光纖光柵光譜特性研究

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1、課程設(shè)計(jì)SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ?。希啤。裕牛茫龋危希蹋希牵僬n程設(shè)計(jì)題目：光纖光柵光譜特性研究所屬課程：應(yīng)用光學(xué)學(xué)院：理學(xué)院專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程學(xué)生姓名：盧遠(yuǎn)學(xué)號(hào)：13111208055指導(dǎo)教師：郭立萍2015年6月II課程設(shè)計(jì)光纖光柵光譜特性研究摘要光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無(wú)源濾波器件。由于光柵光纖具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能埋入智能材料等優(yōu)點(diǎn)，并且其諧振波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)變、折射率、濃度等外界環(huán)境的變化比較敏感，因此在光纖通信

2、和傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場(chǎng)圖樣寫入纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成永久性空間的相位光柵，其作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。當(dāng)一束寬光譜光經(jīng)過光纖光柵時(shí)，滿足光纖光柵布拉格條件的波長(zhǎng)將產(chǎn)生反射，其余的波長(zhǎng)透過光纖光柵繼續(xù)傳輸。?隨著信息業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)，語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務(wù)綜合在一起傳輸，從而對(duì)通信帶寬容量提出了更高要求。全光通信是解決“電子瓶頸”最根本的途徑，全光網(wǎng)通信可以極大地提高節(jié)點(diǎn)的吞吐

3、容量，適應(yīng)未來(lái)高速寬帶通信的要求?；诠饫w的光敏特性制作成的光纖光柵已成為光通信系統(tǒng)和光纖傳感器中的關(guān)鍵器件。它有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)良的性質(zhì)，這使得它成為目前研究的熱點(diǎn)。本文主要論述了光纖光柵的基本原理及其制作的方法，利用耦合理論分析光纖光柵光譜特性。本文中討論了現(xiàn)在光纖光柵在各個(gè)領(lǐng)域的利用，并且探討了光纖光柵現(xiàn)狀的利用和未來(lái)的發(fā)展方向。本文利用matlab仿真，畫出不同光柵的光譜圖，觀察各種參數(shù)的變化對(duì)光柵光譜特性的影響，并分析光纖光柵光譜圖。關(guān)鍵詞:光纖光柵;耦合模理論;光譜特性II課程設(shè)計(jì)目錄摘要I第1章緒論

4、11.1光纖光柵的基本概念11.2光纖光柵的現(xiàn)狀與應(yīng)用11.2.1光纖光柵的現(xiàn)狀11.2.2光纖光柵的應(yīng)用21.3光纖光柵的近期研究進(jìn)展31.4研究光纖光柵的光譜特性的目的4第2章光纖光柵理論分析62.1光纖光柵的光譜特性及其數(shù)值模擬62.1.1均勻光纖光柵72.1.2線性啁啾光纖光柵8第3章結(jié)果與討論113.1均勻光纖光柵113.2線性啁啾光纖光柵16結(jié)論17II課程設(shè)計(jì)第1章緒論1.1光纖光柵的基本概念光纖光柵是用光纖材料光敏特性而制作的。光敏性,就是指當(dāng)材料被外部光照射時(shí),進(jìn)而引起該材料物理或化學(xué)特性的暫時(shí)或

5、永久性變化的特性。當(dāng)特定波長(zhǎng)光輻射摻鍺光纖時(shí),這個(gè)光纖的一些物理特性就發(fā)生了永久性的改變,比如折射率、吸收譜、內(nèi)應(yīng)力密度等。在外部光源照射時(shí),光纖的折射率也隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相對(duì)應(yīng)的變化,變化的大小與光強(qiáng)成線性關(guān)系并可以保留下來(lái),從而形成光纖光柵。光纖光柵的折射率沿光纖的軸方向并呈現(xiàn)周期性的分布,是典型的折射率型衍射光柵。根據(jù)衍射理論,以角1入射的光將以角2衍射,且滿足布拉格衍射方程[1]。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性(外界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起的折射率永久性變化)，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其作用

6、的實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成(利用空間相位光柵的布拉格散射的波長(zhǎng)特性)一個(gè)窄帶的(投射或反射)濾光器或反射鏡。1.2光纖光柵的現(xiàn)狀與應(yīng)用1.2.1光纖光柵的現(xiàn)狀自從1978年KOHill等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫入法制成世界第一個(gè)光纖光柵后。因?yàn)楣饫w光柵所具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。伴隨著光纖光柵制造技術(shù)地不斷完善，光柵應(yīng)用成果的日益增多，而使得光纖光柵變成為目前最有前途、最具有代表性的光纖無(wú)源器件。光纖光柵成為近幾年發(fā)展迅速的光纖無(wú)源器件之一，光柵的問世被認(rèn)為是繼摻鉺光纖放大

7、器[2]18課程設(shè)計(jì)之后光纖通信領(lǐng)域又一個(gè)具有里程碑意義的革新。光纖光柵不僅僅在光纖通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并且在光纖傳感領(lǐng)域也有非常大的應(yīng)用。就目前來(lái)說，光纖光柵已經(jīng)在濾波器、激光器、波分復(fù)用器、放大器、色散補(bǔ)償器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光纖傳感器等許多方面展示出非常重要的應(yīng)用前景?；诠饫w光柵的部分器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化的生產(chǎn)與應(yīng)用。盡管如此，光纖光柵仍然留給人們大量尚待研究探索的工作。比如，在光敏性方面，人類需要進(jìn)一步揭示光纖光柵光敏性的內(nèi)在原理，制造出更加穩(wěn)定可靠的光纖光柵;在應(yīng)用方面，光纖光柵還有許多潛在應(yīng)用價(jià)值未被

8、發(fā)現(xiàn)，并且許多已有的應(yīng)用方案還待進(jìn)一步成熟與優(yōu)化。1.2.2光纖光柵的應(yīng)用(1)傳感器方面的應(yīng)用[3~5]光纖傳感器是利用將待測(cè)事物的物理參數(shù)的變化轉(zhuǎn)化為信號(hào)光在波長(zhǎng)、強(qiáng)度或相位上的變化，從而對(duì)待測(cè)事物的物理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的器件。光纖傳感器有著眾多種類，并且都具有抗磁、抗腐蝕、體積小、重量輕、易于集成、分辨率高、精度高等許多特點(diǎn)。和傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制型或相位調(diào)制型