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随着社会经济的快速发展,各大动力工厂及矿业部门肆意排放有毒害气体,对人类生命安全造成严重的威胁。所以及时的对气体排放进行有效监控,对于一个国家的环境、经济、安全都有着极其重要的作用。传统电化学类气体传感器存在灵敏度低、损耗大、安全性低等缺点。相比之下,基于光子晶体光纤的气体传感器具有高灵敏度、低损耗、结构多变、易构成网络等优势。另外,利用多孔结构的光子晶体光纤作为传感器的气室可以方便地为气体检测提供理想场所,这有效的克服了传统光纤传感器灵敏度低、易折损等缺点。这些因素,推动着光子晶体光纤应用的研究,使其逐渐成为了光纤光学领域的重要研究课题。目前已经有了很多类型的光子晶体光纤结构的气体传感器,但是其传感性能还有较大的提升空间。为了进一步提高光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,简称PCF)气体传感器的传感性能,本文设计了一款基于六边形孔PCF结构的气体传感器,对该结构的传感性能做了详细研究,并与基于圆孔结构的PCF气体传感器做了对比分析。主要研究内容包括如下几个方面:1.简单介绍了本课题的研究意义和价值,及PCF在气体传感器应用方向上的发展现状。2.介绍了光子晶体(Photonic Crystal,简称PC)和PCF的相关理论基础,包括基本概念及分类、导光原理、光学特性和数值计算方法等。详细介绍了本文用到的有限元分析方法的思想和主要过程。阐述了光子晶体光纤气体传感器相比传统气体传感器的优势,突出了本文研究的重要价值。3.基于圆孔结构的PCF气体传感器,设计出了六边形孔PCF结构。利用CAD制图软件,给出了六边形孔结构的理论模型,并在几何上解释了六边形孔对比圆孔PCF的优势。对光子晶体光纤的数值计算的主要步骤进行简单介绍。利用基于有限元法的COMSOL软件,对该结构的光学特性和气体传感性能进行数值计算,并分析其各个参数对其影响。优化六边形孔的结构参数,并与圆孔结构进行对比分析。结果表明,本文设计的六边形孔光纤结构比传统的圆孔结构具有更高的灵敏度和更低的限制损耗。