微結(jié)構(gòu)波導及器件的設計與應用

第1章 微結(jié)構(gòu)波導器件介紹001
1.1　基本概念001
1.1.1　集成光波導001
1.1.2　光纖波導002
1.1.3　光子晶體波導003
1.2　典型的傳導機理005
1.2.1　全內(nèi)反射型導光機理005
1.2.2　空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導傳輸機理005
1.3　常見的波導制備方法011
1.3.1　薄膜沉積011
1.3.2　摻雜原子置換012
1.3.3　外延生長013
1.3.4　減少載流子濃度技術(shù)015
1.3.5　微結(jié)構(gòu)平板波導制備方法015
1.3.6　微結(jié)構(gòu)光纖波導制備方法016
參考文獻019

第2章 微結(jié)構(gòu)波導分析方法及參數(shù)研究024
2.1　微結(jié)構(gòu)波導分析方法024
2.1.1　有效折射率模型025
2.1.2　平面波展開法025
2.1.3　時域有限差分法025
2.1.4　有限元法027
2.1.5　光束傳輸法029
2.1.6　其他分析方法034
2.2　微結(jié)構(gòu)波導傳輸特性分析035
2.2.1　折射率035
2.2.2　雙折射特性035
2.2.3　有效模場面積036
2.2.4　損耗037
2.2.5　功率比038
2.2.6　色散039
2.2.7　彎曲特性044
2.3　常見的波導耦合方式045
2.3.1　棱鏡耦合器046
2.3.2　光柵耦合器047
2.3.3　楔形波導耦合器049
2.3.4　其他耦合方法及器件050
參考文獻054

第3章 多纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導及傳感應用057
3.1　多纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導研究進展057
3.2　七纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導模式分析063
3.2.1　耦合模理論064
3.2.2　雙纖芯定向耦合波導066
3.2.3　折射率引導型七纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導的超模分布070
3.2.4　同相位超模的選取072
3.3　18 纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體波導光纖模式分析074
3.4　基于多纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖激光器的內(nèi)腔傳感研究077
3.4.1　實驗平臺的搭建078
3.4.2　光纖激光器近場觀察裝置080
3.4.3　基于18 纖芯光子晶體光纖激光器的多方向彎曲傳感研究081
參考文獻086

第4章 太赫茲波導材料介紹及研究089
4.1　引言089
4.2　常見太赫茲波導材料091
4.2.1　高阻抗浮區(qū)本征硅材料（High Resistivity Float Zone Silicon，HRFZ-Si） 091
4.2.2　石英晶體（Crystal Quartz） 092
4.2.3　藍寶石（Sapphire） 093
4.2.4　硫系玻璃（Chalcogenide Glasses） 094
4.2.5　聚合物材料096
4.3　硒化鎘（CdSe）晶體中紅外及太赫茲波特性研究100
4.3.1　硒化鎘晶體的光學性質(zhì)100
4.3.2　硒化鎘晶體的聲子譜計算102
4.3.3　硒化鎘晶體太赫茲時域光譜的測量與結(jié)果討論104
4.3.4　硒化鎘晶體遠紅外傅里葉光譜的測量與結(jié)果討論108
4.3.5　硒化鎘晶體拉曼特性的研究112
4.4　鎘鍺砷（CdGeAs2）晶體中紅外及太赫茲波特性研究114
4.4.1　鎘鍺砷晶體的光學性質(zhì)114
4.4.2　鎘鍺砷晶體的聲子譜計算115
4.4.3　鎘鍺砷晶體太赫茲時域光譜的測量與結(jié)果討論117
4.4.4　鎘鍺砷晶體拉曼特性的測量118
4.5　硒化鎘晶體8～12μm 差頻器件制備參數(shù)研究120
4.6　鎘鍺砷晶體8～12μm 光學參量振蕩器件制備參數(shù)研究122
參考文獻126

第5章 空芯波導特性分析及其在激光器領域的應用130
5.1　空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導研究簡介131
5.1.1　研究進展131
5.1.2　空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導的應用132
5.2　基于對稱花瓣型的太赫茲微結(jié)構(gòu)波導研究141
5.2.1　波導結(jié)構(gòu)設計142
5.2.2　仿真結(jié)果與討論143
5.3　基于空芯波導的太赫茲氣體激光器研究150
5.3.1　微結(jié)構(gòu)光纖波導在太赫茲波產(chǎn)生領域的應用152
5.3.2　光泵浦甲醇氣體產(chǎn)生太赫茲波的基本原理154
5.3.3　太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖波導設計及傳輸分析159
參考文獻164

第6章 負曲率微結(jié)構(gòu)光纖波導傳輸特性分析174
6.1　負曲率微結(jié)構(gòu)光纖波導簡介174
6.1.1　研究現(xiàn)狀174
6.1.2　理論模型175
6.2　寬帶低損耗單模負曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導傳輸特性的研究178
6.2.1　波導的結(jié)構(gòu)設計179
6.2.2　仿真與結(jié)果179
6.3　包層管壁厚度對太赫茲負曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導的影響研究186
6.3.1　波導結(jié)構(gòu)設計186
6.3.2　結(jié)果研究與分析187
6.4　嵌套包層負曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導設計190
6.4.1　波導的結(jié)構(gòu)與設計190
6.4.2　結(jié)果與討論191
6.4.3　結(jié)構(gòu)優(yōu)化193
6.5　太赫茲微結(jié)構(gòu)雙負曲率空芯光纖波導設計及研究199
6.5.1　光纖波導結(jié)構(gòu)設計199
6.5.2　結(jié)果與討論200
6.5.3　結(jié)構(gòu)優(yōu)化205
參考文獻209

第7章 微結(jié)構(gòu)波導雙折射偏振特性研究215
7.1　微結(jié)構(gòu)偏振空芯波導介紹216
7.1.1　幾何結(jié)構(gòu)雙折射方法探索-纖芯光子帶隙光纖波導216
7.1.2　形狀雙折射方法探索-橢圓纖芯空芯反諧振光纖波導218
7.2　基于嵌套包層結(jié)構(gòu)雙負曲率太赫茲波導的雙折射特性研究220
7.2.1　光纖結(jié)構(gòu)與設計220
7.2.2　結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇221
7.2.3　結(jié)果與討論225
參考文獻231

第8章 基于微結(jié)構(gòu)波導的傳感研究235
8.1　基于微環(huán)諧振腔波導的高靈敏度傳感器235
8.1.1　微環(huán)諧振腔的基本結(jié)構(gòu)及模型理論238
8.1.2　微環(huán)諧振腔傳感器的工作原理及模型仿真240
8.1.3　結(jié)果和討論241
8.2　基于向日葵型圓形光子晶體的高靈敏度太赫茲折射率傳感器244
8.2.1　模型和理論研究246
8.2.2　研究結(jié)果及討論248
8.3　基于介質(zhì)光柵波導耦合的太赫茲人工表面等離子體傳感器250
8.3.1　太赫茲人工表面等離子體技術(shù)研究進展250
8.3.2　傳感器結(jié)構(gòu)和原理254
8.3.3　結(jié)果與討論255
8.4　基于長周期光纖光柵波導的傳感研究261
8.4.1　長周期光纖光柵傳感應用研究263
8.4.2　不同混凝土模擬環(huán)境下長周期光纖光柵傳感器封裝設計和實驗研究268
參考文獻271

第9章 基于微結(jié)構(gòu)波導的功能器件研究279
9.1　支持多軌道角動量模式的負曲率光纖波導設計279
9.1.1　軌道角動量光纖波導研究進展279
9.1.2　光纖結(jié)構(gòu)與設計280
9.1.3　軌道角動量負曲率光纖波導工作特性研究282
9.2　光控可調(diào)諧光子晶體濾波器289
9.2.1　研究進展289
9.2.2　偶氮苯和液晶概述293
9.2.3　結(jié)構(gòu)設計和工作原理297
9.2.4　窄帶濾波器的透射特性298
參考文獻302