光子晶体光纤在传感中的应用PPT课件
空心光子晶体光纤在气体检测中的应用研究
空心光子晶体光纤在气体检测中的应用研究
空心光子晶体光纤（HC-PCF）是一种新型的光传输介质，具有其独特的光学性质和广
泛的应用前景。
它的结构由典型的光子晶体和空心亚孔道组成，不同于传统的光纤，它的
传输媒介是空气，这使得它在气体检测领域有着独特的优势。
空心光子晶体光纤的应用研究十分广泛，其中在气体检测领域的应用已经成为研究热点。
空心光子晶体光纤在气体检测中的主要应用可以归纳为以下几个方面：
1. 气体传感
空心光子晶体光纤的结构具有很高的传感灵敏度，可以作为气体传感器使用。
当特定
气体进入其空腔道时，会发生气体分子与中心芯线的相互作用，导致光的传输特性发生改变。
这种变化可以通过识别和量化光信号的准确变化来实现高灵敏度传感。
2. 气体检测
空心光子晶体光纤由于具有大气密度的空腔，可以直接检测周围的气体分子。
因此，
在实际工业应用中可以利用空心光子晶体光纤进行气体检测，比如空气中的甲醛、雾霾等
有害气体的检测。
3. 气体成分分析
利用气体与中心芯线的相互作用，可以实现空心光子晶体光纤对气体成分的定量分析。
通过分析不同成分的光学响应，可以获得气体成分、浓度和分布等相关信息。
4. 温度和湿度测量
空心光子晶体光纤的传感特性不仅可用于气体检测，还可以用于测量环境中的温度和
湿度等一系列参数，并且具有极高的灵敏度和准确度。
总之，空心光子晶体光纤在气体检测领域的应用前景非常广泛，并且在相关领域得到
了越来越多的关注。
未来，空心光子晶体光纤技术有望成为一个实用、高效的气体检测工具，为工业生产和环境保护等领域带来更多优势。
光子晶体光纤在传感中的应用PPT课件
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感技术
激光束经起偏器和 波片后变为圆偏振 光，对传感用高折射单模光纤的两个正交偏 振态均匀激励。由于其相移不同，输出光的 合成偏振态可在左旋圆偏振光、45o线偏振光、 右旋圆偏振光、135o线偏振光之间变化。若 输出端只检测45o线偏振分量，则输出光强为：
式中 是受外界因素影响而发生的相位变化。
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感技术
光纤传感技术的优点：
一、光纤工作频带宽，动态范围大，灵敏度高，由 于传输的信息载体是光，光信号载频高，频带宽 ，光器件己较成熟，所以己研制成功的光纤传感 器分辨率大部分优于其他同类传感器。
二、在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或被 测场的加载，是一种优良的敏感元件：光纤是一 种优良的低损耗传输线， 适合于遥测遥控，因此 不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置；特别 适合于带电传感器不太适于的地方，可以与光纤 遥测技术相配合实现远距离测量与控制。
光子晶体光纤传感技术
三、光纤是无源器件，对被测对象不产生影 响，光纤材料有很好的电绝缘性，同时易 为各种光探测器件接收，可方便地进行光 电或电光转换，易与高度发展的现代电子 装置和计算机相匹配。
四、其自身独立性好，可适应各种使用环境。 光纤体小质轻，易弯曲，抗电磁干扰、抗 辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空 间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下 使用。
光子晶体光纤传感技术
Mach-Zehnder光纤干涉仪有一个重要的 缺点，由于利用双臂干涉，因此外界因素对 参考臂的扰动常常会引起很大的干扰，甚至 破坏仪器的正常工作。为克服这一缺点，可 利用单根高双折射单模光纤中的两正交偏振 模在外界因素影响下相移的不同进行传感。 下图是利用这种办法构成的光纤温度传感器 的原理图，这是一种光纤偏振干涉仪。
光子晶体光纤 空心光纤
光子晶体光纤空心光纤
光子晶体光纤是一种新型的光纤传输介质，其内部的光子晶体结构能够有效地控制光的传输和传播，提供了更高的传输速率和更低的传输损耗。
空心光纤是另一种特殊的光纤结构，与传统的实心光纤相比，其内部存在空气或真空的空腔，使光能够在空腔内传输，从而减少了光的传播损耗。
光子晶体光纤和空心光纤都具有独特的优势和应用领域。
光子晶体光纤的光子晶体结构可以通过改变晶格常数或填充材料来调控光的传输特性，从而实现对光的波长、偏振和模式等参数的控制。
这使得光子晶体光纤在光通信、光传感和光波导等领域具有广阔的应用前景。
空心光纤的空腔结构使得光能够在空气或真空中传输，减少了光与固体材料之间的相互作用，从而大大降低了传输损耗。
此外，空气或真空的介质使得光在空腔中的传播速度更快，进一步提高了传输效率。
因此，空心光纤在高功率激光传输、光纤传感和气体检测等领域有着广泛的应用。
光子晶体光纤和空心光纤的结合将会进一步扩展光纤传输的应用领域。
通过在空心光纤内部填充光子晶体结构，可以实现对光的更精细的控制和调控。
这种结合将使光纤传输在光通信、光传感和激光
加工等领域发挥更大的作用。
光子晶体光纤和空心光纤作为两种新型的光纤传输介质，分别具有独特的优势和应用领域。
它们的结合将会进一步推动光纤技术的发展，为光通信、光传感和光波导等领域提供更加高效和可靠的解决方案。
《光子晶体》课件
2 光刻技术
利用光刻技术在材料上 制造微细结构，形成光 子晶体的周期性结构。
3 多晶体堆叠
将多个具有不同周期性 的光子晶体堆叠在一起， 实现更复杂的光子晶体 结构。
光子晶体在光学器件中的应用
光学滤波器
利用光子晶体的能隙特性，制作用于波长选择性滤波的光学器件。
光学波导
将光子晶体结构引导和限制光束的传播路径，实现高效率的光学波导器件。
总结和展望
光子晶体作为一种具有周期性电介质结构的材料，具有广泛的应用前景。未 来，随着技术的进步和研究的深入，光子晶体将在光学领域发挥更重要的作 用。
光子带隙
光子晶体中的周期性结构导致 能隙的出现，使得特定波长的 光波无法传播，从而实现对光 的波长过滤和光学调制。
光束限制
光子晶体可以通过调整结构和 原材料的属性，使光束在特定 方向和模式下被限制和引导， 实现光的高度定向传输。
光子晶体的应用领域
1
光子芯片
2
光子晶体可用于制造微型光子芯片，
实现集成光学元件和光电子器件，为
电子芯片提供高速和低能耗的替代方
3
案。
光通信
光子晶体可用于制造光纤耦合器、波 分复用器、光开关等器件，提高光通 信的带宽和传输速率。
光传感器
光子晶体可用于制造高灵敏度光传感 器，用于环境监测、光学成像和生物 医学应用。
光子晶体的制备方法
1 自组装
通过控制材料的自组装 过程，制备具有周期性 结构的光子晶体。
激光器
通过在光子晶体材料中引入激光介质，制造高质量和高效率的激光器。
光子晶体的未来发展趋势
1
Hale Waihona Puke 超材料结合结合光子晶体与其他类似光学材料如金属和二维材料，构筑功能更强大的光学器 件。
光子晶体的制备及其在能量传输中的应用
光子晶体的制备及其在能量传输中的应用光子晶体是一种类似于晶体的结构材料，具有周期性电介质常数分布的特点。
其制备原理基于周期性结构造成的电介质常数分布，由于其特殊的物理特性，在各个领域得到了广泛的研究和应用。
本文将从光子晶体的制备方法、物理特性、在能量传输中的应用等方面加以阐述。
一、光子晶体的制备方法目前，制备光子晶体的方法主要有两种，一种是结构自组装法，另一种是微加工法。
结构自组装法是通过自然现象或化学反应的自组装过程将介质材料形成规则的周期性结构，这种制备方法有较高的制备效率和较低的成本，但是对材料性质的控制较为困难。
微加工法则是利用现代微纳加工技术，将介质材料加工成一定的形状和尺寸，然后将它们组装到成周期性结构，这种制备方法对于材料的性质控制更加精准。
但是，微加工法的制备成本较高，制备效率较低。
二、光子晶体的物理特性光子晶体的物理特性主要包括全反射和禁带带隙。
由于光子晶体中电介质常数分布呈周期性分布，光子晶体中光的传播受到波长和晶体周期的影响，当光子晶体中的晶体周期与光的波长相同或相近时，光在晶体中将发生全反射现象。
这种全反射现象使得光子晶体在光控制、传感、光通信等领域得到了广泛的应用。
此外，当光子晶体中的晶体周期满足某种条件时，晶体将形成禁带带隙（photonic band gap），即在某一波长区间内光的传播被完全禁止，这种带隙可以用于能量传输的控制。
三、光子晶体在能量传输中的应用光子晶体的带隙特性可以用于光纤的保护。
光纤在传输光信号时会受到外界的干扰，如果干扰信号具有与光信号相同的频率，干扰将会扰乱光信号的传输。
通过在光纤表面制备一层具有周期性折射率分布的光子晶体，可以形成一个类似于带隙的腔，禁止干扰信号的传输。
另外，光子晶体的带隙特性还可用于光能量传输的控制。
光子晶体中“光窗”的传递尺寸可控制在几个波长的尺度范围内，避免光的能量损失和漏失。
通过利用光子晶体的带隙特性，可以将光的能量在复杂的系统中优化传输，而且保持能量传输的高效性。
光子晶体技术的研究与应用
光子晶体技术的研究与应用1. 引言光子晶体技术是一种基于周期性微纳米结构的光学材料的研究领域。
光子晶体具有优异的光学特性，如光子禁带、高散射效应和负折射率等，对于实现光传输、信息处理和传感等领域具有重要的应用潜力。
本文将探讨光子晶体技术的研究进展以及其在通信、能源和生物医学领域的应用。
2. 光子晶体的基础理论2.1 光子晶体的光学特性光子晶体的禁带特性是其最重要的特点之一。
由于周期性结构的存在，光子晶体可以形成光子禁带，导致特定波长范围内的光无法传播。
此外，光子晶体还具有高散射特性，可抑制波导中的损失和信号衰减，保证光的传输质量。
2.2 光子晶体的制备方法目前光子晶体的制备方法主要包括自组装、纳米加工和拓扑结构构建等。
自组装方法利用表面张力和静电力实现微粒的自组装，制备周期性结构。
纳米加工方法则通过利用电子束、激光或离子束等手段对材料进行精细加工，形成所需的结构。
拓扑结构构建方法则通过设计微晶格结构的拓扑，实现光子晶体的制备。
3. 光子晶体技术在通信领域的应用3.1 光子晶体光纤光子晶体光纤是一种基于光子晶体技术的新型光传输介质。
相比于传统光纤，光子晶体光纤具有更低的衰减、更大的带宽和更高的色散控制能力。
这使得光子晶体光纤在光通信领域具有广泛的应用前景。
3.2 光子晶体反射镜光子晶体反射镜是一种利用光子晶体禁带特性制备的高效反射镜。
光子晶体反射镜具有窄的反射带宽和高反射效率，使得其在光通信系统中具有重要的应用。
光子晶体反射镜可以用于滤波器、增加光纤连接效率和光波导设备等。
4. 光子晶体技术在能源领域的应用4.1 光子晶体太阳能电池光子晶体技术可以应用于太阳能电池的改进。
通过调节光子晶体材料的结构和禁带特性，可以实现对太阳光的高效吸收和光子限域效应，提高太阳能电池的转换效率。
4.2 光子晶体发光二极管光子晶体发光二极管是一种利用光子晶体结构优势制备的高效发光器件。
光子晶体结构可以调控发光二极管的发光特性，使得其在照明和显示领域具有广泛的应用前景。
光子晶体光纤在传感中的应用概要PPT共41页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
光子晶体光纤在传感中的应用概要 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
光子晶体光纤的原理及应用ppt
谢谢！
周期结构
晶格常数 服从方程
原子
Å 量级 薛定谔方程
微结构
波长量级 Maxwell方程
波函数
分布
标量波
费米子
矢量波
玻色子
光子晶体光纤
发展历史
1987年提出光子能带的概念 1992年提出光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)的概念 1996年研制出第一根PCF 2000年第一家PCF公司成立 近年来光子晶体研究中比较热门的一个方向
光子晶体光纤－结构
solid core holey cladding forms
effective
low-index material
表征PCF结构特点和性能的3个特征参数：纤芯直径，包层 空气孔直径及空气孔间距。 由于PCF的空气孔排列和大小 有很大的控制余地，可以根据需要设计其光传输特性。
光子晶体光纤－分类
光子晶体光纤的原理及应用
提纲
基本原理
特性及应用 商业化
前景展望
光子晶体
光子晶体是在光学尺度上具有周期性介电结构 的人工设计和制造的晶体，周期结构形成光子 带隙（Photonic Bandgap，PBG ），实现控制 光子运动的目的，被成为光信息时代的“半导 体”。
光子晶体
晶体 光子晶体
特性及应用
高双折射
只需要破坏PCF剖面圆对称性，就 可以形成很强的双折射。
与传统保偏光纤(PMF)相比:
高双折射 单模工作范围大 温度稳定性好 ……
应用：
PMD补偿 单偏振单模光纤 孔中填充液晶等材料实现可方向移动，够在波长低于 1.3μm获得反常色散，同时保持单模。
《光子晶体光纤》课件
• Xu, F., Wei, L., Chen, N., Farahi, F., & Xiao, Y. (2018). Advances in passive and active photonic crystal fibers. Science Bulletin, 63(10), 621-636.
2 光子晶体光纤的发展趋势
光子晶体光纤的发展趋势包括提高光纤性能、拓展应用领域和实现大规模制备。
3 光子晶体光纤的意义和价值
光子晶体光纤作为一种新型的光纤传输介质，具有重要的科学研究和实际应用价值。
参考文献
• Wu, W., & Xiao, Y. (2014). Photon crystal fibers: Fundamentals and applications. Wiley Online Library.
光子晶体光纤的制备
1
光子晶体光纤的制备过程
2
制备光子晶体光纤的过程包括原料准备、 Nhomakorabea预制光纤棒材、拉丝成型和表面处理等。
3
光子晶体光纤的制备方法
光子晶体光纤的制备方法多种多样，包 括传统拉制法、气相沉积法和化学气相 沉积法等。
光子晶体光纤的制备条件及其优 化
制备光子晶体光纤需要控制多种条件， 如温度、压力和光纤棒材的组分等，以 获得理想的光传输性能。
《光子晶体光纤》PPT课 件
《光纤传感器 》课件
拉丝工艺
将光纤预制棒加热软化后 ，通过拉丝机拉制成连续 的光纤。
涂覆与保护
在拉制出的光纤表面涂覆 一层保护涂层，以提高光 纤的机械强度和耐腐蚀性 。
光纤传感器的封装工艺
光纤光栅封装
光纤传感器的密封与保护
将光纤光栅粘贴在特定的封装基底上 ，并使用环氧树脂等材料进行固定和 保护。
光纤传感器的应用领域。
光纤传感器的小型化与集成化
总结词
光纤传感器正朝着小型化与集成化的方向发展，以满 足现代科技领域对传感器尺寸和集成度的要求。
详细描述
随着微纳加工技术和光子集成技术的不断发展，光纤 传感器的小型化与集成化成为可能。小型化的光纤传 感器具有更小的体积和更高的可靠性，集成化的光纤 传感器则能够实现多个传感功能的集成，提高系统的 集成度和智能化程度。
光纤传感器的优点与局限性
优点
高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可 在恶劣环境下工作、可远程测量等。
局限性
对温度、压力、位移等物理量的测量 可能会受到其他因素的干扰，如弯曲 、振动等；同时，光纤传感器成本较 高，限制了其在某些领域的应用。
03
CHAPTER
光纤传感器的制造工艺
光纤的制备
01
02
03
预制棒制备
光纤传感器
目录
CONTENTS
• 光纤传感器概述 • 光纤传感器的技术原理 • 光纤传感器的制造工艺 • 光纤传感器在各领域的应用 • 光纤传感器的发展趋势与挑战 • 案例分析：光纤传感器在石油工业中的应用
01
CHAPTER
光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检 测和测量物理量（如温度、压力、位移等）的变化。
光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展
光子晶体应用于化学及生物传感器的研究进展段廷蕊 李海华 孟子晖3 刘烽 都明君(北京理工大学化工环境学院 北京 100081)摘 要 光子晶体是由两种以上具有不同折光指数的材料在空间按照一定的周期顺序排列所形成的有序结构材料,它具有尺度为光波长量级的重复结构单元,通过对这些结构单元的合理设计,可以调控光子晶体的光学性质。
近年来,光子晶体不仅在药物释放、光学开关、金属探针领域取得了广泛的应用,也为化学及生物传感器领域提供了新的检测原理和手段。
本文概述了光子晶体的制备方法及近年来该技术在化学及生物传感器领域中的应用研究。
关键词 光子晶体 水凝胶 化学传感器 生物传感器 分子识别Application of Photonic Crystals in Chemical and Bio2sensorsDuan T ingrui,Li Haihua,Meng Z ihui3,Liu Feng,Du Mingjun(School of Chemical&Environmental Engineering,Beijing Institute of T echnology,Beijing100081)Abstract Photonic crystals are periodical materials which are made by periodically arrangement of m ore than tw o materials with different reflective index.Photonic crystals have periodical and repeated unit structure with nanometer scale,and its optical properties can be tuned by reas onably designing of the structure units.Photonic crystals have been applied notonly in clinical diagnosis,drug delivery,optical s witches,ion probe,but als o in biosens ors and chemical sens ors.Here thepreparation methods and applications in sens ors field of photonic crystals are summarized.K eyw ords Photonic crystals,Hydrogel,Chemical sens or,Biosens ors,M olecular recognition1 光子晶体的概念及其结构特性 光子晶体(photonic crystals)是1987年Y ablonovitch和John等在研究自辐射和光子局域化时分别提出的。
光子学技术在光学智能传感领域的应用案例
光子学技术在光学智能传感领域的应用案例光子学技术作为一门交叉学科，将光学、电子学、信息科学等多个学科相结合，为各个领域带来了巨大的创新和进步。
在光学智能传感领域，光子学技术的应用可谓是举足轻重。
本文将介绍几个光子学技术在光学智能传感领域的应用案例，从中可以看到光子学技术对传感领域的重要贡献。
第一个案例是光子学技术在光纤传感领域的应用。
光纤传感是一种基于光纤的传感技术，利用光纤的特殊结构和光学特性来实现对周围环境的测量与监测。
光子学技术在光纤传感领域的应用主要体现在传感器的开发和优化上。
例如，光子晶体光纤传感器利用光子晶体结构的特殊性质，可以实现对温度、压力、湿度等物理量的高精度测量，具有灵敏度高、响应速度快等优点。
另外，光纤光偏振传感器则可以实现对光强和光偏振等参数的测量，广泛应用于光纤通信、光学显微镜等领域。
第二个案例是光子学技术在光学成像领域的应用。
光学成像是一种利用光学原理获取目标物体图像的技术，广泛应用于医学影像、航空测绘、安防监控等领域。
光子学技术为光学成像的发展提供了强大的支持。
例如，光学相干断层扫描（OCT）技术利用光的干涉原理，可以实现对目标物体的高分辨率成像，广泛应用于眼科、心血管病学等领域。
另外，基于光子晶体的超透镜技术可以实现对小尺寸目标的全息投影成像，具有成像速度快、分辨率高等特点。
第三个案例是光子学技术在光谱分析领域的应用。
光谱分析是一种通过对物质与光的相互作用来获取物质的结构和性质信息的技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
光子学技术为光谱分析提供了更高的灵敏度和分辨率。
例如，拉曼光谱技术利用光与物质的振动相互作用，可以实现对物质的快速、非损伤性的分析，广泛应用于化学品鉴定、生物医学等领域。
另外，基于光纤光谱仪的光谱分析技术可以实现对目标区域的高精度光谱测量，具有成本低、体积小等优点。
综上所述，光子学技术在光学智能传感领域的应用案例举足轻重，对现代科技的发展起到了重要的推动和支持作用。
光子晶体光纤在传感中的应用共41页PPT
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走
光子晶体光纤滤波器在通信系统中的应用
光子晶体光纤滤波器在通信系统中的应用光子晶体光纤滤波器是一种利用光子晶体结构实现光波长选择性传输的光纤器件。
它在通信系统中起到了重要的作用，可以提高系统的传输质量和性能。
本文将详细介绍光子晶体光纤滤波器在通信系统中的应用。
首先，光子晶体光纤滤波器具有优异的波长选择性能。
光子晶体光纤的核心结构具有比常规光纤更高的折射率，通过精确设计光子晶体结构，可以实现在特定波长范围内的光波长选择性传输，同时过滤掉其他频率的光信号。
这种特性使得光子晶体光纤滤波器在光通信中具有重要的应用价值。
其次，光子晶体光纤滤波器可以用于波分复用（WDM）光纤通信系统中。
在WDM系统中，多个不同波长的光信号可以通过一个光纤同时传输，这样大大提高了通信系统的传输容量。
然而，由于不同波长的光信号之间可能存在互相干扰的问题，需要利用滤波器将其进行分离。
光子晶体光纤滤波器可以根据波长选择性地过滤掉其他波长的光信号，从而实现有效的波长分离，提高系统的传输质量。
光子晶体光纤滤波器还可以应用于光互连系统中。
在高速通信系统中，由于光信号的传输速率较高，传统的滤波器在捕获和处理高速光信号时会出现困难。
而光子晶体光纤滤波器由于其小尺寸、高速度和波长选择性能，可以实现对高速光信号的准确滤波。
这对于光互连系统中的信号处理和数据传输非常重要，提高了系统的可靠性和稳定性。
此外，光子晶体光纤滤波器还可以用于光传感器和光传感系统中。
光传感器是一种将光信号转化为电信号的装置，广泛应用于环境监测、生物医学和安全检测等领域。
光子晶体光纤滤波器通过选择性过滤光信号波长，可以实现对特定光信号的检测和测量。
光传感器系统中的光子晶体光纤滤波器可以提高传感器的灵敏度和选择性，增强光信号的检测性能。
最后，光子晶体光纤滤波器还可以应用于光纤激光器和光纤放大器中。
光子晶体光纤滤波器通过选择性地过滤掉特定波长的光信号，可以实现对光纤激光器和光纤放大器中的光信号的调控和优化。
这对于提高激光器和放大器的效率和性能非常重要，同时也可以降低系统的噪声和失真。
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光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感技术
激光束经起偏器和 波片后变为圆偏振 光，对传感用高折射单模光纤的两个正交偏 振态均匀激励。由于其相移不同，输出光的 合成偏振态可在左旋圆偏振光、45o线偏振光、 右旋圆偏振光、135o线偏振光之间变化。若 输出端只检测45o线偏振分量，则输出光强为：
光子晶体光纤简介
PBG-PCF
这类光纤是由晶格常数为光波长量 级的二维光子晶体构成的，即规则排 列着空气孔的硅光纤阵列构成光纤的 包层，光纤的核心是由一个破坏了包 层结构周期性的缺陷构成，缺陷一般 是空气孔，对于核心为空气孔的情况 ，通过作为包层的二维光子晶体的布 拉格衍射，一定波长的光被俘获在作 为核心的空气孔中，对于这种结构的 光子晶体光纤，导光机制不可能是全 内反射，因为没有任何一种固体材料 的折射率低于空气的折射率，它与传 统光纤中的全内反射传导光的原理不 同，是通过光子带隙导光的。
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感器
一、作为特殊条件下的传导媒质 二、作为感应元件
光子晶体光纤传感技术
作为特殊条件下的传导媒质
比如在核应用场合作为普通光纤传感器 件的传导媒质。事实上，由于PBG光纤中 信号的传播不是通过材料本身，而是中间 的“带隙”，因此材料被核辐射感应而生的暗 化现象将有所减轻，核辐射对光子晶体光 纤的影响将远比普通光纤小。此外，还可 以通过对PBG光纤的几何形状或者材料的 设计，将传感系统中分光镜对应的波长加 以引导、传播，同时可以屏蔽掉其他杂质 光波的影响（比如辐射感应发光等）。
光子晶体光纤传感技术
荧光型PCF传感器
荧光光纤传感器以光纤为传导介质， 对荧光信号进行传输，再通过检测器对荧 光信号进行检测，它可以实现对样品的定 量分析。普通光纤由于受到纤芯尺寸和接 收角的限制，在荧光收集方面效果不够理 想，检测灵敏度低，而采用光子晶体光纤 能够很好地解决这些问题。
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤
ห้องสมุดไป่ตู้
光子晶体光纤(PhotonicCrystal Fiber简称PCF) 又叫微结构光纤。根据导光原理的不同，PCF可 分为两种：一种为全内反射光子晶体(TIR-PCF)， 它依赖全内反射效应(TIR)导光，纤芯折射率比包 层的有效折射率高，纤芯中光束将按照全内反射 原理进行传输；另一种为光子带隙光子晶体光纤 (PBG-PCF)，它按照光子带隙效应(PBG)光．即光 纤包层结构对一定频率范围内的光于存在带隙效 应，光束只能在纤芯中传导，它对包层中空气孔 排列的周期性要求非常严格。
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感技术
光纤传感技术的优点：
一、光纤工作频带宽，动态范围大，灵敏度高，由 于传输的信息载体是光，光信号载频高，频带宽 ，光器件己较成熟，所以己研制成功的光纤传感 器分辨率大部分优于其他同类传感器。
二、在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或被 测场的加载，是一种优良的敏感元件：光纤是一 种优良的低损耗传输线， 适合于遥测遥控，因此 不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置；特别 适合于带电传感器不太适于的地方，可以与光纤 遥测技术相配合实现远距离测量与控制。
光子晶体光纤的截面可以根据不同需 要进行灵活设计。为了增大对荧光信号的 吸收面积，在荧光收集方面可以使用双包 层结构的光子晶体光纤，这样增加了荧光 的吸收面积和接收角，提高了传感器的灵 敏度。这是一种结构非常简单的非接触式 检测法，可以广泛应用在生物、医药、化 学反应和环境监测等方面。
光子晶体光纤传感技术
光子晶体光纤传感技术
三、光纤是无源器件，对被测对象不产生影 响，光纤材料有很好的电绝缘性，同时易 为各种光探测器件接收，可方便地进行光 电或电光转换，易与高度发展的现代电子 装置和计算机相匹配。
四、其自身独立性好，可适应各种使用环境。 光纤体小质轻，易弯曲，抗电磁干扰、抗 辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空 间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下 使用。
光子晶体光纤简介
TIR-PCF
全内反射光子晶体光纤在二氧 化硅基质上沿轴向周期性分布 着空气孔，光纤中心是一个空 气扎缺失形成的缺陷，这些气 孔和缺陷的尺寸都在光波长量 级。光纤中心的缺陷区域充当 纤芯，外围的周期气孔排列相 当于包层。这种PCF的导光机制 同普通的阶跃型光纤类似，缺 陷区域同周围周期性区域存在 有效折射差，引起全反射，从 而使光可以在缺陷中传播。
在实际应用上，目前在国外很多桥梁、大 坝及输油管道等上以及在国内的重庆，上 海，深圳等城市的桥梁及结构上都已开始 应用。
随着各种新技术、新材料的出现，新的光 纤传感原理、传感技术也不断涌现。光子 晶体光纤由于其高双折射、光子带隙等独 特的性能表现，给光纤传感技术带来了一 场新的革命。
光子晶体光纤简介
作为感应元件
• 干涉型PCF传感器 • 吸收型PCF传感器 • PCFG传感器
光子晶体光纤传感技术
干涉型PCF传感器
干涉型光纤传感器基于传统的光学干涉 原理，常用的有Mach-Zehnder干涉仪、 Sagnac光纤干涉仪及光纤环形腔干涉仪等 结构。为了获得好的干涉效应，干涉型光 纤传感器需要使用单模光纤，而且最好使 用高双折射的单模光纤。光子晶体光纤可 以通过结构设计来获得高双折射特性，同 时这类光纤还有较低的压力敏感性。
光子晶体光纤传感技术
Mach-Zehnder光纤干涉仪有一个重要的 缺点，由于利用双臂干涉，因此外界因素对 参考臂的扰动常常会引起很大的干扰，甚至 破坏仪器的正常工作。为克服这一缺点，可 利用单根高双折射单模光纤中的两正交偏振 模在外界因素影响下相移的不同进行传感。 下图是利用这种办法构成的光纤温度传感器 的原理图，这是一种光纤偏振干涉仪。
光子晶体光纤在传感中的应用
简介
光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光 信号的传输和传感媒质，根据被测物理量 的变化对光信号的某一性质进行调制，并 检测出来被测物理量变化的测量方法。自 从光纤传感器问世以来，由于其相对于普 通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁 干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损 耗小、传输容量大、测量范围广等优点得 到了广泛的应用。