽带双芯微结构光纤偏振分束器 153
5.4.1 超宽带双芯光纤的偏振分束器原理 154
5.4.2 超宽带双芯微结构光纤偏振分束器设计 155
5.4.3 改进型超宽带双芯微结构光纤偏振分束器 160
5.5 双芯微结构光纤及其在多参量传感器中的应用 166
5.5.1 双芯微结构光纤的设计及制作 166
5.5.2 实际光纤的特性分析 167
5.5.3 基于双芯微结构光纤的多参量传感器 169
参考文献 177
第6章 侧漏微结构光纤及其应用 179
6.1 侧漏微结构光纤的设计与制作 179
6.1.1 光纤结构与特性参数 179
6.1.2 光纤制作及特性分析 181
6.1.3 光纤特性的测试 183
6.2 基于侧漏微结构光纤的光纤扭转传感器 185
6.2.1 扭转传感器的结构及工作原理 186
6.2.2 扭转传感测量 187
6.3 基于侧漏微结构光纤的弯曲曲率光纤传感器 189
6.3.1 弯曲曲率传感器结构及测量原理 190
6.3.2 弯曲曲率测量 191
6.4 基于侧漏微结构光纤的多参量光纤传感器 194
6.4.1 多参量光纤传感器的结构及工作原理 194
6.4.2 多参量传感 195
6.5 基于侧漏微结构光纤的可开关多波长光纤激光器 198
6.5.1 基于侧漏微结构光纤的Mach-Zehnder干涉型滤波器 198
6.5.2 基于侧漏微结构光纤的可开关多波长光纤激光器 199
参考文献 204
第7章 空芯微结构光纤 206
7.1 空芯微结构光纤简介 206
7.1.1 空芯光子带隙光纤 206
7.1.2 空芯布拉格光纤 208
7.1.3 空芯反谐振式微结构光纤 209
7.2 空芯光子带隙光纤的损耗特性 210
7.2.1 损耗来源 210
7.2.2 表面散射损耗 211
7.2.3 包层结构参数的影响 212
7.2.4 纤芯结构参数的影响 215
7.3 空芯光子带隙光纤的色散特性 217
7.3.1 色散特性 218
7.3.2 色散测量方法 219
7.3.3 干涉法色散测量系统 221
7.3.4 基模色散测量 224
7.3.5 高阶模色散测量 226
参考文献 227
第8章 太赫兹微结构光纤 229
8.1 微结构太赫兹波导的发展 229
8.1.1 金属结构太赫兹波导 229
8.1.2 实芯太赫兹微结构光纤 230
8.1.3 空芯太赫兹微结构光纤 232
8.2 太赫兹常用聚合物材料特性 234
8.2.1 实验测量系统 235
8.2.2 测量原理及测试结果 235
8.3 管状包层太赫兹微结构光纤 237
8.3.1 基本结构与特性 237
8.3.2 结构参数对光纤性能的影响 240
8.3.3 低损耗柔性太赫兹光纤设计与性能分析 242
8.4 空芯高双折射太赫兹光纤 249
8.5 太赫兹微结构光纤在成像系统中的应用 251
8.5.1 反射式THz-TDS系统 251
8.5.2 伪色彩区间定义 253
8.5.3 移动成像实验及结果 253
8.5.4 伪色彩成像系统分辨率 255
参考文献 256
第9章 基于材料填充的微结构光纤及其器件 258
9.1 修饰材料及其光学特性 258
9.1.1 向列相液晶 259
9.1.2 磁流体 260
9.1.3 金属材料 260
9.2 微结构光纤的材料填充方法 262
9.2.1 完全填充法 263
9.2.2 部分选择填充法 263
9.2.3 完全选择填充法 265
9.2.4 镀膜法 267
9.3 液体材料填充微结构光纤光子器件 268
9.3.1 基于模式耦合理论的温度传感器 268
9.3.2 基于Sagnac干涉理论的温度传感器 270
9.3.3 基于液晶填充的偏振分束器 272
9.3.4 基于磁流体填充的磁场传感器 274
9.4 金属材料填充微结构光纤光子器件 276
9.4.1 基于金薄膜涂覆的窄带偏振滤波器 276
9.4.2 基于金薄膜涂覆的超宽带偏振滤波器 278
9.4.3 基于金薄膜涂覆的折射率传感器 280
9.4.4 基于铝金属丝填充的偏振滤波器 282
参考文献 285
索引 287