该文研究了热双金属带材的兰姆波非线性效应与温度、应力的关系, 建立了非线性超声检测系统, 结合X线衍射(XRD)法确定应力值。将热双金属分别加热到100 ℃、200 ℃和310 ℃,保温1 h后空冷, 对比不同温度对非线性系数的影响, 分析常态和热处理降应力后热双金属的非线性系数和应力值的关系。实验结果表明, 热双金属在常温和经100 ℃、200 ℃加热后的非线性系数基本不变, 而经过310 ℃稳定化热处理降低应力后, 非线性系数明显降低; 验证了热双金属中兰姆波二阶、三阶非线性系数对应力值敏感且随应力增大而增大, 其均可用于表征残余应力状态; 根据应力值与非线性系数的关系得到拟合函数, 并验证了通过拟合函数计算应力的可行性, 这为使用非线性系数评估应力提供了一种参考方法。

为了降低传感器结构复杂度和提高传感器温度灵敏度, 提出一种双侧抛D型、包层为正六边形和正八边形的光子晶体光纤表面等离子共振(SPR)温度传感器, 利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件分别研究了偏振方向、空气孔径、银膜厚度对传感器的性能影响, 找出各项数据的最优值, 并以此为基础对传感器的温度传感特性进行了分析。仿真结果表明: 在x偏振方向模式下, 当包层空气孔d1=1 ?滋m、d2=0.5 ?滋m,金属银膜厚度tAg=35 nm时, 传感器的性能最优, 在0～120 ℃时传感器的温度灵敏度最高可达-7.99 nm/℃。

设计出一种高灵敏度的新型椭圆侧芯光子晶体光纤传感器模型。圆形孔和3种不同大小椭圆孔构成该椭圆侧芯光子晶体光纤空气孔，其中椭圆孔的椭圆率分别为e、e₁、e₂，在椭圆率为e的左侧椭圆孔内涂敷金纳米薄膜。通过有限元分析软件COMSOL对传感器的传感特性进行数值分析。研究发现：表面等离子体共振的共振峰对待测液体折射率的变化有很高的传感灵敏度；光子晶体光纤传感器的灵敏度会随着椭圆率e、e₁以及金纳米薄膜的厚度而变化。折射率在1.40~1.42范围内，传感器灵敏度随着e₁的增大而增大；折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着e₁的增大先减小再增大。当椭圆率e₁=1.2、折射率为1.43时，灵敏度高达31800 nm/RIU（折射率单元）。折射率在1.38~1.43范围内，传感器灵敏度随着椭圆率e的增大而增大，当椭圆率e=2.3时，灵敏度高达33200 nm/RIU。折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着金纳米薄膜厚度的增大而减小，在折射率为1.43、金纳米薄膜厚度为40 nm时，传感器灵敏度高达34600 nm/RIU。

提出了一种新型传感器结构，基于正十六边形光子晶体光纤（PCF）的D型表面等离子体共振（SPR）传感器，实现了折射率（RI）和温度的同时测量，同时实现了较大范围内折射率和温度的动态检测。可以同时实现折射率为1.230~1.355、温度为5~85 ℃的检测。结果显示，折射率在1.330~1.355范围内时，灵敏度为1645.7 nm/RIU；在整个可测范围内最大灵敏度为1497.6 nm/RIU。温度范围在20~60 ℃时，灵敏度最高可达-2.68 nm/℃；在整个可测范围内灵敏度最高可达-3 nm/℃。此结构的优势在于可在较大范围内独立检测RI和温度的同时又能保证相对较高的灵敏度。

研究了正十边形对称结构光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)特性, 分析了不同空气孔层数以及不同占空比对布拉格光栅反射谱的影响。在此基础上,对正十边形光子晶体光纤光栅的传感特性进行了研究。研究表明: 随着温度的增加, 该光纤光栅的反射谱谐振波长明显向长波方向偏移; 随着应力的改变, 光纤光栅的反射谱谐振波长变化趋势不明显。该光栅具有对温度敏感, 对应变不敏感的特点。这种空气孔排列为正十边形对称结构的光子晶体光纤光栅有望应用在光子晶体光纤光栅的传感领域中。

提出了一种复合结构的光子晶体光纤, 采用多极法对其双折射、限制损耗、基模模场以及色散特性进行了数值模拟。研究表明,该光纤在1550nm处可获得1.56×10-2的双折射, 限制损耗为7.31×10-3dB/km, 负色散达-320ps/(nm·km), 且损耗在1300~1600nm范围内基本稳定。

提出了一种基于FBG(光纤布拉格光栅)的新型双向传输可调谐光分插复用器, 同时对该结构的复用解复用原理进行了阐述,通过Optisystem软件验证了结构设计和理论分析的可行性。仿真结果表明, 下载波长的边模抑制比在20 dB左右。这种器件具有灵活度高、器件利用率高等特点, 在波分复用系统中两条线路互为冗余, 提升了系统的容错性,有望在光网络中得到应用。

设计了一种包层结构为圆形空气孔呈正十二边形对称排列的光子晶体光纤, 通过Comsol软件结合有限元法, 得出各波长与传输模式有效折射率之间的函数关系。结合耦合模理论和传输矩阵法, 利用Matlab软件, 对正十二边形结构的光子晶体布拉格光纤光栅的反射谱特性进行了研究分析, 具体分析了不同占空比下的传输模式以及反射谱特性。研究表明随着光波波长的增加, 传输模式的有效折射率随之下降;随着空气孔层数的增加, 谐振波长增大, 谐振峰强度增强。随着占空比的增大, 传输模式数增多, 谐振波长减小, 而谐振峰强度基本不变。

设计了一种新型六角点阵光子晶体光纤,该光纤在波长1350~1800nm范围内呈现高双折射低损耗大负色散。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、约束损耗、色散、非线性和模场等特性进行了数值模拟。研究表明, 新设计的光纤对模场有很强的约束能力, 在波长1550nm处双折射高达2.08×10-2,模约束损耗接近10-1dB·km-1, 负色散值高达- 910ps·km-1·nm-1, 模场面积高达2.67μm2,非线性系数仅有0.043m-1·W-1。该光纤将在光纤激光器、光纤放大器、光滤波器和光纤传感系统方面有重要的应用。

利用有限元法分析了包层结构为圆形空气孔呈正方形对称排列的光子晶体光纤（PCF）的有效传输模式, 并仿真解析出各波长下有效传输模的有效折射率及变化规律。结合模耦合理论和传输矩阵法, 对基于PCF的Bragg光栅（PCFBG）的反射谱特性进行了仿真和分析, 并对比了PCF包层不同占空比下的PCFBG反射谱。选择高斯函数对各反射谱进行切趾优化。理论计算和仿真结果证明, 各模式有效折射率随着波长的增加而近似线性降低, 不同占空比的PCFBG反射谱之间的差异较为明显。在此基础上, 可进一步研究正方形包层结构的PCFBG的调谐特性, 并应用于可调谐的多通道OADM。