熔融拉锥形微结构光纤传感器的设计开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

微结构光纤狭义上指光子晶体光纤(photonic crystal fiber，pcf)，即在石英光纤中沿轴向周期排列着波长量级的空气孔。根据传光原理不同，现有的光子晶体光纤大致可分为两类:一类是基于全内反射(total internal reflection)原理的光子晶体光纤(tir-pcf)，又被称为折射率引导型光子晶体光纤(index-guiding pcf);另一类是基于光子带隙(photonic band gap)原理的光子晶体光纤(pbg-pcf)，又被称为带隙引导型光子晶体光纤( band-guiding pcf)。由于pcf是由单一无掺杂的石英材质制成，而且空气孔的尺寸和排布的可设计性强，因此具备很多传统光纤不具备的性质，比如无截止单模传输"、双芯传输、色散可调、大/小模场尺寸、低损耗、高非线性系数和双折射等等。正因为光子晶体光纤具备这些特殊的属性，因此被广泛应用于色散控制、非线性光学、多芯光纤、有源光纤器件和光纤传感等领域。

现在，除了光子晶体光纤，人们把在普通光纤上制作出微纳米结构，或者在微纳米光纤上制作微结构的光纤，都称为微结构光纤。因而，微结构光纤传感器指用现代先进技术，比如微机械加工或者微操作的方法，在普通光纤上制作出微米级尺度结构的光纤传感器，以及在微光纤(如拉锥光纤)上制作处微结构的光纤传感器。微结构光纤传感器结构灵活多样,通过适当的设计可以得到各种所需要的光学特性。随着研究的深入，各种各样的新奇微结构光纤传感器不断出现。微结构光纤传感器的应用研究也日渐丰富，逐渐延伸到光谱学、非线性光学、生物医学等科技领域。

干涉型微结构光纤传感器一般通过单根光纤的不同光路或传播常数不同的两束光之间的干涉效应进行传感。光在传输过程中，由于有效折射率、路径长度、传播常数等发生变化而引起相位差的变动，从而导致整个干涉波形发生变化。通过对干涉信号的强度、相位、波峰或者波谷的检测可实现应变、压力、温度、超声波、电流、折射率、ph值等物理化学及生物传感量的监测。

2. 研究的基本内容和问题

本文设计并制作了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉型微结构传感器，是将一小段光子晶体光纤熔接在两根标准单模光纤中并分别对两处熔接点进行拉锥所构成的基于马赫-曾德尔干涉原理的传感器，该光纤传感器的结构简单，呈SMF-PCF-SMF结构，将仿真与实验相结合进行传感器折射率和温度传感特性的研究。利用FDTD Solutions光学仿真软件对其进行3D建模。还研究了其温度传感特性，仿真得出传感器在不同温度下的透射光谱，计算得出双锥形马赫-曾德尔微结构光纤传感器的折射率灵敏度和温度灵敏度。

3. 研究的方法与方案

本课题将先采用fdtd solution仿真软件进行模拟仿真，再进行实验制备出实物。

步骤：

1.建立仿真所需的双锥型马赫-曾德尔干涉型微结构光纤传感器物理模型。

4. 研究创新点

[1]倪小琦. 熔融拉锥型微结构光纤传感器的制备及应用研究[d].南京师范大学,2019:24-27 54-62.

[2]李国安. 基于电热式熔融拉锥方法制作光纤传感器[d].哈尔滨工程大学,2019:1-5.

[3]王菲. 基于光子晶体光纤的双锥形马赫-增德尔干涉仪及其传感特性研究[d].南京信息工程大学,2020:10-30.

5. 研究计划与进展

2021.2下达任务书

2021.3查阅相关资料，熟悉基本理论，完成英文翻译，完成开题报告

2021.4熟悉模拟计算工具，完成模拟计算，得出模拟结果