为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统, 以空芯光子晶体光纤为传感气室, 利用CO2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m, 通过对其两端同时充气, 提高了系统响应速度, 0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO2气体对该系统进行了标定, 并对浓度2%、5%、10%和100%的CO2气体进行了测量, 结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%, 标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m, 系统检测灵敏度达到5.981 8×10-5 μW/ppm。

为了能高灵敏度地检测CO2气体的体积分数, 基于红外光谱吸收原理, 设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO2气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO2在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明, 气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化, 与比尔-朗伯定律一致; 传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度, 来增加气体吸收的有效距离, 使传感系统获得较高灵敏度。

从吸收光谱的测量原理出发,利用光子晶体光纤的空气孔增加光与物质的作用率,提高气体吸收灵敏度。提出一种基于光子晶体光纤的气体传感系统实验方案。实验中通过测量接收端的光功率,根据光功率与气体浓度的关系式推算出气体的相对浓度,实现气体检测。实验结果说明该实验方案提高了气体检测的灵敏度,可作为气体检测的一种有效方法。

为了设计一种基于正方晶格光子晶体波导的三端口解波分复用器,利用光子晶体的光子带隙特性和光在光子晶体慢光波导中的传输特性,并采用平面波展开法及时域有限差分法对解波分复用器的特性进行了理论分析,数值计算了解复用器的空间和光谱分布特性.结果表明,调整波导中与波导紧邻的第1排柱子的位置,使三部分波导中传输的慢光频率发生改变,通过合理的结构设计,利用慢光模式传输的特点将不同频率的光从不同的输出端输出,可实现解复用的目的.

利用平面波展开（PWE）法分析了慢光在由介质柱和空气背景构成的二维三角晶格光子晶体耦合微腔波导中的传播特性。数值模拟结果表明：随着缺陷腔之间距离的增大，导模的群速度减小很快；兼顾色散和损耗的影响，当相邻微腔间距两倍于晶格常数时，耦合微腔波导单位厚度(mm)透射比为47%，带宽为1.97 GHz，导模有效群折射率为22.4，通过对波导的群速度色散（GVD）特性进行分析，发现慢光区域的群速度色散的数量级低至10-2，具有较好的慢光特性，能够保证光波的高效传输。基于这种结构的耦合微腔波导提出了一种低损耗的光延迟器结构，计算表明该结构可实现的延迟时间为9.4 ps，光传输损耗低于1 dB。

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明, 介质柱光子晶体线缺陷波导中, 缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关, 其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大; 随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小, 缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导, 发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小, 最小减至0.008c.