极窄带宽的布拉格光纤光栅光谱特性研究

根据理想模展开下的耦合模方程，对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导，得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽，得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅，比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统，可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率，消除各信号间的相互串扰，提高传感光栅复用数目，降低解调系统成本。     

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.     

长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析同向模式耦合时,发现了同向耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了长周期光纤光栅的同向耦合谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换分析得出长周期光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式同向耦合分析,从而得到长周期光纤光栅光谱特性的通用表达式.根据该理论模拟分析了长周期光纤光栅在不同长度和微扰幅值时的光谱特性,与传统耦合模理论进行了对比分析.结果表明,该长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论具有简单、精确和高效的特点,与实际长周期光纤光栅的透射谱特性一致.应用该理论可分析无过耦合的任意轴向折射率微扰分布的长周期光纤光栅光谱特性.     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.     

取样布拉格光纤光栅的传输矩阵

根据在一般坐标系下均匀布拉格光纤光栅的传输矩阵,得到了取样布拉格光纤光栅的传输矩阵。利用傅里叶变换得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程。结果表明,在不考虑平均折射率变化的情况下,谐振峰的位置是由光栅的周期和取样周期共同确定的,与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。类似于物理光栅,取样布拉格光纤光栅也存在缺级现象,给出了出现缺级的条件。     

用统一耦合模理论分析含布拉格光栅的对称光纤耦合器的传输特性

利用由麦克斯韦方程组直接导出的统一耦合模理论分析各类型的含布拉格光栅的对称光纤耦合器的传输特性。与以前发表的分析方法不同,对于含布拉格光栅的耦合区域,统一耦合模型理论同时考虑了布拉格光栅和耦合的耦合作用。模拟结果证明它能精确地模拟和解释各种类型的含布拉格光栅的对称光纤耦合器的有关实验现象。     

分析布拉格光栅破坏的两纤芯不同的光纤耦合器

进一步推广了描述纤芯不同光纤耦合器的耦合模理论，用于解释被布拉格光栅破坏的两纤芯不同光纤耦合器的耦合现象，理论分析的结果与已报道的实验结果相符，与单独的布拉格光栅所起的反射作用不同,这里布拉格光栅所起的作用主要是引入了强烈的色散，在光栅的频谱范围内使耦合器不再同步，在被布拉格光栅破坏的光纤耦合器的选择性频谱中，其边缘部分出现非常弱的波动，而在其阻带内出现非常强的凹陷。     

膜层传输矩阵理论在布拉格光纤光栅分析中的应用

利用膜层传输矩阵理论研究折射率调制对布拉格光纤光栅传输特性影响.根据传输矩阵理论计算光栅折射率的调制幅度、光栅长度、调制方法等对布拉格光纤光栅的反射率、反射峰波长和半幅宽度的影响.结果表明:膜层传输矩阵理论与传统传输矩阵法、耦合模理论对布拉格光纤光栅特性分析结论一致;采用高调制长度、低调制幅度可以获得良好的布拉格光纤光栅反射峰,而反射主峰位置改变需用调整调制周期.实验和理论对比分析了主峰在1 550nm波长的布拉格光纤光栅反射峰情况,验证了该方法的可行性.与传统方法相比,膜层传输矩阵法计算公式简单、运行速度快,可应用于布拉格光纤光栅辅助设计.     

单层结构光纤布拉格光栅光谱特性研究

基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程,研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性,并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明:随着光栅半径减小,单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移,且谐振波长个数由5个减少到1个,直至最后完全消失;随着光栅外环境折射率的减小,截止半径缩短,当折射率降到1时,截止半径减为0.55μm.     

光纤布拉格光栅中的隙孤子存在条件

提出光纤布拉格光栅中产生隙孤子的条件和参量制约关系。利用非线性耦合模式方程建立光纤布拉格光栅中孤子的传播方程,通过扰动方法建立了参量的微分方程,计算得到参量近似解。以周期非线性光学介质中隙孤子存在的条件为依据,数学计算分析得到两组参量关系不等式。最终通过数值计算说明了这些参量之间存在制约关系和物理意义。从而理论上说明了在光纤布拉格光栅中隙孤子存在需要选择适当参量。为光纤布拉格光栅中产生隙孤子的实验和进一步的工程应用提供了理论基础。     

双重光纤布拉格光栅的耦合理论分析

双重光纤布拉格光栅无论是在通信领域还是在传感领域都有着重要的应用价值。在分析双重光纤光栅折射率扰动特征的基础上,得出了它的耦合方程,并采用数值计算方法,对它的光谱特性及影响光谱特性的因素进行了系统的分析,重点讨论了两个光栅的关联特性,所用的分析方法和得到的结果对双重光纤光栅的制作和应用具有参考价值。     

刻蚀光纤布拉格反射器特性的理论分析

从理论上研究了波导耦合型刻蚀光纤布拉格反射器的特性。采用正交模式耦合理论描述其中的光栅辅助正反向模式耦合，用非正交模式耦合理论描述输入输出接口的模式激发，给出了分析耦合波导布格瓣反射器的角析表达式，分析表明刻光张布拉格反应器中存在三种布拉格反应，在频谱中表现为六个分立的反射峰，与实验结果相符，其反射率不仅决定事系数，还与其结构参数，尤其是Ａｌ２Ｏ３层的厚度，Ａｌ２Ｏ３层与光纤芯的距离以及匹配层折射     

A New Method of Solving Multimode Coupled Equations for Analysis of Uniform and Non-Uniform Fiber Bragg Gratings and Its Application to Acoustically Induced Superstructure Modulation

A new and simple mathematical formulation that is employed to analyze numerically coupled-mode equations modeling uniform and non-uniform gratings in optical fiber is investigated. This method would be straightforward and thus beneficial to solve multimode coupled equations in comparison with a previously used fundamental matrix method, and the Runge--Kutta algorithm. The new formulation proposed in this study is applied to calculate transmission and reflection spectra of core mode and higher-order cladding modes of acoustically induced superstructure modulation caused by microbending through fiber Bragg gratings (FBGs). Co-directional and contra-directional couplings based on acoustically induced modulation in FBGs have been discussed for a variety of induced coupling coefficients.     

非线性二次曝光法制作三角形光纤Bragg光栅

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照"分步写入光纤光栅设计软件"进行曝光分布设计,利用"分步曝光光纤光栅写入系统"进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS-01型光敏光纤,得到了线性范围1.24 nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.     

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅特性研究

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅的纤芯折射率分布函数为矩形波。以三层阶跃折射率光波导结构基础，用弱导标量近似和标量耦合模理论分析折射率调制类型为矩形波的长周期光纤光栅的特性。详细地给出耦合模方程近似处理的方法，并说明了其合理性。用数学软件Matlab进行了数值模拟计算，发现折射率调制类为矩形波的光栅传输谱不是由它的各次余弦光栅谱的线性叠加而成的。还研究了外部环境折射率、包层半径、栅占空比等光栅结构参量对矩形折射率调制的光栅传输谱的影响。同时指出了每阶包层模的双谐振峰位置随栅参量的变化规律。刊■刊『_型，刿j1     

All-Fiber Spectroscope with Second-Order Fiber Bragg Grating for Rotational Raman Lidar

Owing to the second-order fiber Bragg grating possessing narrower reflectivity bandwidth than first-order, an all-fiber spectroscopic filter with several second-order fiber Bragg gratings and optical fiber couplers in the visible region is designed to extract interest rotational Raman spectra. Considering the inference fringe visibility of inscribing fiber Bragg grating and the fiber core index dispersion effect, numerical simulations are made by the improved mathematical model based on an exponential photorefractive dynamic, and its simulative results show better agreement with the experimental data. We propose an all-fiber spectroscopic configuration, which could balance lidar sensitivity against signal-to-noise ratio for optimizing remote sensing performance by fiber Bragg gratings serially. Simulative results show that the thumb principle for fabricating second-order fiber Bragg grating is the increasing gratings length, and that this all-fiber spectroscope can achieve >70 dB suppression to elastic scattering and efficiently extract the rotational Raman signal for profiling atmospheric temperature.     

窄带高反射光纤布拉格反射滤波器

利用改进的非对称六层波导模型，分析了光纤布拉格反射滤波器的特性。讨论了波导结构参数－主要是高折射率层的厚度对器件特性的影响，指出了在制作过程中控制器件反射率的途径。     

折射率直流分量调制对光纤Bragg光栅的影响

从耦合模理论出发,推导了折射率直流分量调制函数与光纤Bragg光栅相位之间的关系式,分析了折射率直流分量调制对光纤Bragg光栅时延特性的影响.利用传输矩阵法进行了数值仿真,仿真结果与理论分析一致.在理论分析基础上,提出采用同一块均匀相位掩膜版灵活制作具有不同线性或非线性时延特性的啁啾光纤光栅的方法,可用于高速光通信系统中不同色散和色散斜率的补偿.     

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.