微结构波导及器件的设计与应用

第1章 微结构波导器件介绍001
1.1　基本概念001
1.1.1　集成光波导001
1.1.2　光纤波导002
1.1.3　光子晶体波导003
1.2　典型的传导机理005
1.2.1　全内反射型导光机理005
1.2.2　空芯微结构光纤波导传输机理005
1.3　常见的波导制备方法011
1.3.1　薄膜沉积011
1.3.2　掺杂原子置换012
1.3.3　外延生长013
1.3.4　减少载流子浓度技术015
1.3.5　微结构平板波导制备方法015
1.3.6　微结构光纤波导制备方法016
参考文献019

第2章 微结构波导分析方法及参数研究024
2.1　微结构波导分析方法024
2.1.1　有效折射率模型025
2.1.2　平面波展开法025
2.1.3　时域有限差分法025
2.1.4　有限元法027
2.1.5　光束传输法029
2.1.6　其他分析方法034
2.2　微结构波导传输特性分析035
2.2.1　折射率035
2.2.2　双折射特性035
2.2.3　有效模场面积036
2.2.4　损耗037
2.2.5　功率比038
2.2.6　色散039
2.2.7　弯曲特性044
2.3　常见的波导耦合方式045
2.3.1　棱镜耦合器046
2.3.2　光栅耦合器047
2.3.3　楔形波导耦合器049
2.3.4　其他耦合方法及器件050
参考文献054

第3章 多纤芯微结构光子晶体光纤波导及传感应用057
3.1　多纤芯微结构光子晶体光纤波导研究进展057
3.2　七纤芯微结构光子晶体光纤波导模式分析063
3.2.1　耦合模理论064
3.2.2　双纤芯定向耦合波导066
3.2.3　折射率引导型七纤芯微结构光子晶体光纤波导的超模分布070
3.2.4　同相位超模的选取072
3.3　18 纤芯微结构光子晶体波导光纤模式分析074
3.4　基于多纤芯微结构光子晶体光纤激光器的内腔传感研究077
3.4.1　实验平台的搭建078
3.4.2　光纤激光器近场观察装置080
3.4.3　基于18 纤芯光子晶体光纤激光器的多方向弯曲传感研究081
参考文献086

第4章 太赫兹波导材料介绍及研究089
4.1　引言089
4.2　常见太赫兹波导材料091
4.2.1　高阻抗浮区本征硅材料（High Resistivity Float Zone Silicon，HRFZ-Si） 091
4.2.2　石英晶体（Crystal Quartz） 092
4.2.3　蓝宝石（Sapphire） 093
4.2.4　硫系玻璃（Chalcogenide Glasses） 094
4.2.5　聚合物材料096
4.3　硒化镉（CdSe）晶体中红外及太赫兹波特性研究100
4.3.1　硒化镉晶体的光学性质100
4.3.2　硒化镉晶体的声子谱计算102
4.3.3　硒化镉晶体太赫兹时域光谱的测量与结果讨论104
4.3.4　硒化镉晶体远红外傅里叶光谱的测量与结果讨论108
4.3.5　硒化镉晶体拉曼特性的研究112
4.4　镉锗砷（CdGeAs2）晶体中红外及太赫兹波特性研究114
4.4.1　镉锗砷晶体的光学性质114
4.4.2　镉锗砷晶体的声子谱计算115
4.4.3　镉锗砷晶体太赫兹时域光谱的测量与结果讨论117
4.4.4　镉锗砷晶体拉曼特性的测量118
4.5　硒化镉晶体8～12μm 差频器件制备参数研究120
4.6　镉锗砷晶体8～12μm 光学参量振荡器件制备参数研究122
参考文献126

第5章 空芯波导特性分析及其在激光器领域的应用130
5.1　空芯微结构光纤波导研究简介131
5.1.1　研究进展131
5.1.2　空芯微结构光纤波导的应用132
5.2　基于对称花瓣型的太赫兹微结构波导研究141
5.2.1　波导结构设计142
5.2.2　仿真结果与讨论143
5.3　基于空芯波导的太赫兹气体激光器研究150
5.3.1　微结构光纤波导在太赫兹波产生领域的应用152
5.3.2　光泵浦甲醇气体产生太赫兹波的基本原理154
5.3.3　太赫兹微结构光纤波导设计及传输分析159
参考文献164

第6章 负曲率微结构光纤波导传输特性分析174
6.1　负曲率微结构光纤波导简介174
6.1.1　研究现状174
6.1.2　理论模型175
6.2　宽带低损耗单模负曲率微结构空芯波导传输特性的研究178
6.2.1　波导的结构设计179
6.2.2　仿真与结果179
6.3　包层管壁厚度对太赫兹负曲率微结构空芯波导的影响研究186
6.3.1　波导结构设计186
6.3.2　结果研究与分析187
6.4　嵌套包层负曲率微结构空芯波导设计190
6.4.1　波导的结构与设计190
6.4.2　结果与讨论191
6.4.3　结构优化193
6.5　太赫兹微结构双负曲率空芯光纤波导设计及研究199
6.5.1　光纤波导结构设计199
6.5.2　结果与讨论200
6.5.3　结构优化205
参考文献209

第7章 微结构波导双折射偏振特性研究215
7.1　微结构偏振空芯波导介绍216
7.1.1　几何结构双折射方法探索-纤芯光子带隙光纤波导216
7.1.2　形状双折射方法探索-椭圆纤芯空芯反谐振光纤波导218
7.2　基于嵌套包层结构双负曲率太赫兹波导的双折射特性研究220
7.2.1　光纤结构与设计220
7.2.2　结构参数选择221
7.2.3　结果与讨论225
参考文献231

第8章 基于微结构波导的传感研究235
8.1　基于微环谐振腔波导的高灵敏度传感器235
8.1.1　微环谐振腔的基本结构及模型理论238
8.1.2　微环谐振腔传感器的工作原理及模型仿真240
8.1.3　结果和讨论241
8.2　基于向日葵型圆形光子晶体的高灵敏度太赫兹折射率传感器244
8.2.1　模型和理论研究246
8.2.2　研究结果及讨论248
8.3　基于介质光栅波导耦合的太赫兹人工表面等离子体传感器250
8.3.1　太赫兹人工表面等离子体技术研究进展250
8.3.2　传感器结构和原理254
8.3.3　结果与讨论255
8.4　基于长周期光纤光栅波导的传感研究261
8.4.1　长周期光纤光栅传感应用研究263
8.4.2　不同混凝土模拟环境下长周期光纤光栅传感器封装设计和实验研究268
参考文献271

第9章 基于微结构波导的功能器件研究279
9.1　支持多轨道角动量模式的负曲率光纤波导设计279
9.1.1　轨道角动量光纤波导研究进展279
9.1.2　光纤结构与设计280
9.1.3　轨道角动量负曲率光纤波导工作特性研究282
9.2　光控可调谐光子晶体滤波器289
9.2.1　研究进展289
9.2.2　偶氮苯和液晶概述293
9.2.3　结构设计和工作原理297
9.2.4　窄带滤波器的透射特性298
参考文献302