Bragg光纤光栅非线性特性研究

论文摘要

Bragg光纤光栅(FBG)在光纤激光器和放大器研究中有很广泛的应用,如滤波器、色散补偿器、波分复用器、增益均衡器等。这些都是布拉格光纤光栅线性性质的研究和应用。近年来,人们对光纤光栅的非线性性质逐步重视起来,光纤光栅的非线性和线性光栅的一些性质结合起来可以形成光栅孤子,窄带反射和非线性结合可以形成双稳态和光开关,以及利用光栅的非线性实现光脉冲的压缩等。但是普通布拉格光栅的非线性很低,利用常规手段很难获得高的非线性特性参数,这也就限制了它的应用。所以对布拉格光纤光栅非线性特性进行深入的理论研究,探讨新的提高其非线性特性的理论根源和实现方法是非常必要的,并且,通过对它的非线性特性进行开发和利用,可望在光纤传感、光开关、滤波等方面有更广泛的应用。本文以布拉格光纤光栅的非线性特性为主要研究内容,结合科研项目：山东省自然科学基金(No.ZR2009AM017),针对布拉格光纤光栅的双稳态和光栅孤子两种重要的非线性特性进行了理论以及模拟仿真研究,获得了光纤光栅非线性特性与光纤光栅参数的关系曲线,研究了提高布拉格光纤光栅非线性特性的方法。本文的主要研究内容包括：1、基于耦合模理论,对非线性耦合模方程进行求解,并采用数值模拟的方法研究了光纤布拉格光栅的非线性双稳开关特性以及光栅孤子特性。2、根据Jacobi椭圆函数中的Jacobi椭圆正弦函数、Jacobi椭圆余弦函数以及第三类Jacobi椭圆函数求解非线性双稳态方程的解析解,分别得到了三种不同的解,对三种解情况下的非线性双稳开关特性进行研究。3、获得了失谐量、耦合系数、光栅长度、增益系数和开关阈值与开关特性关系曲线,该结论可用于分析和构建非线性双稳FBG光开关。4、对光纤光栅中的孤子特性进行了理论及仿真研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究目的及意义
• 1.4 本论文主要研究内容
• 2 非线性光纤光学
• 2.1 非线性光纤光学的发展
• 2.2 非线性光纤光学的原理
• 2.3 光纤光栅的非线性效应
• 2.4 本章小结
• 3 光纤光栅理论与分析方法
• 3.1 光纤光栅的原理
• 3.2 光纤光栅的分类
• 3.3 光纤光栅的分析方法
• 3.4 本章小结
• 4 Bragg光纤光栅非线性双稳特性研究
• 4.1 光学原理概述
• 4.2 双稳特性理论分析
• 4.3 双稳特性模拟分析
• 4.4 降低非线性开关阈值的方法
• 4.5 本章小结
• 5 Bragg光纤光栅非线性孤子特性研究
• 5.1 孤子概述
• 5.2 光子带隙理论
• 5.3 孤子特性理论分析
• 5.4 孤子特性模拟分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 参考文献