几种光纤光栅型非线性全光开关

论文摘要

利用石英光纤的紫外光敏特性将光栅做在光纤上而形成的光纤光栅已经发展成为光纤通信和传感领域的一种关键性器件。在未来的全光通信中,需要以全光开关代替目前的电子开关进行光交换。由于用光纤光栅做成的全光开关具有体积小、工艺简单、插入损耗小、对偏振不敏感、易与光纤通信系统联接等优点,受到了国内外研究人员的关注。本文以光纤光栅的耦合模理论为基础,对几种结构的光纤光栅全光开关的特性进行了理论分析和实验研究。主要研究工作包括:首先,对光纤光栅全光开关的研究历史及现状进行了简要的综述。在理论上,严格推导了光纤光栅的耦合模方程,分析讨论了几种典型光纤光栅的光学特性,为光纤光栅全光开关的设计和研究提供了理论依据。研究了在交叉相位调制下由单个布拉格光纤光栅（FBG）构成全光开关的光学特性,推出了信号光在不同失谐范围下开关阈值开关功率的表达式。同时讨论了在不同失谐量和不同耦合系数下器件的反射率与阈值开关功率的关系,以及对器件消光比的影响。其次,我们提出了将掺饵光纤连接两个对称的FBG,形成EDF-FBG对的光双稳开关结构。用传递矩阵的方法描述了该双稳开关器件的工作原理,并对其双稳特性进行了讨论和分析。与单个布拉格光栅开关相比,发现在考虑吸收的情况下,该器件可获得低达15mW左右的阈值开关功率。最后,我们提出用一根掺饵光纤连接两个对称的长周期光纤光栅（EDF-LPFG）构成的新型全光开关。数值模拟了在交叉相位调制下对应于不同泵浦功率的信号光的透射谱;还研究了在不同光栅的有效折射率调制幅度和光纤吸收系数下,信号光透射率随泵浦光功率的变化规律;导出了器件的阈值开关功率公式;EDF-LPFG对光开关的阈值开关功率比单个LPFG光开关的开关功率降低了5个数量级,不到25mW;此外,我们还对该器件进行了实验研究,得到了较好的实验结果;这种新的全光开关器件有望在未来全光通信中获得应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤光栅光开关的研究现状和分析
• 1.2.1 布拉格光纤光栅全光开关
• 1.2.2 长周期光纤光栅全关开关
• 1.2.3 相移光纤光栅的全光开关
• 1.2.4 基于光纤光栅的M－Z干涉型全光开
• 1.2.5 含有光纤光栅的Sagnac环的波长选择开关
• 1.3 论文的研究目的、内容和结构
• 第2章 光纤光栅的理论与光谱特性
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅耦合模方程
• 2.3 光纤光栅数值分析方法
• 2.3.1 耦合模理论法
• 2.3.2 传输矩阵法
• 2.3.3 傅立叶变换法
• 2.3.4 龙格-库塔法
• 2.4 光纤光栅的分类及其光谱特性
• 2.4.1 均匀光纤光栅
• 2.4.2 非均匀光纤光栅
• 2.5 本章小节
• 第3章 布拉格光纤光栅全光开关的光学特性
• 3.1 引言
• 3.2 基本原理
• 3.3 失谐量对开关曲线的影响
• 3.4 耦合系数对开关曲线的影响
• 3.5 “弱”耦合和“强”耦合对消光比的影响
• 3.6 本章小节
• 第4章 用非线性光纤连接布拉格光纤光栅对的双稳开关器件
• 4.1 引言
• 4.2 用非线性光纤连接FBG对的F-P谐振腔
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 器件的双稳特性研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 用非线性光纤连接长周期光栅对的全光开关
• 5.1 引言
• 5.2 非线性LPFG对光开关的工作原理
• 5.3 无泵浦光作用时LPFG对的透射谱
• 5.4 不同参量对透射率与泵浦功率关系的影响
• 5.4.1 不同泵浦光功率下的透射谱
• 5.4.2 光栅的有效折射率调制幅度对透射谱的影响
• 5.4.3 不同损耗系数下透射率与泵浦功率间的关系
• 5.4.4 非线性LPFG对的阈值开关功率
• 5.5 实验结果与分析
• 5.5.1 长周期光栅的制作
• 5.5.2 EDF-LPFG全光开关实验
• 5.6 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