微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)及器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究是電磁學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在電磁波傳輸、傳感和通信等方面發(fā)揮著重要的作用。本書介紹了微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)（主要包括集成光波導(dǎo)、光纖波導(dǎo)以及光子晶體波導(dǎo)等）的傳導(dǎo)機(jī)理及制備方式，系統(tǒng)地介紹了微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)分析方法及傳輸特性，重點(diǎn)介紹了各種新型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化，以及相關(guān)微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)在傳輸、激光器、傳感、通信及濾波等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
本書可作為相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生課程的教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域科研和工程技術(shù)人員的重要參考書。
第1章 微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)器件介紹001
1.1 基本概念001
1.1.1 集成光波導(dǎo)001
1.1.2 光纖波導(dǎo)002
1.1.3 光子晶體波導(dǎo)003
1.2 典型的傳導(dǎo)機(jī)理005
1.2.1 全內(nèi)反射型導(dǎo)光機(jī)理005
1.2.2 空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)傳輸機(jī)理005
1.3 常見的波導(dǎo)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(dǎo)制備方法015
1.3.6 微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)制備方法016
參考文獻(xiàn)019
第2章 微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)分析方法及參數(shù)研究024
2.1 微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)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(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)耦合器049
2.3.4 其他耦合方法及器件050
參考文獻(xiàn)054
第3章 多纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導(dǎo)及傳感應(yīng)用057
3.1 多纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導(dǎo)研究進(jìn)展057
3.2 七纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導(dǎo)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(dǎo)066
3.2.3 折射率引導(dǎo)型七纖芯微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖波導(dǎo)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(xiàn)086
第4章 太赫茲波導(dǎo)材料介紹及研究089
4.1 引言089
4.2 常見太赫茲波導(dǎo)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(lán)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(xué)性質(zhì)100
4.3.2 硒化鎘晶體的聲子譜計(jì)算102
4.3.3 硒化鎘晶體太赫茲時(shí)域光譜的測量與結(jié)果討論104
4.3.4 硒化鎘晶體遠(yuǎn)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(xué)性質(zhì)114
4.4.2 鎘鍺砷晶體的聲子譜計(jì)算115
4.4.3 鎘鍺砷晶體太赫茲時(shí)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(xué)參量振蕩器件制備參數(shù)研究122
參考文獻(xiàn)126
第5章 空芯波導(dǎo)特性分析及其在激光器領(lǐng)域的應(yīng)用130
5.1 空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)研究簡介131
5.1.1 研究進(jìn)展131
5.1.2 空芯微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)的應(yīng)用132
5.2 基于對(duì)稱花瓣型的太赫茲微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)研究141
5.2.1 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)142
5.2.2 仿真結(jié)果與討論143
5.3 基于空芯波導(dǎo)的太赫茲氣體激光器研究150
5.3.1 微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)在太赫茲波產(chǎn)生領(lǐng)域的應(yīng)用152
5.3.2 光泵浦甲醇?xì)怏w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(dǎo)設(shè)計(jì)及傳輸分析159
參考文獻(xiàn)164
第6章 負(fù)曲率微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)傳輸特性分析174
6.1 負(fù)曲率微結(jié)構(gòu)光纖波導(dǎo)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(fù)曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導(dǎo)傳輸特性的研究178
6.2.1 波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)179
6.2.2 仿真與結(jié)果179
6.3 包層管壁厚度對(duì)太赫茲負(fù)曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導(dǎo)的影響研究186
6.3.1 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)186
6.3.2 結(jié)果研究與分析187
6.4 嵌套包層負(fù)曲率微結(jié)構(gòu)空芯波導(dǎo)設(shè)計(jì)190
6.4.1 波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)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(fù)曲率空芯光纖波導(dǎo)設(shè)計(jì)及研究199
6.5.1 光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiàn)209
第7章 微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)雙折射偏振特性研究215
7.1 微結(jié)構(gòu)偏振空芯波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)218
7.2 基于嵌套包層結(jié)構(gòu)雙負(fù)曲率太赫茲波導(dǎo)的雙折射特性研究220
7.2.1 光纖結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)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(xiàn)231
第8章 基于微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的傳感研究235
8.1 基于微環(huán)諧振腔波導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)的傳感研究261
8.4.1 長周期光纖光柵傳感應(yīng)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(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究268
參考文獻(xiàn)271
第9章 基于微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的功能器件研究279
9.1 支持多軌道角動(dòng)量模式的負(fù)曲率光纖波導(dǎo)設(shè)計(jì)279
9.1.1 軌道角動(dòng)量光纖波導(dǎo)研究進(jìn)展279
9.1.2 光纖結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)280
9.1.3 軌道角動(dòng)量負(fù)曲率光纖波導(dǎo)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(jìn)展289
9.2.2 偶氮苯和液晶概述293
9.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理297
9.2.4 窄帶濾波器的透射特性298
參考文獻(xiàn)302
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