微結構光纖，以其卓越的結構設計自由度突破了傳統(tǒng)光纖的許多局限，它的出現(xiàn)為光纖技術創(chuàng)新研究帶來了一次重大變革。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，各種新型微結構光纖及器件不斷涌現(xiàn)，制備材料已從石英，拓展到軟玻璃及聚合物材料，工作波段也從通信波段，向紫外、近紅外、中紅外及太赫茲波段發(fā)展，特有的微孔結構也為填充修飾及新型光纖器件的開發(fā)提供了廣闊的創(chuàng)新空間，為通信、傳感、航空航天和國防軍工等領域關鍵瓶頸問題的突破提供了新的機遇。微結構光纖設計、制備及應用，已成為光纖研究領域的重要發(fā)展方向。
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目錄
《信息科學技術學術著作叢書》序
前言
第1章 微結構光纖基礎 1
1.1 微結構光纖的提出與發(fā)展 1
1.2 導光機理 3
1.2.1 全內反射導光 3
1.2.2 光子帶隙導光 3
1.2.3 限制耦合導光 4
1.3 特性及應用 6
1.3.1 實芯微結構光纖 6
1.3.2 空芯微結構光纖 9
1.4 損耗機制 14
1.4.1 固有損耗 14
1.4.2 限制損耗 15
1.4.3 彎曲損耗 16
1.5 制備方法 18
1.5.1 超聲波打孔法 18
1.5.2 管束堆積法 19
1.5.3 擠壓法 20
1.5.4 鑄造法 20
1.5.5 溶膠-凝膠法 21
1.5.6 卷煙法 22
參考文獻 23
第2章 微結構光纖設計與制備理論 26
2.1 有限元法 26
2.1.1 基本原理 26
2.1.2 邊界條件選取 29
2.2 光束傳播法 33
2.2.1 全矢量波動方程 33
2.2.2 有限差分法 34
2.2.3 邊界條件 35
2.2.4 光束傳播法應用實例 36
2.3 毛細管的制備理論 38
2.3.1 數(shù)學模型 39
2.3.2 模型參數(shù)化 40
2.3.3 制備及結構參數(shù)的影響 43
2.3.4 實驗驗證 46
2.4 微結構光纖的制備理論 48
2.4.1 制備理論 49
2.4.2 參數(shù)初始化 51
2.4.3 工藝參數(shù)之間的協(xié)調控制 52
2.4.4 工藝參數(shù)對光纖結構的控制 54
參考文獻 56
第3章 實際微結構光纖特性快速分析模型及應用 59
3.1 實際微結構光纖特性快速分析模型 59
3.1.1 分析模型 60
3.1.2 實際光纖結構重建 60
3.2 基于卡爾曼濾波的微結構光纖圖像去噪和解模糊 64
3.2.1 基于卡爾曼濾波的微結構光纖圖像解模糊方法 65
3.2.2 方法有效性驗證 69
3.2.3 實際微結構光纖橫截面圖像的復原 71
3.3 基于小波變換和全變差的光纖圖像去噪方法 72
3.3.1 基于小波變換和全變差的去噪理論模型 72
3.3.2 去噪實驗 74
3.4 基于NSCT和壓縮感知的光纖特性評估 76
3.4.1 評估步驟 76
3.4.2 壓縮感知 76
3.4.3 NSCT 78
3.4.4 基于NSCT和壓縮感知的圖像重建 80
3.5 實際光纖特性分析 83
3.5.1 大模場面積微結構光纖特性分析 83
3.5.2 保偏微結構光纖特性分析 84
3.6 分析模型在光纖制備過程中的應用 85
參考文獻 89
第4章 大模場面積微結構光纖 91
4.1 大模場面積光纖的發(fā)展簡介 91
4.1.1 大模場面積階躍光纖存在的問題 91
4.1.2 大模場面積微結構光纖的研究進展 93
4.1.3 大模場面積微結構光纖面臨的挑戰(zhàn) 95
4.2 矩形晶格大模場面積微結構光纖 97
4.2.1 結構設計 97
4.2.2 彎曲特性 100
4.2.3 制作測試 103
4.3 三角芯大模場面積微結構光纖 106
4.3.1 結構設計 106
4.3.2 彎曲特性 107
4.3.3 改進型結構設計 110
4.4 multi-trench大模場面積微結構光纖 113
4.4.1 multi-trench光纖結構 113
4.4.2 新型multi-trench芯結構 115
4.4.3 彎曲特性 117
參考文獻 122
第5章 雙芯微結構光纖及器件 125
5.1 雙芯光纖的模式耦合理論 125
5.1.1 耦合模方程 126
5.1.2 耦合模方程的解 128
5.1.3 耦合系數(shù) 129
5.1.4 耦合特性 130
5.1.5 正規(guī)模式 132
5.2 普通雙芯微結構光纖 134
5.2.1 光纖結構及模式特性 134
5.2.2 模式耦合的偏振依賴性和波長依賴性 136
5.2.3 基于雙芯光纖的定向耦合器 137
5.3 超寬帶偏振不敏感的雙芯微結構光纖耦合器 138
5.3.1 雙芯微結構光纖中寬帶偏振不敏感特性實現(xiàn)機理 139
5.3.2 寬帶偏振不敏感雙芯微結構光纖及耦合器的實現(xiàn)方案 143
5.3.3 改進型寬帶偏振不敏感雙芯微結構光纖及耦合器 148
5.4 超寬帶雙芯微結構光纖偏振分束器 153
5.4.1 超寬帶雙芯光纖的偏振分束器原理 154
5.4.2 超寬帶雙芯微結構光纖偏振分束器設計 155
5.4.3 改進型超寬帶雙芯微結構光纖偏振分束器 160
5.5 雙芯微結構光纖及其在多參量傳感器中的應用 166
5.5.1 雙芯微結構光纖的設計及制作 166
5.5.2 實際光纖的特性分析 167
5.5.3 基于雙芯微結構光纖的多參量傳感器 169
參考文獻 177
第6章 側漏微結構光纖及其應用 179
6.1 側漏微結構光纖的設計與制作 179
6.1.1 光纖結構與特性參數(shù) 179
6.1.2 光纖制作及特性分析 181
6.1.3 光纖特性的測試 183
6.2 基于側漏微結構光纖的光纖扭轉傳感器 185
6.2.1 扭轉傳感器的結構及工作原理 186
6.2.2 扭轉傳感測量 187
6.3 基于側漏微結構光纖的彎曲曲率光纖傳感器 189
6.3.1 彎曲曲率傳感器結構及測量原理 190
6.3.2 彎曲曲率測量 191
6.4 基于側漏微結構光纖的多參量光纖傳感器 194
6.4.1 多參量光纖傳感器的結構及工作原理 194
6.4.2 多參量傳感 195
6.5 基于側漏微結構光纖的可開關多波長光纖激光器 198
6.5.1 基于側漏微結構光纖的Mach-Zehnder干涉型濾波器 198
6.5.2 基于側漏微結構光纖的可開關多波長光纖激光器 199
參考文獻 204
第7章 空芯微結構光纖 206
7.1 空芯微結構光纖簡介 206
7.1.1 空芯光子帶隙光纖 206
7.1.2 空芯布拉格光纖 208
7.1.3 空芯反諧振式微結構光纖 209
7.2 空芯光子帶隙光纖的損耗特性 210
7.2.1 損耗來源 210
7.2.2 表面散射損耗 211
7.2.3 包層結構參數(shù)的影響 212
7.2.4 纖芯結構參數(shù)的影響 215
7.3 空芯光子帶隙光纖的色散特性 217
7.3.1 色散特性 218
7.3.2 色散測量方法 219
7.3.3 干涉法色散測量系統(tǒng) 221
7.3.4 基模色散測量 224
7.3.5 高階模色散測量 226
參考文獻 227
第8章 太赫茲微結構光纖 229
8.1 微結構太赫茲波導的發(fā)展 229
8.1.1 金屬結構太赫茲波導 229
8.1.2 實芯太赫茲微結構光纖 230
8.1.3 空芯太赫茲微結構光纖 232
8.2 太赫茲常用聚合物材料特性 234
8.2.1 實驗測量系統(tǒng) 235
8.2.2 測量原理及測試結果 235
8.3 管狀包層太赫茲微結構光纖 237
8.3.1 基本結構與特性 237
8.3.2 結構參數(shù)對光纖性能的影響 240
8.3.3 低損耗柔性太赫茲光纖設計與性能分析 242
8.4 空芯高雙折射太赫茲光纖 249
8.5 太赫茲微結構光纖在成像系統(tǒng)中的應用 251
8.5.1 反射式THz-TDS系統(tǒng) 251
8.5.2 偽色彩區(qū)間定義 253
8.5.3 移動成像實驗及結果 253
8.5.4 偽色彩成像系統(tǒng)分辨率 255
參考文獻 256
第9章 基于材料填充的微結構光纖及其器件 258
9.1 修飾材料及其光學特性 258
9.1.1 向列相液晶 259
9.1.2 磁流體 260
9.1.3 金屬材料 260
9.2 微結構光纖的材料填充方法 262
9.2.1 完全填充法 263
9.2.2 部分選擇填充法 263
9.2.3 完全選擇填充法 265
9.2.4 鍍膜法 267
9.3 液體材料填充微結構光纖光子器件 268
9.3.1 基于模式耦合理論的溫度傳感器 268
9.3.2 基于Sagnac干涉理論的溫度傳感器 270
9.3.3 基于液晶填充的偏振分束器 272
9.3.4 基于磁流體填充的磁場傳感器 274
9.4 金屬材料填充微結構光纖光子器件 276
9.4.1 基于金薄膜涂覆的窄帶偏振濾波器 276
9.4.2 基于金薄膜涂覆的超寬帶偏振濾波器 278
9.4.3 基于金薄膜涂覆的折射率傳感器 280
9.4.4 基于鋁金屬絲填充的偏振濾波器 282
參考文獻 285
索引 287
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