取样光纤布拉格光栅的光谱特性研究

论文摘要

光纤光栅是20世纪70年代产生的一种新型光纤器件,由于它具有体积小、成本低、插入损耗小、滤波特性好与光纤系统天然兼容等诸多优点,在光纤通信、光纤传感和光学信息处理等领域都起着关键的作用。随着研究的深入,除了均匀光纤布拉格光栅外,还发现了各种不同结构的光纤光栅,特别是取样光纤布拉格光栅,近年来更是引起了人们的重视。这是因为取样光栅具有极好的波长选择性,且反射谱的通道数目多、间隔稳定、带宽窄,这些特点使得它在全光通信网中有着广泛的应用前景。本文主要围绕取样光纤布拉格光栅的光谱特性进行分析,讨论了各种光栅参数对其光谱特性的影响,并对反射谱的优化展开了深入的研究,同时还提出了一种新型的光纤光栅再次曝光技术。本论文的主要工作有:1.介绍了光纤通信的发展概况和光纤光栅的基本理论,并详细推导了光纤光栅的理论分析方法(耦合模理论、传输矩阵法和傅里叶变换法);2.利用耦合模理论,对均匀光纤布拉格光栅的光谱特性进行了简要分析,验证了光栅长度L和耦合系数?对光谱的影响规律;3.利用传输矩形法,分析了折射率调制幅度、取样周期和占空比等光栅参数对矩形取样光纤布拉格光栅反射谱的影响规律;4.提出并研究了用切趾函数对矩形取样光纤布拉格光栅的反射谱进行优化,用以消除旁瓣干扰,并总结出各种切趾系数的最佳取值范围以及切趾方式的优缺点。切趾函数包括:高斯切趾、汉明切趾、Sinc切趾和布莱克曼切趾等。在此基础上选取了前3种优化效果较好的切趾函数对8通道、16通道的Sinc取样光纤布拉格光栅的光谱进行优化,并总结出它们的最佳取值范围;5.在缺级现象的基础上,提出并研究了一种光纤光栅的再次曝光技术,它的基本原理是在同一段取样光纤布拉格光栅的非曝光区写入另一段光栅,再次写入光栅的取样周期和中心波长均可以变化。数值仿真分析后,得到了写入光栅的位置、占空比和中心波长对光谱的影响。此技术的目的是增加信道数目,提高光栅的利用效率,从而为取样光纤布拉格光栅在多通道滤波器方面的应用提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤光栅的发展概况
• 1.3 光纤光栅的分类
• 1.4 光纤光栅的应用概况
• 1.5 本文研究的主要内容及创新点
• 第二章 取样光纤布拉格光栅的基本理论
• 2.1 光纤Bragg 光栅
• 2.2 光纤光栅的理论分析
• 2.2.1 耦合模理论
• 2.2.2 传输矩阵法
• 2.2.3 傅里叶（Fourier）变换法
• 2.3 取样光纤布拉格光栅的概念
• 2.3.1 矩形取样光纤布拉格光栅
• 2.3.2 Sinc 取样光纤布拉格光栅
• 2.4 本章小结
• 第三章 取样光纤布拉格光栅的光谱特性分析及其优化
• 3.1 取样光纤布拉格光栅传输矩阵理论
• 3.2 矩形SFBG 反射率光谱仿真分析
• 3.3 矩形SFBG 反射率光谱的优化
• 3.3.1 切趾的概念及常用的切趾函数
• 3.3.2 矩形SFBG 反射光谱优化
• 3.3.3 结论
• 3.4 Sinc SFBG 光谱优化
• 3.4.1 8 通道sinc SFBG 光谱优化
• 3.4.2 16 通道sinc SFBG 光谱优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于矩形SFBG 的再次曝光技术
• 4.1 矩形取样光纤布拉格光栅缺级现象
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 缺级反射谱图的研究
• 4.2 矩形取样光纤布拉格光栅的再次曝光技术
• 4.2.1 写入光栅的位置相同，占空比不同
• 4.2.2 写入光栅的长度相同，写入位置不同
• 4.2.3 写入光栅的中心波长不同
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文