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光纤布喇格光栅的仿真与测量

作　者: 高峰
导　师: 杨春
学　校: 东南大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤光纤Bragg光栅少模光纤多模光纤饱和长度最大光致折射率变化
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

下一代大容量WDM光网络,要求在路由、滤波、控制、光信号放大等方面的高性能光器件。光纤光栅和光纤与身俱来的兼容性使构建各种不同的Bragg光纤光栅设备成为可能,其在频谱滤波、色散补偿、选波和传感等方面的优越特性越来越受到广泛的关注。本文就光纤Bragg光栅的反射特性进行了数值仿真和实验研究,主要对折射率剖面非均匀的少模和多模光纤光栅的反射谱进行了仿真和实验测量。第一章中,概述了光纤Bragg光栅(FBG)的发展历程,总结了FBG在光通信领域和传感器领域的重要应用。简单介绍了FBG的制备方法。第二章,基于电磁场理论介绍光纤的模式理论,首先介绍阶跃光纤的模式理论和本征方程数值求解;然后介绍渐变折射率光纤的本征方程数值求解。第三章,从Maxwell’s方程出发,在折射率微扰的基础上推导多模光纤Bragg光栅(MM-FBG)的耦合模方程,为MM-FBG的仿真奠定了基础。第四章,研究MM-FBG耦合模方程的数值解法。在耦合模方程对角化的基础上,用试射法(shooting法)建立MM-FBG耦合方程快速求解的方法。第五章,考虑了光栅制作过程中光敏特性对折射率剖面分布的影响,对少模光纤Bragg光栅(FM-FBG)各线偏振模的反射特性进行了数值仿真。数值求解了FM-FBG的耦合模方程,得到了各线偏振模的反射谱。第六章,运用前面得到的MM-FBG耦合模方程的快速数值解法,对折射率剖面非均匀的MM-FBG进行了数值仿真,研究了反射谱特性与折射率剖面的饱和长度、折射率变化幅度、光纤模式分布的关系。第七章,实验得到了不同激励条件、光栅紫外曝光深度、光栅长度的MM-FBG的反射谱,结合仿真结果对实验结果进行了分析。第八章,全文总结

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-18
  1.1 光纤Bragg 光栅的发展史  8-10
    1.1.1 光纤光栅的制作  8-9
    1.1.2 光纤光栅的应用  9-10
  1.2 光纤光栅的分类  10-12
    1.2.1 均匀布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）  10
    1.2.2 啁啾光纤光栅（Chirped Fiber Grating）  10-11
    1.2.3 倾斜布拉格光纤光栅（Tilted Fiber Bragg Grating）  11
    1.2.4 其他类型的光纤光栅  11-12
  1.3 多模和少模光纤光栅的特性  12-15
    1.3.1 相位匹配条件  12-14
    1.3.2 多模和少模光纤光栅的特性  14-15
  1.4 国内外研究现状  15
  1.5 本论文主要工作  15-16
  参考文献  16-18
第二章光纤的电磁场理论  18-25
  2.1 阶跃光纤的模场分布  18-21
    2.1.1 本征值方程  18-20
    2.1.2 不同偏振态的模场分布  20
    2.1.3 系数的确立  20-21
  2.2 抛物线型多模光纤光栅的电磁场理论  21-24
    2.2.1 标量波动方程  21-22
    2.2.2 抛物型折射率分布光纤的解析解  22
    2.2.3 LP 模y 偏振的场表示形式  22-24
  2.3 本章小结  24
  参考文献  24-25
第三章光纤Bragg 光栅的耦合模理论  25-32
  3.1 Maxwell's 方程  25
  3.2 正交关系  25-26
  3.3 用介质极化表示波导中分布的激励源  26-27
  3.4 耦合模方程的推导  27-29
    3.4.1 模式为正向传播模  27-28
    3.4.2 模式为反向传播模  28
    3.4.3 光纤中各模式耦合模方程的表示形式  28-29
  3.5 光纤Bragg 光栅的耦合模方程  29-31
    3.5.1 光纤Bragg 光栅的处理  29
    3.5.2 变量代换  29-31
    3.5.3 耦合模方程的边界条件  31
  3.6 本章小结  31
  参考文献  31-32
第四章光纤光栅仿真中的数值解法  32-37
  4.1. 光纤芯包折射率的计算  32
    4.1.1 Sellmeier SiO_2 (Base material)  32
    4.1.2 Sellmeier GeO_2 (Base material)  32
    4.1.3 光纤芯层折射率  32
    4.1.4 SMF28 的芯包折射率  32
  4.2 耦合模方程的解法  32-33
  4.3 试射法（simple-shooting）解耦合模方程  33-35
  4.4 仿真流程图  35-36
  4.5 本章小结  36
  参考文献  36-37
第五章折射率剖面非均匀的少模光纤光栅的数值仿真  37-47
  5.1 少模光纤光栅的参数  37
  5.2 横向折射率变化  37-38
  5.3 最大折射率变化对模式反射特性的影响(仿真结果与讨论)  38-40
  5.4 饱和长度对模式反射特性的影响  40-42
  5.5 横向折射率变化和光栅长度的影响  42-46
    5.5.1 不同横向折射率分布函数  42-45
    5.5.2 光栅长度的影响  45-46
  5.6 本章小结  46
  参考文献  46-47
第六章多模光纤光栅（MM-FBG）的仿真  47-54
  6.1 模式均匀激励下MM-FBG 的反射谱  47-48
  6.2 模式均匀激励下折射率变化的影响  48-49
  6.3 模式均匀激励下饱和长度的影响  49-51
  6.4 单模光纤激励下偏心距离和偏振角的影响  51-53
    6.4.1 偏振角为0°  51-52
    6.4.2 偏振角为90°  52-53
  6.5 本章小结  53
  参考文献  53-54
第七章多模光纤Bragg光栅实验  54-60
  7.1 实验结果  54-59
    7.1.1 激励条件的相关性  56-57
    7.1.2 折射率变化的相关性  57-58
    7.1.3 光栅长度相关性  58-59
  7.2 本章小节  59
  参考文献  59-60
第八章总结  60-61
致谢  61-62
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  62

光纤布喇格光栅的仿真与测量

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