光纤光栅光谱特性研究

高梁高梁高梁高梁高梁SHANDONG 高梁高梁高梁课 程 设 计 高 梁高梁高梁高梁题目： 稻子光纤光栅光谱特性研究所 属 课 程 ： 应 用 光 学课程设计II学 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁院 ： 稻 子 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁理 学 院 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁专 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁业 ： 稻 子 高 梁 高 梁 高 梁光 电 信 息 科 学 与 工 程 高 梁 高 梁 高梁学 生 姓 名 ： 稻子 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁卢远 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁高梁学 高梁 高梁 高梁 高梁号： 稻子 高梁 高梁 高梁 高梁 高高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁 高梁高梁指 导 教 师 ： 稻子 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁郭 立 萍 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁 高 梁高梁高梁高梁 高梁2015 高梁年 高梁6 高梁月 高梁I光纤光栅光谱特性研究 高梁摘要 高梁光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅， 玉米是一种无源滤波器件。 高梁由于光栅光纤具有体积小、 稻子熔接损耗小、 稻子全兼容于光纤、 稻子能埋入智能材料等优点， 玉米并且其谐振波长对温度、 稻子应变、 稻子折射率、 稻子浓度等外界环境的变化比较敏感， 玉米因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。 高梁高梁光纤光栅是利用光纤材料的光敏性， 玉米通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯， 玉米在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化， 玉米从而形成永久性空间的相位光栅， 玉米其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的( 透射或反射) 小麦滤波器或反射镜。 高梁当一束宽光谱光经过光纤光栅时， 玉米满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射， 玉米其余课程设计II的波长透过光纤光栅继续传输。 高梁高梁高梁随着信息业务量快速增长， 玉米语音、 稻子数据和图像等业务综合在一起传输， 玉米 高梁从而对通 高梁信带宽容量提出了更高要求。 高梁全光通信是解决 “电子瓶颈”最根本的途径，玉米全光网通信可 高梁以极大地提高节点的吞吐容量， 玉米适应未来高速宽带通信的要求。 高梁基于光纤的光敏特性制作成的光纤光栅已成为光通信系统和光纤传感器中的关键器件。 高梁它有许多突出的优点， 玉米 高梁优良的性质， 玉米这使得它成为目前研究的热点。 高梁本文主要论述了光纤光栅的基本原理及其 高梁制作的方法， 玉米利用耦合理论分析光纤光栅光谱特性。 高梁本文中讨论了现在光纤光栅在各个 高梁领域的利用， 玉米并且探讨了光纤光栅现状的利用和未来的发展方向。 高梁本文利用 matlab 仿真， 玉米画出不同光栅的光谱图， 玉米观察各种参数的变化对光栅光谱特性的影响， 玉米并分析光纤光栅光谱图。 高梁高梁高梁关键词:光纤光栅; 小麦耦合模理论; 小麦光谱特性 高梁高梁高梁目录 高梁摘要 I 高梁第 1 章 高梁绪论 1 高梁课程设计III1.1 高梁光纤光栅的基本概念 1 高梁1.2 高梁光纤光栅的现状与应用 1 高梁1.2.1 光纤光栅的现状 1 高梁1.2.2 光纤光栅的应用 2 高梁1.3 光纤光栅的近期研究进展 3 高梁1.4 研究光纤光栅的光谱特性的目的 4 高梁第 2 章 高梁 高梁光纤光栅理论分析 6 高梁2.1 高梁光纤光栅的光谱特性及其数值模拟 6 高梁2.1.1 高梁均匀光纤光栅 7 高梁2.1.2 高梁线性啁啾光纤光栅 8 高梁第 3 章 高梁 高梁结果与讨论 11 高梁3.1 高梁均匀光纤光栅 11 高梁3.2 线性啁啾光纤光栅 16 高梁结论 17 高梁高梁高梁高梁高梁高梁课程设计IV高梁高梁高梁高梁高梁高梁1高梁 高梁 高梁 高梁 高梁第 1章 高梁绪论 高梁1.1 高梁光纤光栅的基本概念 高梁光纤光栅是用光纤材料光敏特性而制作的。 高梁光敏性 , 高梁就是指当材料被外部光照射时, 高梁进而引起该材料物理或化学特性的暂时或永久性变化的特性。 高梁当特定波长光辐射掺锗光纤时, 高梁这个光纤的一些物理特性就发生了永久性的改变,比如折射率、 稻子吸收谱、 稻子内应力密度等。 高梁在外部光源照射时,光纤的折射率也随光强的空间分布发生相对应的变化,变化的大小与光强成线性关系并可以保留下来,从而形成光纤光栅。 高梁光纤光栅的折射率沿光纤的轴方向并呈现周期性的分布, 高梁是典型的折射率型衍射光栅。 高梁根据衍射理论,以角 1 入射的光将以角 2 高梁衍射, 高梁且满足布拉格衍射方程 1。 高梁高梁光纤光栅是利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起的折射率永久性变化) 小麦， 玉米在纤芯内形成空间相位光栅， 玉米其作用的实质是在纤芯内形成(利用空间相位光栅的布拉格散射的波长特性) 小麦一个窄带的(投射或反射) 小麦滤光器或反射镜。 高梁高梁1.2 高梁光纤光栅的现状与应用 高梁1.2.1 光纤光栅的现状 高梁自从 1978 年 KO 高梁Hill 高梁等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界第一个光纤光 高梁栅后。 高梁因为光纤光栅所具有许多独特的优点， 玉米所以在光纤通信、 稻子光纤传感等领域均有广泛的应用前景。 高梁伴随着光纤光栅制造技术地不断完善， 玉米光栅应用成果的日益增多， 玉米而使得光纤光栅变成为目前最有前途、 稻子最具有代表性的光纤无源器件。 高梁光纤光栅成为近几年 高梁发展迅速的光纤无源器件之一， 玉米光栅的问世被认为是继掺铒光纤放大器 2之后光纤通信领域又一个具有里程碑意义的革新。高梁光纤光栅不仅仅在光纤通信领域有着广泛的应用， 玉米并且在光纤传感领域也有非常大的应用。 高梁就目前来说， 玉米光纤光栅已经在滤波器、 稻子激光器、 稻子波分复用器、 稻子放大器、 稻子色散补偿器、 稻子波长转换器、 稻子光纤传感器等许多方面展示出非常重 高梁要的应用前景。 高梁基于光纤光栅的部分器件已经实现了商品化的生产与应用。 高梁尽管如此，玉米光纤光栅仍然留给人们大量尚待研究探索的工作。 高梁比如， 玉米在光敏性方面， 玉米人类需要进一 高梁步揭示光纤光栅光敏性的内在原理， 玉米制造出更加稳定可靠的光纤光栅 ;小课程设计2麦在应用方面， 玉米光纤光栅还有许多潜在应用价值未被发现， 玉米并且许多已有的应用方案还待进一步成熟与优化。 高梁 高梁高梁1.2.2 光纤光栅的应用 高梁(1)小麦 高梁传感器方面的应用 35 高梁 高梁光纤传感器是利用将待测事物的物理参数的变化转化为信号光在波长、 稻子强度或相位 高梁上的变化， 玉米从而对待测事物的物理参数进行监控的器件。 高梁光纤传感器有着众多种类， 玉米并且都具有抗磁、 稻子抗腐蚀、 稻子体积小、 稻子重量轻、 稻子易于集成、 稻子分辨率高、稻子精度高等许多特点。 高梁和传统的强度调制型或相位调制型光纤传感器相比较， 玉米波长调制型的光纤光栅传感器具有许多独特的优点， 玉米比如， 玉米抗干扰能力强， 玉米测量信号不受光源起伏、 稻子光纤弯曲损耗、 稻子连接损耗和探测器老化等多种因素的影响 ;小麦传感头结构简单、 稻子尺寸小， 玉米方便埋入复合材料 高梁结构和大型建筑物内部， 玉米并且也便于传感器的集成; 小麦使用波分复用技术可制成光纤传感网络， 玉米然后进行大面积的多点测量与监控。 高梁高梁(2)小麦激光器方面的应用 高梁高梁光纤光栅的光纤激光器在光纤通信系统中是有着非常大前途的光源， 玉米这种光源的优 高梁点主要体现在 :稀土掺杂光纤激光器利用光纤光栅能十分准确的确定波长，玉米并且成本低; 小麦 高梁用作增益介质的稀土掺杂光纤生产工艺比较成熟， 玉米掺杂过程较简单， 玉米光纤损耗小， 玉米而且插入损耗低 ;小麦有着较高的功率密度， 玉米光纤结构具有很高的面积体积比， 玉米并且散热效果好 ;小麦 高梁与现在标准通信光纤的兼容性好， 玉米可以采用多种光纤元件， 玉米减少了对块状光学元件的需 高梁求和光路机械调谐的不便， 玉米大大的简化了光纤光栅激光器的设计及制作。 高梁宽带是现代光纤通信的主要发展趋势之一，玉米而光纤光栅激光器可以通过掺杂了不同的稀土离子， 玉米在的宽带范围内实现激光输出， 玉米波长容易选择并且可调谐。 高梁近年来， 玉米因为光纤的制造工艺进步， 玉米紫外光光纤光栅写入技术等的日益成熟和各类激光器， 玉米特别是半导体激光器技术的近期发展， 玉米光纤光栅激光器和的研究工作进展非常快。 高梁现在已研制出多种光纤光栅激光 高梁器， 玉米主要可分为单波长光纤光栅激光器和多波长光纤光栅激光器。 高梁高梁(3)小麦 高梁色散补偿方面的应用 高梁高梁伴随着光纤通信系统速率的提高， 玉米色散已经成为影响通信质量的直接原因， 玉米因此采 高梁用色散补偿技术显得十分重要。 高梁在光通信中通常采用色散位移光纤 (DSF)小麦课程设计3或者色散补 高梁偿光纤(DCF) 小麦对光纤通信中的色散进行补偿。 高梁近几年来有用光纤光栅作为色散补偿器件。 高梁目前， 玉米通信系统中主要利用的光纤光栅有啁啾光纤光栅，玉米长周期光纤光栅， 玉米均匀周 高梁期光纤光栅， 玉米取样光纤光栅和切趾啁啾光纤光栅， 玉米不同类型的光纤光栅可以补偿不同的 高梁色散。 高梁无论用什么方法， 玉米其基本原理都是相似的， 玉米都是在通信系统中插入具有负色散系数的光纤光栅， 玉米平衡系统中积累的正色散， 玉米或者用脉冲压缩的方法将被展宽的脉冲压窄等。 高梁 高梁高梁(4)小麦增益控制和增益平坦方面的应用 高梁高梁在光通信系统中， 玉米光器件微小的偏振敏感所产生的积累效应都会引起信号的偏振漂 高梁移， 玉米从而造成信号光功率的波动， 玉米由于 EDFA 通常都工作在饱和状态， 玉米信道数增加或减少时， 玉米会使其增益会相应降低或增大， 玉米进而导致光纤的非线性效应增大， 玉米所以 EDFA 高梁的 高梁增益控制在光通信网络中十分重要。 高梁目前我们常用光纤光栅进行增益控制， 玉米其原理就是 高梁利用光纤光栅反射 EDFA 的 ASE 光或者双光栅谐振光作为增益的控制光， 玉米从而实现信号的增益均衡。 高梁 高梁高梁EDFA 高梁几乎是 WDM 系统中理想光的放大器， 玉米由于其增益与波长有关， 玉米导致EDFA 高梁增益谱的不平坦， 玉米因此必需采用增益平坦技术。 高梁目前比较广泛采用的是利用长周期光纤光栅进行增益平坦， 玉米其原理是将不同的长周期光纤光栅组合， 玉米使其光谱特性设计成与增益谱相反的波形， 玉米最终获得很好的增益平坦度。 高梁高梁1.3 光纤光栅的近期研究进展 高梁从 高梁1978 高梁年 高梁Hill 高梁及其同事在掺锗光纤中制造出全息光栅以后， 玉米光纤光栅的研究就引 高梁起了人们非常大的兴趣。 高梁1989 高梁年， 玉米美国联合技术研究中心 G.Meltz 高梁等人最终实现了光纤 高梁Bragg 高梁光栅的 UV 高梁激光侧面的写入技术， 玉米使光纤光栅的制作技术出现了突破性的进展。 高梁 高梁随着光纤光栅制造技术不断的完善， 玉米其应用的成果日益增多， 玉米无论是光通信领域， 玉米还是光纤传感领域， 玉米都会由于光纤光栅的实用化而发生革命性的改变。 高梁随着现在良好市场前 高梁景的驱动下， 玉米全世界各个研究机构和公司都大力研究光纤光栅， 玉米就单独光纤光栅而言， 玉米目前已经有了十家公司推出其相关的商业产品， 玉米不包括含有光纤光栅的其它产品。 高梁总之， 玉米现在的光纤光栅领域己进入成熟和实际应用的阶段， 玉米研究热点已经主要集中在光纤布拉格光栅 6的封装及温度补偿技术、 稻子啁啾光纤光栅在色散补偿中的应用、 稻子长周期课程设计4光纤光栅在掺饵光纤放大器增益均衡中的应用、 稻子新型光纤光栅滤波器的设计等各方面。 高梁高梁1.4 研究光纤光栅的光谱特性的目的 高梁伴随社会经济的发展和现代化程度的提高， 玉米以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感技术在人们的生活中展示出越来越重要的作用。 高梁光纤传感技术是在光纤光 高梁学和光纤通信技术发展的基础上形成的新兴技术。 高梁最开始的光纤传输损耗非常大， 玉米在仪器仪表行业中， 玉米光纤最早只用于短距离的光传输和图像传输 7。 高梁1966 高梁年 7 高梁月， 玉米英国标准电信研究所的英国籍华人科学家高馄(K.C.Kao)小麦分析了玻璃光纤损耗大的主要原因， 玉米并且预言只要能够设法降低玻璃中的杂质就能降低光纤传输中的损耗。 高梁从此以后大量针对降低 高梁光纤损耗的研究成果被提出， 玉米到 1979 高梁年光纤波段的损耗已经降低。 高梁光纤以其低损耗和 高梁大带宽等优势广泛应开始用于长距离通信。 高梁低损耗光纤出现后不久， 玉米就已经出现了光纤 高梁传感器。 高梁因为光纤不仅可以作为光波的传输媒质， 玉米且当光波在光纤中传输时，玉米它的特征参量振幅、 稻子相位、 稻子偏振态、 稻子波长等会因外界因素如温度、 稻子压力、