石墨烯光子晶体光纤热力特性研究

论文摘要

光子晶体光纤是近十几年来出现的一种新型的光纤,随着石墨烯材料研究的不断深入,基于石墨烯和光子晶体光纤的各种光纤器件及其物理性质等被广泛研究,如石墨烯光纤激光器、石墨烯光纤调制器和石墨烯光纤传感器等。由于石墨烯光子晶体光纤的包层中含有许多周期性的空气孔,使得石墨烯光纤器件的熔接成为技术难点。因此本文基于石墨烯和光子晶体光纤的热力特性进行研究,利用有限元法对光纤高温受热及空气孔形变情况进行模拟,旨在探索石墨烯光子晶体光纤的熔接条件。主要内容如下:首先,通过阅读大量文献对基于石墨烯的光纤器件进行了详细介绍,归纳总结石墨烯的热力特性及热力特性的应用,并且分析了石墨烯的能带结构、热学特性、力学特性和有限元原理及仿真过程。其次,基于石墨烯三层空气孔光子晶体光纤结构研究了其在二氧化碳热激作用下的温度场分布模型,分析了激光功率、加热时间和石墨烯层数及位置对石墨烯光子晶体光纤热传导的影响,并且根据石墨烯的热稳定性探索了其熔接方法。再次,分析了不同温度场下石墨烯光子晶体光纤中空气孔的受力情况,计算了不同功率和加热时间对空气孔的形变量的影响,验证了最佳熔接条件下空气孔的变形趋势。最后,基于两种石墨烯光子晶体光纤进行了热力特性的分析,计算了石墨烯电吸收调制器和石墨烯相位调制器的传热模型和力学模型,根据最终的计算结果找出这两种石墨烯光子晶体光纤调制器对应的最佳熔接条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的意义
•   1.2 石墨烯光纤及器件
•   1.3 石墨烯光纤热力特性及应用
•     1.3.1 石墨烯光纤热力特性
•     1.3.2 石墨烯光纤热力特性的应用
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 石墨烯光纤理论基础
•   2.1 引言
•   2.2 石墨烯结构及其特性
•     2.2.1 石墨烯的能带结构
•     2.2.2 石墨烯的热学特性
•     2.2.3 石墨烯的力学特性
•     2.2.4 石墨烯的其他特性
•   2.3 有限元法
•   2.4 本章小结
• 第3章 石墨烯光子晶体光纤传热特性仿真研究
•   3.1 引言
•   3.2 石墨烯光子晶体光纤热传导理论模型
•     3.2.1 热传递的几种形式
•     3.2.2 二氧化碳激光热激作用下能量转换及温度场描述
•   3.3 石墨烯光子晶体光纤基本结构与性能分析
•     3.3.1 石墨烯光子晶体光纤基本结构
•     3.3.2 石墨烯光子晶体光纤热传导
•     3.3.3 影响因素
•   3.4 光纤偏移熔接情况
•     3.4.1 偏移熔接结构
•     3.4.2 偏移熔接条件的确定
•   3.5 本章小结
• 第4章 石墨烯光子晶体光纤受热形变仿真研究
•   4.1 引言
•   4.2 石墨烯光子晶体光纤空气孔受热形变分析
•   4.3 石墨烯光子晶体光纤受热形变仿真研究
•     4.3.1 石墨烯光子晶体光纤基本结构
•     4.3.2 石墨烯光子晶体光纤形变仿真分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 石墨烯光纤调制器热力特性仿真研究
•   5.1 引言
•   5.2 石墨烯电吸收调制器热力仿真研究
•     5.2.1 石墨烯电吸收调制器基本结构
•     5.2.2 石墨烯电吸收调制器热力仿真分析
•   5.3 石墨烯相位调制器热力仿真研究
•     5.3.1 石墨烯相位调制器基本结构
•     5.3.2 石墨烯相位调制器热力仿真分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于雪婷

导师: 付广伟

关键词: 石墨烯,光子晶体光纤,热传导,熔接,调制器

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 燕山大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: TN253

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000993

总页数: 65

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