光纤光栅的反射光谱特性与色散特性的研究

论文摘要

光纤光栅是光通信领域发展迅速的一种器件,它具有插入损耗低、体积小、价格低廉、色散补偿量大、与普通光纤兼容性好等优点,因此具有非常广泛的应用。单个布拉格光栅一般用于反射谱的研究和应用上,改变光栅的耦合系数可以控制反射谱的形状。光纤光栅具有良好的波长选择性,可用于构成波分复用系统关键元部件,对光纤光栅级联、并联的光谱特性的研究为波分复用系统的设计提供一定的参考价值。色散补偿是光纤通信体统中急需解决的问题,而光纤光栅具有色散补偿量大的优点,因此,光纤布拉格光栅的色散特性的研究为系统的色散补偿设计提供了一定的理论依据。首先,从光纤中的麦克斯韦方程组出发,总结出描述光在光纤传输的波动方程。主要介绍了光栅的耦合模理论,此外,对光纤光栅中的传输矩阵法和Rouard方法做了简单介绍。其次,以耦合模理论为基础,研究了复合联接的光纤布拉格光栅的光谱特性。光栅长度越长,折射率调制越大,耦合系数与光栅长度的乘积(κL)越大,光栅的峰值反射率越高;光栅长度越长,折射率调制越小,反射带宽越窄;且旁瓣效应与κL值存在具体函数关系。不同中心波长的布拉格光栅级联和并联的光谱均在相应波长处出现吸收峰,并联光栅透射谱在波长递增较波长递减时出现了明显的展宽。并联时没有出现展宽,可以调节耦合器的分光比来调节不同中心波长处的峰值反射率。最后,以光纤光栅的非线性耦合模方程为基础,数值分析了超短脉冲在光纤光栅中传输的色散特性。考虑能量较低时的有效非线性薛定谔方程,分析了光栅耦合系数、脉冲功率和失谐量对脉冲在光纤光栅中传输的影响,当非线性作用足以抵制光栅的强色散时,光纤光栅中传输的脉冲开始被压缩,可在光纤光栅中形成光孤子。所以,可以通过适当调整光栅耦合系数、脉冲功率和失谐量来控制脉冲在光栅中传输的色散和非线性作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤光栅概述
• 1.2 光纤光栅的研究进展
• 1.3 论文研究的目的和意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 光纤光栅的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅的理论模型
• 2.2.1 光纤光栅中的波动方程
• 2.2.2 耦合模式理论
• 2.3 光纤光栅数值方法
• 2.3.1 传输矩阵法
• 2.3.2 Rouard法
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤光栅光谱特性理论和实验研究
• 3.1 单个光纤布拉格光栅的光谱特性
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 数值模拟的频谱特性研究
• 3.1.3 实验结果及分析
• 3.2 光纤布拉格光栅级联和并联的数值分析
• 3.3 光纤布拉格光栅级联和并联的实验研究
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 光纤光栅色散特性的理论研究
• 4.1 脉冲光在光纤光栅中的理论模型
• 4.1.1 非线性耦合模理论
• 4.1.2 光子带隙
• 4.2 脉冲光在光纤光栅中的色散分析
• 4.2.1 光栅的线性色散
• 4.2.2 光栅的非线性色散
• 4.3 非线性脉冲光的传输
• 4.3.1 有效非线性薛定谔方程
• 4.3.2 脉冲光传输的数值模拟
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢