论文题目: 光纤光栅光谱特性及调谐技术的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 光学工程
作者: 陈超
导师: 赵建林
关键词: 光纤光栅,藕合模理论,数值模拟,反射光谱,色散特性,弹性梁,调谐
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 光纤光栅的发明被称为光纤通信发展史上继掺铒光纤放大器(EDFA)之后的又一个里程碑。自1978年Hill等人首次发现光纤的光敏性以来,经过短短20几年的发展,光纤光栅在理论、制作技术等方面都得到了长足的发展,各种结构的新型光纤光栅不断涌现,应用领域日益扩展。目前它己经被广泛的应用于光通信、光传感、激光技术等领域,并给相关领域带来了革命性的变化。 本文以光纤光栅应用中的一项关键技术—波长调谐技术为核心。从光纤光栅理论、调谐技术以及应用等方面进行了详细分析。论文主要内容如下: 1.从光纤中的麦克斯韦方程组出发,首先建立了描述光波在光纤中传播的波动方程,进而分析了光纤中光波场的模式特性,并在此基础上,严格推导出描述模式耦合的耦合模方程。并用耦合模理论对最简单的均匀光纤Bragg光栅进行分析,建立其耦合模方程,并给出解析解。 2.通过建立不同类型光纤光栅的传输矩阵,利用传输矩阵法数值模拟了不同光栅参量(光栅长度、耦合系数等)对光纤Bragg光栅、长周期光纤光栅、啁啾光纤光栅、双周期光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤Bragg光栅以及各种切趾光纤光栅的反射光谱和色散特性的影响。 3.分析了基于弹性梁(简支梁、悬臂梁和扭梁)的光纤Bragg光栅波长调谐原理,推导了与其对应的波长调谐关系式,最后重点讨论了利用等强度梁调谐实现线性无啁啾调谐的方法,并作了相应的模拟计算和实验研究。理论分析和实验证明,悬臂梁是一种很好的波长线性调谐装置。采用等截面梁调谐时,在小挠度情况下,光纤光栅啁啾不明显,但在较大调谐范围下,调谐过程中引起的光纤Bragg光栅啁啾将使反射谱带宽展宽,反射功率峰值下降;而采用变截面梁则可以实现波长的线性无啁啾调谐。 4.最后对用于传感领域的光纤Bragg光栅调谐滤波方法的基本原理进行了介绍,推导了该方法的灵敏度公式以及光电探测器噪声引起的误差公式,并作了相应的实验研究。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第1章 绪论
1.1 光纤光栅简介
1.1.1 光纤光栅的分类
1.1.2 光纤光栅的写入技术
1.2 光纤光栅调谐技术的发展概述
1.2.1 热调谐
1.2.2 机械调谐
1.2.3 各种调谐方法之比较
1.3 论文内容安排
第2章 光纤Bragg光栅传输特性的分析
2.1 耦合模理论
2.1.1 模式展开法和幅度耦合方程
2.1.2 正规模展开法和正规模场幅度耦合方程
2.1.3 单模FBG中的模式耦合
2.2 传输矩阵分析法
2.3 傅里叶变换分析法
本章小结
第3章 光纤光栅光谱特性的数值模拟
3.1 光纤Bragg光栅
3.1.1 理论模型
3.1.2 数值模拟结果及分析
3.2 长周期光纤光栅
3.2.1 理论模型
3.2.2 数值模拟结果及分析
3.3 啁啾光纤光栅
3.3.1 理论模型
3.3.2 数值模拟结果及分析
3.4 双周期光纤Bragg光栅
3.4.1 理论模型
3.4.2 数值模拟结果及分析
3.5 相移光纤光栅
3.5.1 理论模型
3.5.2 数值模拟结果及分析
3.6 超结构光纤Bragg光栅
3.6.1 理论模型
3.6.2 数值模拟结果及分析
3.7 光纤光栅的各种切趾分析
3.7.1 FBG的切趾
3.7.2 CFG的切趾
本章小结
第4章 FBG调谐技术及其传感特性的研究
4.1 FBG波长调谐原理
4.4.1 调谐基本原理
4.4.2 应力引起的FBG波长的漂移
4.4.3 温度引起的FBG波长的漂移
4.2 弹性梁调谐技术
4.2.1 简支梁调谐
4.2.2 悬臂梁调谐
4.2.3 扭梁调谐
4.3 线性无啁啾调谐方法的理论与实验研究
4.3.1 等强度梁调谐机构的设计
4.3.2 模拟分析
4.3.3 实验研究
4.4 FBG调谐滤波检测技术
4.4.1 波长检测原理
4.4.2 灵敏度分析
4.4.3 实验研究
本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
在读硕士期间参加科研项目和完成学术论文情况
致谢
发布时间: 2005-06-27
参考文献
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