基于液晶填充的光子晶体光纤传感器的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengwei129
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光子晶体光纤(Photonic crystal fiber,PCF)由于包层周期性或随机性分布的波长量级空气孔的存在,而显现出传统光纤无法比拟的优越性。在光子晶体光纤中填充敏感性材料可以改变并控制光子晶体光纤的传输特性,并且得到不同类型和特性的光子晶体光纤传感器。填充式PCF表现出来的优越性使其有望研制出新一代的光纤器件,逐渐成为研究热点。液晶(Liquid crystal,LC)是一种对温度场、电磁场很敏感的特殊物质,所以被作为填充到PCF中的敏感材料。两者的结合得到液晶光子晶体光纤(Photonic liquid crystal fiber,PLCF)。首先通过软件仿真和实验从选择性填充液晶和全填充液晶两个方面研究PLCF的传输特性。选择性填充中主要研究了PCF最内层填充两孔的不同位置和填充不同孔数的传输特性。PCF最内层填充相邻、间隔、对称两孔LC时,其拥有灵活的零点色散位置,并且色散数量级稳定在10-4。三种PLCF的限制损耗都很小,对称两孔的PLCF双折射最大。随着在PCF最内层填充LC孔数的增加,PLCF的导光机制发生了改变。全填式主要是在PCF包层的空气孔中填充三种不同折射率的LC材料,可以得到带隙光谱。在电控调谐中,填充三种不同折射率和介电常数液晶的PLCF有不同的光谱。总体都是光强衰减,并且产生了消光现象。三种光谱的谱形基本没有变化,但是出现了红移现象,对于电压的变化表现了很好的稳定性。提出了一种制作干涉型PLCF传感器的方法,研究了不同PCF填充结构与填充不同LC的长度对于干涉谱的影响。研究最内层填充一孔、两孔和不填LC孔的三种结构的干涉特性,通过频谱分析得到两孔LC填充的PLCF传感器比一孔的干涉峰值多。并且进行了温度传感性的研究,一孔填充的PLCF传感器最大温度敏感性达到-1.213nm/oC,并且发生了蓝移现象。然后深入研究了填充两孔结构的PLCF传感器的传输特性和温度调谐特性,可以知道随着填充液晶长度的增加,干涉谱的光子带隙现象越来越明显。四种光谱随着温度升高都产生了蓝移现象,并且可以得到最大和最小的温度敏感性达到-1.5924nm/oC和-0.1452nm/oC。优异的温度调谐特性与稳定的光谱为温度传感器的设计提供了良好的借鉴作用。
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