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分层布拉格光栅的制作及其波分复用特性研究

作　者: 向红丽
导　师: 杨德兴
学　校: 西北工业大学
专　业: 光学
关键词: 波分复用器光折变体全息光栅平面波导阵列分层光栅直接分层多重光栅
分类号: TN256
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

伴随掺铒光纤放大器(EDFA)的实用化,波分复用(WDM)技术在近年来得到了迅速发展。然而复用波长数的增加,光网络中常用的各种波分复用技术存在的缺陷逐渐显露出来。体布拉格光栅以其优异的波长和角度选择性以及多通道特性,成为目前研究新型波分复用技术的一个热点问题。本文在研究光折变体全息光栅的基础上,提出了平面波导阵列分层光栅和直接分层多重光栅的解复用方法,该方法不但具有体全息光栅作为波分复用器的所有优点,而且它实现的通道数将成倍于体全息光折变光栅实现的通道数。针对这种新的分层布拉格光栅结构,从理论和实验两方面研究其光写入制作方法和衍射特性。开展的研究工作及获得的主要结果如下:1. 以体全息光栅的耦合波理论为基础,讨论了光折变晶体中光栅的衍射效率、角度和波长选择性及体全息光栅的复用技术。2. 为了确定写入多重光栅的曝光参数,通过在片状LiNbO3:Fe晶体中写入单个光栅,对不同实验条件下晶体的饱和折射率调制度、光栅的写入和擦除时间常数进行了测量。按照测出的参数和光栅重数,定出了时间递减曝光序列,写入了衍射效率相近的8重光栅;实验研究了平面波导阵列分层光栅的写入方法及特性,在单层波导内获得了衍射效率相近的四重光栅,并进一步在阵列波导内写入了单重光栅。　3. 针对光通信中波长覆盖范围日益增宽的特点,从理论上研究了用于宽光谱范围波长解复用器件的多重体光栅的布拉格匹配和各波长对应光栅衍射效率的均匀性。计算及实验结果均表明,由于记录介质的色散效应将导致多重体全息光栅读出过程中明显的布拉格失配,并且在写入过程中获得的均匀折射率调制度的多重体光栅,在读出过程中各通信波长对应光栅的衍射效率将不均匀。为此,提出了改进多重体光栅的光写入方法,给出了利用角度复用法写入透射型多重体光栅时解复用波长与写入角度的关系,以及写入体光栅过程中记录介质的折射率调制度修正公式。4. 实验研究了光栅的角度和波长选择性与晶体厚度、写入角、折射率调制度的关系,发现通过选择晶体厚度、写入角、折射率调制度大小,能够使光栅具有最佳角度选择性。利用在LiNbO3:Fe晶体中形成的两重体全息光栅,进行了可见光和红外通信波段的两通道的解复用实验。在上述实验的基础上,对直接分层多重光栅用于波分复用器进行了实验分析,在同一块晶体中写入了两层四重(2x4) 光栅,并在红外通信波段成功地观察到分离的衍射谱。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1．1 波分复用系统概述  8-9
  1．2 波分复用器的现状  9-12
  1．3 光折变光栅在波分复用器件中的应用  12-13
  1．4 本文的主要工作  13-15
第2章光折变体全息理论  15-32
  2．1 体光栅的几何结构与布拉格衍射  15-16
  2．2 光折变光栅  16-18
    2．2．1 光折变效应  16-17
    2．2．2 光折变光栅的形成  17-18
  2．3 光折变体全息光栅的衍射效率  18-27
    2．3．1 光栅的耦合波理论  18-21
    2．3．2 光折变材料的动态耦合波理论  21-27
  2．4 光折变晶体的全息时间常量  27-28
  2．5 基于体全息光栅的角度复用技术  28-29
  2．6 体光栅的角度和波长选择性  29-32
    2．6．1 水平角度选择性  29-30
    2．6．2 垂直角度选择性  30
    2．6．3 波长选择性  30-32
第3章光栅写入的研究  32-41
  3．1 衍射效率及测量方法  32-33
  3．2 单个光折变体光栅的写入和擦除特性  33-35
    3．2．1 写入时间常数的确定  33-34
    3．2．2 擦除时间常数的确定  34-35
  3．3 多重光栅曝光方法  35-36
    3．3．1 时间递减曝光法  35-36
    3．3．2 循环曝光法  36
  3．4 均匀衍射效率多重光栅的光写入实验  36-38
  3．5 平面波导阵列分层光栅的写入实验  38-41
    3．5．1 单层平面波导分层光栅的写入  38-40
    3．5．2 平面波导光栅阵列的写入  40-41
第4章多通道波长解复用器的设计  41-54
  4．1 写入多重体光栅的几何配置  41-43
    4．1．1 体光栅的布拉格匹配  41-42
    4．1．2 解复用波长与写入角的关系  42-43
  4．2 多重体全息光栅的衍射效率  43-45
    4．2．1 影响解复用衍射效率均匀性的因素  43-45
    4．2．2 写入过程折射率调制度的修正  45
  4．3 光栅的角度和波长选择性  45-50
    4．3．1 调制参量v取不同时，衍射效率叮随布拉格失配量必变化  45-46
    4．3．2 影响角度选择性的因素  46-47
    4．3．3 角度选择性实验  47-49
    4．3．4 光栅的波长选择性与实验  49-50
  4．4 多重体光栅在波分复用系统中的应用  50-54
    4．4．1 可见光分光实验  50-51
    4．4．2 红外两通道分光实验  51-52
    4．4．3 红外分层多重光栅的分光实验  52-54
第5章结论与展望  54-56
  5．1 本文总结  54-55
  5．2 今后工作的建议  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间完成的学术论文  59-60
致谢  60-61

分层布拉格光栅的制作及其波分复用特性研究

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