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光纤光栅特性的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-26  来源:中国输配电设备网  作者:[db:作者]  浏览次数:823
核心提示:  利用耦合模方程。由于相位掩膜技术的发展,人们可以设计出任意形式分布的掩膜板,能够很好的重复生成各种光纤光栅,但耦合模理论不能给出n(z)以任意形式分布的光纤光栅的精确解。另外作为一种近似理论,也有

  利用耦合模方程。由于相位掩膜技术的发展,人们可以设计出任意形式分布的掩膜板,能够很好的重复生成各种光纤光栅,但耦合模理论不能给出n(z)以任意形式分布的光纤光栅的精确解。另外作为一种近似理论,也有人将光纤光栅视为在阶段内折射率均匀分布的薄层的叠加,在设薄层内传播常数U―定时,再利用耦合模方程处理薄层内的光传播,然后将各薄层的作用相叠加,从而得到反射、透射光场的分布。这种方法也有它的局限性,因为用来描述光场与光纤光栅作用的耦合模方程都涉及到一个耦合常数的确定问题,耦合常数是由光栅的电介常数Xx,y,z)与光场的模式来共同决定的,现在人们还不能确定光栅中耦合常数的形式,而只能使用各种形式耦合模型对光纤光栅的耦合模方程进行数值求解,例如高斯型,指数型等。

  计算光纤光栅相位特性的方法是利用Hilbert关系式对己知的反射率R进行相位重构。这种方法的优点是可以仅由所知的反射率推导出相位特性,其反射率可以由由计算所得中心反射波长为入=1554.2nm,与布拉格中心反射波长入= 0.6nm,其峰值反射率为99.8%,半最大值全宽(FWHM)为0.5nm.其相位特性如所示,选取反射中心点为0相位点,可以清楚的看到在反射带宽内,相对于所选取0相位点,在高频范围相位滞后,而低频范围相位超前,反射带宽外的相位变化呈周期性。由(3)式得出中实线部分为光栅的时延曲线,虚线部分是将反射带宽内的时延放大20倍的结果,可以看到带宽内的时延几乎为0不变,说明光栅在此范围内色散几乎为0.此结果与相位重构法和耦合模方程所得结果一致11,61. 1典型的n(z)均匀分布的光纤光栅2.3线性啁啾光栅2.2去趾线性啁啾光栅一线性啁啾A(z)且具有高斯拉锥T(z)分布的光栅其折射率分布n(z)由下式给出:计算结果由~6所示。

  由计算所得的曲线可知,啁啾光栅的FWHM约为3nm,相对于均匀光栅的0.5nm,具有较宽的线宽,。同时具有较低的峰值反射率,峰值反射率为97%.由于相位为重构法采用了最小相位定理,所以重构的相位与实际相位值有差异|61.为利用传输矩阵算出的结果,为更清楚的看到相位的微小变化,计及的值域,此时啁啾光纤光栅的相位特性在短波的一方呈周期性变化,反射带宽内随波长线性增加。不计即值域则在短波方向上应是一增函数,这与实际情况一致|6.反射带宽内的时延随波长增加。说明啁啾光栅比均匀光栅具有更强的色散能力。

  一线性啁啾光栅的折射率分布由下式决定:n(z)3结果分析在对于几种光栅的计算中,为了使相位变化更加直观,都选取了零相位点,即取反射中心的某一波长的相移为零,与实际的相位相差一个因子,图形所表示的是与零相位点的相对相位。在相位重构法中,该零相位因子由Wiener-Lee变换产生|61.为了去掉相位的取值范围对时延结果的影响,1先将和I的结果进行平滑处理,即将相位的mnkmse.AHreserved. cnki.m取值范围定义在整个实数域上,再在计算过程中利用(3)式将2C的跃变视为在值域外的连续取值,从而得到和。

  由和可以看出,在反射谱中线性啁啾光栅较均匀光栅有更大的反射带宽,但均匀光栅有更高的反射峰值。均匀光栅的色散延时在反射带宽内几乎为零,而线性啁啾光栅的延时在反射带宽内缓慢随波长线性长,可以补偿信号在传播过程中的色散展宽,这与实际应用是一致的。

  需要指出的是,在利用传输矩阵计算线性啁啾光栅这种折射率分布不对称的系统时,所得到的时延曲线是与光栅的方向有关的(折射率周期A(z)由大到小时,色散为正,由小到大时,色散为负)。因为在薄膜光学计算反射率时,先假定了光波的传播方向。这与实际应用中,线性啁啾光栅可以用来进行正负色散补偿是相一致的。

  在光纤光栅的制造过程中,为了减小反射带宽内褶皱以及旁瓣,经常先对光栅进行中间强,两边弱的高斯调制。如计算的啁啾光栅的折射率分布比多一个高斯锥状因子,所得到的反射谱比未进行高斯去趾的光栅更平滑,与实验结果一致。

  4结论利用薄膜光学中的传输矩阵,提出了一种可以计算任意分布光纤光栅反射谱位相及时延特性的方法,并模拟计算了均匀分布光栅、啁啾光栅的反射及位相特性。在中心反射带宽内,由传输矩阵计算得到的位相特与相位重构法得到的位相特性是一致的,并克服了相位重构法需要大量数据的缺点。因此,利用传输矩阵法计算啁啾光纤光栅的特性对于制作各种折射率分布的光栅具有实际的指导意义。

 
 
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