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特殊结构取样光纤光栅的设计及调谐方法的研究

作　者: 张鹏杰
导　师: 刘艳
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 振幅取样相位取样模拟退火算法波长调谐温度增敏封装
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光纤光栅(FBG)作为一种重要的光无源器件,在光纤通信、光纤传感和光信息处理等方面具有广泛而重要的应用。随着密集波分复用(DWDM)技术的发展,取样光纤光栅因其具有多通道反射峰可调谐的特性,在多波长可调谐窄带激光器、多波长可调谐窄带滤波器、动态色散补偿等方面发挥了日益重要的作用,具有广泛的应用前景和良好的研究价值。取样光纤光栅按照取样函数的不同可分为振幅取样光纤光栅和相位取样光纤光栅,振幅取样光纤光栅的理论与实验研究目前已经较为成熟,基于振幅取样的各种光纤光栅器件已经被广泛地应用于光纤通信、光纤传感等领域。相位取样光纤光栅因其复杂的相位变化需要非常较高的实验精度,因此相位取样光纤光栅发展较为缓慢,但也正因为光栅相位变化的多样性,相位取样光纤光栅表现出了一些新颖的光谱特性,在多信道滤波器、色散斜率补偿器等方面具有广阔的应用前景。本文重点针对具有特殊结构的取样光纤光栅,如相位取样以及振幅结合相位取样光栅进行了理论分析与数值仿真,并且对取样光栅的调谐方法进行了研究,获得的主要成果如下：(1)为了改善矩阵取样峰值呈现Sinc函数包络分布和抑制旁瓣,分别引入Sinc取样函数和高斯切趾函数对反射谱进行优化；然后分析了一种振幅结合相位的取样光纤光栅,在不改变取样周期的条件下,通过在每两个振幅取样之间引入一定大小的相移达到减小反射通道间隔,密集信道数目的目的。(2)研究了相位取样光纤光栅的理论基础,并引入模拟退火算法对相位光纤光栅的相位分布进行了优化,在较短的光栅长度和较低的折射率调制强度条件下,获得了拥有32个反射峰,反射通道间隔为0.8nm的相位取样光纤光栅的反射谱特性。(3)在详细比较分析了目前常见的光纤光栅波长调谐技术优缺点的基础上,分析研究了一种改进的取样光纤光栅波长温度调谐方案,该方案可通过改变封装材料的长度来实现对取样光纤光栅温度灵敏度的调整,并且无需对光栅部分进行粘合,避免了由于固化胶不均匀收缩引起的光栅反射谱啁啾,获得了多波长、准无啁啾、线性度高的温度调谐效果。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-18
  1.1 取样光纤光栅的研究现状和应用领域  11-13
  1.2 光纤光栅波长调谐机制的研究现状  13-16
    1.2.1 光纤光栅波长调谐方式的研究  13-14
    1.2.2 光纤光栅波长调谐特性的应用  14-16
  1.3 本文研究的主要内容和意义  16-18
2 振幅取样光纤光栅的理论分析与特性仿真  18-31
  2.1 光纤光栅的耦合模理论  18-20
  2.2 利用传输矩阵法分析取样光纤光栅  20-21
  2.3 振幅取样光纤光栅的光谱特性分析  21-28
    2.3.1 矩形取样光纤光栅的数值分析  21-24
    2.3.2 Sinc取样光栅的数值分析  24-26
    2.3.3 切趾型Sinc取样光栅分析  26-28
  2.4 振幅结合相位取样的光纤光栅  28-30
  2.5 本章小结  30-31
3 相位取样光纤光栅的理论分析与设计  31-44
  3.1 相位取样光纤光栅的理论分析  31-33
  3.2 模拟退火算法分析  33-37
    3.2.1 模拟退火算法的理论基础  33-34
    3.2.2 模拟退火算法关键参数的设计  34-37
  3.3 基于模拟退火算法的相位取样光纤光栅的设计  37-43
  3.4 本章小结  43-44
4 取样光纤光栅温度调谐特性应用研究  44-52
  4.1 光纤光栅温度调谐原理分析  44-46
  4.2 温度调谐方案设计  46-48
    4.2.1 常见的温度调谐方法研究  46-47
    4.2.2 改进的温度调谐方法研究  47-48
  4.3 取样光纤光栅温度调谐实验  48-51
    4.3.1 实验装置  48-49
    4.3.2 实验结果和分析  49-51
  4.4 本章小结  51-52
5 结论  52-53
参考文献  53-56
作者简历  56-58
学位论文数据集  58

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