光纖光柵光譜特性研究

1、SHANDONG課程設(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)： 指導(dǎo)教師： 郭立萍 2015 年 6 月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

2、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)的吞吐容量，適應(yīng)未來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

3、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;光譜特性目錄摘要I第1章 緒論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1光纖光柵的現(xiàn)狀1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

4、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17 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,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,

5、 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)用光纖光柵的現(xiàn)狀自從1978年KO Hill 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源器件。光纖光柵成

6、為近幾年 發(fā)展迅速的光纖無源器件之一，光柵的問世被認(rèn)為是繼摻鉺光纖放大器2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)值未被發(fā)現(xiàn)，并且許多已有的應(yīng)

7、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35 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)制型光纖傳感器相比較，波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖光柵傳感器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等多種因素的影響;傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，方便埋入復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)和大型建筑物內(nèi)部，并且也便于傳感器的集成;使用波分復(fù)用技

8、術(shù)可制成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行大面積的多點(diǎn)測(cè)量與監(jiān)控。(2)激光器方面的應(yīng)用 光纖光柵的光纖激光器在光纖通信系統(tǒng)中是有著非常大前途的光源，這種光源的優(yōu) 點(diǎn)主要體現(xiàn)在:稀土摻雜光纖激光器利用光纖光柵能十分準(zhǔn)確的確定波長(zhǎng)，并且成本低; 用作增益介質(zhì)的稀土摻雜光纖生產(chǎn)工藝比較成熟，摻雜過程較簡(jiǎn)單，光纖損耗小，而且插入損耗低;有著較高的功率密度，光纖結(jié)構(gòu)具有很高的面積體積比，并且散熱效果好; 與現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的兼容性好，可以采用多種光纖元件，減少了對(duì)塊狀光學(xué)元件的需 求和光路機(jī)械調(diào)諧的不便，大大的簡(jiǎn)化了光纖光柵激光器的設(shè)計(jì)及制作。寬帶是現(xiàn)代光纖通信的主要發(fā)展趨勢(shì)之一，而光纖光柵激光器可以通過摻雜了不

9、同的稀土離子，在的寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光輸出，波長(zhǎng)容易選擇并且可調(diào)諧。近年來，因?yàn)楣饫w的制造工藝進(jìn)步，紫外光光纖光柵寫入技術(shù)等的日益成熟和各類激光器，特別是半導(dǎo)體激光器技術(shù)的近期發(fā)展，光纖光柵激光器和的研究工作進(jìn)展非?？臁，F(xiàn)在已研制出多種光纖光柵激光 器，主要可分為單波長(zhǎng)光纖光柵激光器和多波長(zhǎng)光纖光柵激光器。(3) 色散補(bǔ)償方面的應(yīng)用 伴隨著光纖通信系統(tǒng)速率的提高，色散已經(jīng)成為影響通信質(zhì)量的直接原因，因此采 用色散補(bǔ)償技術(shù)顯得十分重要。在光通信中通常采用色散位移光纖(DSF)或者色散補(bǔ) 償光纖(DCF)對(duì)光纖通信中的色散進(jìn)行補(bǔ)償。近幾年來有用光纖光柵作為色散補(bǔ)償器件。目前，通信系統(tǒng)中主要利用的光纖

10、光柵有啁啾光纖光柵，長(zhǎng)周期光纖光柵，均勻周 期光纖光柵，取樣光纖光柵和切趾啁啾光纖光柵，不同類型的光纖光柵可以補(bǔ)償不同的 色散。無論用什么方法，其基本原理都是相似的，都是在通信系統(tǒng)中插入具有負(fù)色散系數(shù)的光纖光柵，平衡系統(tǒng)中積累的正色散，或者用脈沖壓縮的方法將被展寬的脈沖壓窄等。 (4)增益控制和增益平坦方面的應(yīng)用 在光通信系統(tǒng)中，光器件微小的偏振敏感所產(chǎn)生的積累效應(yīng)都會(huì)引起信號(hào)的偏振漂 移，從而造成信號(hào)光功率的波動(dòng)，由于EDFA通常都工作在飽和狀態(tài)，信道數(shù)增加或減少時(shí)，會(huì)使其增益會(huì)相應(yīng)降低或增大，進(jìn)而導(dǎo)致光纖的非線性效應(yīng)增大，所以EDFA 的 增益控制在光通信網(wǎng)絡(luò)中十分重要。目前我們常用光纖光

11、柵進(jìn)行增益控制，其原理就是 利用光纖光柵反射EDFA的ASE光或者雙光柵諧振光作為增益的控制光，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的增益均衡。 EDFA 幾乎是WDM系統(tǒng)中理想光的放大器，由于其增益與波長(zhǎng)有關(guān)，導(dǎo)致EDFA 增益譜的不平坦，因此必需采用增益平坦技術(shù)。目前比較廣泛采用的是利用長(zhǎng)周期光纖光柵進(jìn)行增益平坦，其原理是將不同的長(zhǎng)周期光纖光柵組合，使其光譜特性設(shè)計(jì)成與增益譜相反的波形，最終獲得很好的增益平坦度。1.3光纖光柵的近期研究進(jìn)展從 1978 年 Hill 及其同事在摻鍺光纖中制造出全息光柵以后，光纖光柵的研究就引 起了人們非常大的興趣。1989 年，美國聯(lián)合技術(shù)研究中心G.Meltz 等人最終實(shí)現(xiàn)了光

12、纖 Bragg 光柵的UV 激光側(cè)面的寫入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)出現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。 隨著光纖光柵制造技術(shù)不斷的完善，其應(yīng)用的成果日益增多，無論是光通信領(lǐng)域，還是光纖傳感領(lǐng)域，都會(huì)由于光纖光柵的實(shí)用化而發(fā)生革命性的改變。隨著現(xiàn)在良好市場(chǎng)前 景的驅(qū)動(dòng)下，全世界各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和公司都大力研究光纖光柵，就單獨(dú)光纖光柵而言，目前已經(jīng)有了十家公司推出其相關(guān)的商業(yè)產(chǎn)品，不包括含有光纖光柵的其它產(chǎn)品?？傊?，現(xiàn)在的光纖光柵領(lǐng)域己進(jìn)入成熟和實(shí)際應(yīng)用的階段，研究熱點(diǎn)已經(jīng)主要集中在光纖布拉格光柵6的封裝及溫度補(bǔ)償技術(shù)、啁啾光纖光柵在色散補(bǔ)償中的應(yīng)用、長(zhǎng)周期光纖光柵在摻餌光纖放大器增益均衡中的應(yīng)用、新型光纖光柵濾波

13、器的設(shè)計(jì)等各方面。1.4研究光纖光柵的光譜特性的目的伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化程度的提高，以光纖通信和光纖傳感技術(shù)為代表的信息技術(shù)和傳感技術(shù)在人們的生活中展示出越來越重要的作用。光纖傳感技術(shù)是在光纖光 學(xué)和光纖通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的新興技術(shù)。最開始的光纖傳輸損耗非常大，在儀器儀表行業(yè)中，光纖最早只用于短距離的光傳輸和圖像傳輸7。1966 年7 月，英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所的英國籍華人科學(xué)家高餛(K.C.Kao)分析了玻璃光纖損耗大的主要原因，并且預(yù)言只要能夠設(shè)法降低玻璃中的雜質(zhì)就能降低光纖傳輸中的損耗。從此以后大量針對(duì)降低 光纖損耗的研究成果被提出，到1979 年光纖波段的損耗已經(jīng)降低。光纖以其

14、低損耗和 大帶寬等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)開始用于長(zhǎng)距離通信。低損耗光纖出現(xiàn)后不久，就已經(jīng)出現(xiàn)了光纖 傳感器。因?yàn)楣饫w不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，且當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí)，它的特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等會(huì)因外界因素如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位 移等值接或間接的發(fā)生變化，從而可將光纖作為傳感元件探測(cè)物理量。光纖傳感技術(shù)就 是利用光纖對(duì)某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)。光纖傳感以其靈敏度高、成本低、體積小、能埋入工程結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)而在航天、 航海、石油化工、電力傳輸、核工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域受到越來越密切的關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用。而在光纖應(yīng)用中，光纖光柵的應(yīng)用越來

15、越廣泛。近些年來，光纖光柵制作技術(shù)引起了人們的很大興趣。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性而在光纖芯層內(nèi)形成的一維周期性結(jié)構(gòu)，其工作原理是在滿足相位匹配條件的共振波長(zhǎng)處模式間發(fā)生共振禍合，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的選擇。光纖光柵傳感器是在光纖光柵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種波長(zhǎng)調(diào)制型光學(xué)傳感器。它不但繼承了普通光纖傳感器的許多優(yōu)點(diǎn):如不受電磁干擾、靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、成本低、抗腐蝕、耐高溫等;同時(shí)，光纖光柵傳感器還有一些明顯優(yōu)于普通光纖傳感器的特點(diǎn):如波長(zhǎng)編碼、便于復(fù)用、可構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等。以光纖光柵為代表的新型光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，使得光纖型傳感探測(cè)技術(shù)得到了新的發(fā)展

16、空間，因而引起 全世界研究人員的高度重視。所以，由于光纖光柵的各個(gè)行業(yè)所具有的優(yōu)越性，就形成了現(xiàn)在各個(gè)國家、企業(yè)去 研究光纖光柵的光譜特性，充分了解各個(gè)特性，以便發(fā)明出效率更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)、能耗率更低的光纖光柵的各種器件，并因此促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。第2章 光纖光柵理論分析光是電磁波，所以它具有電磁波的通性。因此，光波在光纖中傳輸?shù)囊恍┗拘再|(zhì)都可以通過求解具有一定邊界條件的麥克斯韋方程組獲得。波動(dòng)方程的求解可通過弱導(dǎo)近似簡(jiǎn)化，所謂弱導(dǎo)近似就是認(rèn)為光纖纖芯和包層折射率的差別不大，這樣可將纖芯導(dǎo) 模近似為線偏振模，這樣的矢量波動(dòng)方程可簡(jiǎn)化為標(biāo)量波動(dòng)方程。絕大部分用于光通信的光纖都滿

17、足弱導(dǎo)近似的條件，因而弱導(dǎo)近似是合理的。波動(dòng)方程的解給出了光纖中導(dǎo) 模和輻射模的基本的場(chǎng)分布。在未受干擾的情況下，這些模式之間彼此獨(dú)立傳輸，沒有耦合;當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，某些模式之間將會(huì)發(fā)生耦合，研究這一問題常用耦合模理論。耦合模理論8假定微擾存在時(shí)，光纖中的模式不會(huì)發(fā)生變化，也就是說仍然是未受擾時(shí)的模式，這樣，當(dāng)微擾存在時(shí)的光場(chǎng)仍然可以展開為無微擾情況下光纖中各模式的疊加，這一假定通常稱為微擾近似。另外，用耦合模理論分析光纖光柵時(shí)，通常還要做同步近似，即認(rèn)為只有相同步的兩個(gè)模式間才會(huì)發(fā)生有實(shí)際效果的耦合作用，從而忽略其它所有非 同步模式的影響。對(duì)于均勻，弦周期性、折射率調(diào)制幅度為常數(shù)的光纖光柵，

18、求解其耦合模方程就能夠得到解析解。對(duì)于復(fù)雜的光纖光柵可采用分段均勻和傳輸矩陣法來分析，也可用數(shù)值求解耦合模方程的方法來分析。2.1 光纖光柵的光譜特性及其數(shù)值模擬根據(jù)光纖光柵周期T的不同，可以將光纖光柵分為短周期和長(zhǎng)周期光纖光柵兩類:短周期光纖光柵又稱為光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating FBG )，其光柵周期T約為0.5m;長(zhǎng)周期光纖光柵(Long Periodic Fiber Grating ，LPFG)的周期T較大，一般約為100500m9。其中在短周期光纖光柵中有包括均勻光柵、線性啁啾光柵（Linearly Chirped Fiber Grating ， LCFG

19、)、錐形光柵和采樣光纖光柵等。由于均勻光柵、LCFG,錐形光柵和LPFG應(yīng)用最廣，本文中只討論在單模光纖中這四種光纖光柵的光譜特性。2.1.1 均勻光纖光柵在均勻光纖光柵中，模式耦合發(fā)生沿正向和反向傳輸?shù)膶?dǎo)模之間，并且滿足如下的耦合方程: （2.1）式中A(z)和B(z)分別為正向和負(fù)向傳播的光波振幅，為橫向耦合系數(shù)，為布拉格失配量，且。為纖芯的有效折射率，為光波在空氣中的波長(zhǎng)，T為光纖光柵的周期，L為光纖光柵長(zhǎng)度。在單模光纖光柵中，有： （2.2）式中n為光纖光柵的折射率調(diào)節(jié)度。通過微分方程組可得10：（2.3a） （2.3b）式中參數(shù)S滿足關(guān)系式:S2=2-2。將邊界條件，即A(0)=1和

20、B(L)=0。代入可得光纖光柵的反射率和透射率分別為: （2.4） 線性啁啾光纖光柵對(duì)于偏離均勻周期或者均勻折射率的光纖光柵的研究已經(jīng)有了多種方法1114，但由于此時(shí)光纖光柵的耦合方程不再是一個(gè)常系數(shù)線性微分方程，如果直接進(jìn)行求解是非常困難的，必須采用數(shù)值解法才能求得。而采用特征矩陣15的方法則可以有效地避免直接求解的困難，在均勻光纖光柵的基礎(chǔ)上就可以很容易地得到光纖光柵的光譜圖。根據(jù)公式微分方程組得到的纖芯中光波振幅的解和邊界條件，經(jīng)過簡(jiǎn)單的換算就可以得到如下的矩陣表達(dá)式： （2.5） 式中a（L）=A（L）exp（iL），b（0）=B（0），并且其中的矩陣元素分別等于 （2.6） （2.7

21、）式（2.5）中的a（0）和b（0）分別用a(L)和b（L）來表示，就可以得到如下的矩陣表示式，即： （2.8）式中， （2.9）從公式（2.8）可以看出：光纖光柵左端和右端的光波振幅可以分別用矩陣a(0) b(0)T和a(L) b(L)T表示，并且兩者可以通過一個(gè)特征矩陣濺系起來。因此對(duì)于偏離均勻周期或者均勻折射率的光纖光柵，可以將折射率調(diào)制度或周期非均勻的光纖光柵看作是m段長(zhǎng)度分別l1,l2，.lm。的光纖光柵疊加而成，只要分段的數(shù)目m足夠大，就可以認(rèn)為其中的每一小段光纖光柵的折射率調(diào)制度和周期都是均勻的，其反射譜的特性都可以用一個(gè)特征矩陣表示出來，那么整個(gè)光纖光柵的特征矩陣就可表示為：L

22、=m21 （2.10）相應(yīng)的光柵反射譜的反射率就可以表示為 （2.11）式中： （2.12）對(duì)于線性啁啾光纖光柵(Linearly Chirped Fiber Grating, LCFG )，其周期函數(shù)可以表示為: 其中，T為光纖光柵周期的最大偏差量。采用上述特征矩陣的方法，可以將光纖光柵分為m段(例如，m=100 )，認(rèn)為每一段的周期相同，利用公式（2.8）（2.11）就可以很容易地求出其反射光譜分布。LCFG的重要用途就是利用不同波長(zhǎng)在光纖光柵中的時(shí)延特性進(jìn)行色散補(bǔ)償1618，其時(shí)延可由下式計(jì)算19，即: （2.13）其中，為不同波長(zhǎng)的時(shí)延值，為傳輸波長(zhǎng)，為光波傳輸?shù)南辔?。?章 結(jié)果與討

23、論3.1 均勻光纖光柵從公式(2.2)(2.4)可以看出：對(duì)于均勻光纖光柵，其反射譜的特性由纖芯的折射率調(diào)制度n和光纖光柵長(zhǎng)度L決定。當(dāng)n大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨光纖光柵長(zhǎng)度的改變而變化的情況如圖所示。由圖可知，當(dāng)光纖光柵長(zhǎng)度L減小時(shí)，其峰值反射率逐漸減小。圖2.1(a)，(b)，(c)和（d）的中反射譜的FWHM值分別為：0.074, 0.081, 0.097, 0.158nm，其值逐漸增大，反射譜逐漸展寬。 （a）（b）（c）（d）圖2.1 n大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨光纖光柵長(zhǎng)度L的改變而變化的情況當(dāng)L大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨折射率調(diào)制度n的改變而變化的情況如圖2.2所示

24、。同樣，當(dāng)n減小時(shí)，其峰值反射率逐漸減小。圖2.2(a), (b), (c)和(d)的中反射譜的FWHM值分別為：0.224, 0.124, 0.094, 0.074nm，逐漸減小，反射譜逐漸變窄。（a）（b）（c）（d）3.2線性啁啾光纖光柵當(dāng)?shù)扔?.2時(shí)其相應(yīng)的反射譜如圖所示。從圖2.3（a）可以看出:相對(duì)于均勻光纖光柵，LCFG的反射譜的寬度明顯增加，反射率與相同參數(shù)的均勻光纖光柵顯著下降，而且在反射譜寬度內(nèi)存在明顯的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于LCFG而言，由于不同波長(zhǎng)的光波在光纖光柵的不同位置處發(fā)生反射，而且其光纖光柵的周期沿長(zhǎng)度方向變化是線性的，因此在LCFG帶寬范圍內(nèi)其時(shí)延值隨波長(zhǎng)的變化

25、幾乎是線性增加的。 圖2.3線性啁啾光纖光柵的光譜響應(yīng)，L=10mm =1 10-4結(jié)論在藕合模理論的基礎(chǔ)上，利用傳輸矩陣法，數(shù)值仿真出線性啁啾光纖光柵的反射譜和時(shí)延特性曲線，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合。同時(shí)我們給出求解問題算法的完整仿真程序代碼。這對(duì)深入了解線性啁啾光纖光柵的光學(xué)特性是大有幫助的。相對(duì)于均勻光纖光柵，LCFG的反射譜的寬度明顯增加，反射率與相同參數(shù)的均勻光纖光柵顯著下降，而且在反射譜寬度內(nèi)存在明顯的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于LCFG而言，由于不同波長(zhǎng)的光波在光纖光柵的不同位置處發(fā)生反射，而且其光纖光柵的周期沿長(zhǎng)度方向變化是線性的，因此在LCFG帶寬范圍內(nèi)其時(shí)延值隨波長(zhǎng)的變化幾乎是線

26、性增加的。參考文獻(xiàn)1.王惠文，光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用M，北京:國防一1:業(yè)出版社，2001: 12.廖延彪，光纖光學(xué)M，北京:清華大學(xué)出版社，2000: 19 71983. W. W. Morey, G. Meltz, W. H. Glenn, Fiber optic Bragg grating sensors A, Proceeding SPIEC, 1989,1169:98-1074. A. D. Kersey, T. A. Berkoff, Multiplexed fiber grating strain-sensor system with a Fabry-Perot wavelength

27、 filter J, Optics Letters, 1993, 18(16): 137013725. G. A. Ball, W. W. Morey, P. K. Cheo, Fiber Laser source/analyzer for Bragg grating sensor array interrogation J, Journal of Lightwave Technology, 1994,2(4): 7007036. D. Jackson, A. B. Lobo, L. Ribeiro, J. L. Reekie, Archambault, Simple multiplexing

28、 scheme for a fiber grating sensor network J, Optics Letters, 1993, 18(14): 119211937. M. Song, B. Lee, S. B. Lee, S. S. Choi, Interferometric temperature-insensitivity strain measurement with different-diameter fiber Bragg gratings .I, Optics Letters, 1997, 22(11): 7907928. M. A. Davies, A. D. Kers

29、ey, Application of a fiber Fourier transform spectrometer to the detection of wavelength-encoded signal from Bragg grating sensors J, Journal of Lightwave Technology, 1995，13(7): 1289129541 .R. Isabelle, Fiber Bragg gratings for optical telecommunications J, Comptes Rendus Physique, 2003, 4(1): 41 4

30、99.R. Isabelle, Fiber Bragg gratings for optical telecommunications J, Comptes Rendus Physique, 2003,4(1): 41 4910. Myo Myint Ohn, Fiber Bragg-intra grating measurement and control and their application to sensing and telecommunications J, Applied Image, Inc, 1993:434511. K. O. Hill, Aperiodic distr

31、ibuted-parameter waveguide for integrated optics J, Applied Optics, 1974,13(8): 1853185612. D.Kennisch, Nonuniform sinusoidally modulated dielectric gratings J, Journal of Optical Society of America, 1969, 59(11): 1409141413. L. A. Weller-Brophy, D. G. Hall, Analysis of waveguide gratings: application of Rouard's method J, Journal of Optical Society of America, 1985, 2(6): 86387114. Makoto Yamada, Kyohei S