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第1章 微结构光纤基础1

1.1 微结构光纤的提出与发展1

1.2 导光机理3

1.2.1 全内反射导光3

1.2.2 光子带隙导光3

1.2.3 限制耦合导光4

1.3 特性及应用6

1.3.1 实芯微结构光纤6

1.3.2 空芯微结构光纤9

1.4 损耗机制14

1.4.1 固有损耗14

1.4.2 限制损耗15

1.4.3 弯曲损耗16

1.5 制备方法18

1.5.1 超声波打孔法18

1.5.2 管束堆积法19

1.5.3 挤压法20

1.5.4 铸造法20

1.5.5 溶胶－凝胶法21

1.5.6 卷烟法22

参考文献23

第2章 微结构光纤设计与制备理论26

2.1 有限元法26

2.1.1 基本原理26

2.1.2 边界条件选取29

2.2 光束传播法33

2.2.1 全矢量波动方程33

2.2.2 有限差分法34

2.2.3 边界条件35

2.2.4 光束传播法应用实例36

2.3 毛细管的制备理论38

2.3.1 数学模型39

2.3.2 模型参数化40

2.3.3 制备及结构参数的影响43

2.3.4 实验验证46

2.4 微结构光纤的制备理论48

2.4.1 制备理论49

2.4.2 参数初始化51

2.4.3 工艺参数之间的协调控制52

2.4.4 工艺参数对光纤结构的控制54

参考文献56

第3章 实际微结构光纤特性快速分析模型及应用59

3.1 实际微结构光纤特性快速分析模型59

3.1.1 分析模型60

3.1.2 实际光纤结构重建60

3.2 基于卡尔曼滤波的微结构光纤图像去噪和解模糊64

3.2.1 基于卡尔曼滤波的微结构光纤图像解模糊方法65

3.2.2 方法有效性验证69

3.2.3 实际微结构光纤横截面图像的复原71

3.3 基于小波变换和全变差的光纤图像去噪方法72

3.3.1 基于小波变换和全变差的去噪理论模型72

3.3.2 去噪实验74

3.4 基于NSCT和压缩感知的光纤特性评估76

3.4.1 评估步骤76

3.4.2 压缩感知76

3.4.3 NSCT78

3.4.4 基于NSCT和压缩感知的图像重建80

3.5 实际光纤特性分析83

3.5.1 大模场面积微结构光纤特性分析83

3.5.2 保偏微结构光纤特性分析84

3.6 分析模型在光纤制备过程中的应用85

参考文献89

第4章 大模场面积微结构光纤91

4.1 大模场面积光纤的发展简介91

4.1.1 大模场面积阶跃光纤存在的问题91

4.1.2 大模场面积微结构光纤的研究进展93

4.1.3 大模场面积微结构光纤面临的挑战95

4.2 矩形晶格大模场面积微结构光纤97

4.2.1 结构设计97

4.2.2 弯曲特性100

4.2.3 制作测试103

4.3 三角芯大模场面积微结构光纤106

4.3.1 结构设计106

4.3.2 弯曲特性107

4.3.3 改进型结构设计110

4.4 multi－trench大模场面积微结构光纤113

4.4.1 multi－trench光纤结构113

4.4.2 新型multi－trench芯结构115

4.4.3 弯曲特性117

参考文献122

第5章 双芯微结构光纤及器件125

5.1 双芯光纤的模式耦合理论125

5.1.1 耦合模方程126

5.1.2 耦合模方程的解128

5.1.3 耦合系数129

5.1.4 耦合特性130

5.1.5 正规模式132

5.2 普通双芯微结构光纤134

5.2.1 光纤结构及模式特性134

5.2.2 模式耦合的偏振依赖性和波长依赖性136

5.2.3 基于双芯光纤的定向耦合器137

5.3 超宽带偏振不敏感的双芯微结构光纤耦合器138

5.3.1 双芯微结构光纤中宽带偏振不敏感特性实现机理139

5.3.2 宽带偏振不敏感双芯微结构光纤及耦合器的实现方案143

5.3.3 改进型宽带偏振不敏感双芯微结构光纤及耦合器148

5.4 超宽带双芯微结构光纤偏振分束器153

5.4.1 超宽带双芯光纤的偏振分束器原理154

5.4.2 超宽带双芯微结构光纤偏振分束器设计155

5.4.3 改进型超宽带双芯微结构光纤偏振分束器160

5.5 双芯微结构光纤及其在多参量传感器中的应用166

5.5.1 双芯微结构光纤的设计及制作166

5.5.2 实际光纤的特性分析167

5.5.3 基于双芯微结构光纤的多参量传感器169

参考文献177

第6章 侧漏微结构光纤及其应用179

6.1 侧漏微结构光纤的设计与制作179

6.1.1 光纤结构与特性参数179

6.1.2 光纤制作及特性分析181

6.1.3 光纤特性的测试183

6.2 基于侧漏微结构光纤的光纤扭转传感器185

6.2.1 扭转传感器的结构及工作原理186

6.2.2 扭转传感测量187

6.3 基于侧漏微结构光纤的弯曲曲率光纤传感器189

6.3.1 弯曲曲率传感器结构及测量原理190

6.3.2 弯曲曲率测量191

6.4 基于侧漏微结构光纤的多参量光纤传感器194

6.4.1 多参量光纤传感器的结构及工作原理194

6.4.2 多参量传感195

6.5 基于侧漏微结构光纤的可开关多波长光纤激光器198

6.5.1 基于侧漏微结构光纤的Mach－Zehnder干涉型滤波器198

6.5.2 基于侧漏微结构光纤的可开关多波长光纤激光器199

参考文献204

第7章 空芯微结构光纤206

7.1 空芯微结构光纤简介206

7.1.1 空芯光子带隙光纤206

7.1.2 空芯布拉格光纤208

7.1.3 空芯反谐振式微结构光纤209

7.2 空芯光子带隙光纤的损耗特性210

7.2.1 损耗来源210

7.2.2 表面散射损耗211

7.2.3 包层结构参数的影响212

7.2.4 纤芯结构参数的影响215

7.3 空芯光子带隙光纤的色散特性217

7.3.1 色散特性218

7.3.2 色散测量方法219

7.3.3 干涉法色散测量系统221

7.3.4 基模色散测量224

7.3.5 高阶模色散测量226

参考文献227

第8章 太赫兹微结构光纤229

8.1 微结构太赫兹波导的发展229

8.1.1 金属结构太赫兹波导229

8.1.2 实芯太赫兹微结构光纤230

8.1.3 空芯太赫兹微结构光纤232

8.2 太赫兹常用聚合物材料特性234

8.2.1 实验测量系统235

8.2.2 测量原理及测试结果235

8.3 管状包层太赫兹微结构光纤237

8.3.1 基本结构与特性237

8.3.2 结构参数对光纤性能的影响240

8.3.3 低损耗柔性太赫兹光纤设计与性能分析242

8.4 空芯高双折射太赫兹光纤249

8.5 太赫兹微结构光纤在成像系统中的应用251

8.5.1 反射式THz－TDS系统251

8.5.2 伪色彩区间定义253

8.5.3 移动成像实验及结果253

8.5.4 伪色彩成像系统分辨率255

参考文献256

第9章 基于材料填充的微结构光纤及其器件258

9.1 修饰材料及其光学特性258

9.1.1 向列相液晶259

9.1.2 磁流体260

9.1.3 金属材料260

9.2 微结构光纤的材料填充方法262

9.2.1 完全填充法263

9.2.2 部分选择填充法263

9.2.3 完全选择填充法265

9.2.4 镀膜法267

9.3 液体材料填充微结构光纤光子器件268

9.3.1 基于模式耦合理论的温度传感器268

9.3.2 基于Sagnac干涉理论的温度传感器270

9.3.3 基于液晶填充的偏振分束器272

9.3.4 基于磁流体填充的磁场传感器274

9.4 金属材料填充微结构光纤光子器件276

9.4.1 基于金薄膜涂覆的窄带偏振滤波器276

9.4.2 基于金薄膜涂覆的超宽带偏振滤波器278

9.4.3 基于金薄膜涂覆的折射率传感器280

9.4.4 基于铝金属丝填充的偏振滤波器282

参考文献285

索引287