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.     

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.     

光栅子结构对光纤光栅特性的影响

用传输矩阵法对具有不同参数的λ／４移相结构，多节λ／４移相结构，有效折射率调制结构，耦合系数调制结构和“缝合”误差结构等五种光栅子结构进行了数值模拟计算，模拟结果解释了作者研制的均匀光纤光栅，相移光纤光栅的传输谱，也验证了其他研究小组发表的实验结果，通过对各种结构的系统研究了，提出了一些新的利用光纤光栅的设想。     

Investigation on the bistability of linearly chirped nonlinear Bragg gratings

Based on the nonlinear coupled mode theory, by using the reversely recursive transmission matrix method, the switching characteristics of linearly chirped nonlinear Bragg gratings (LC-NLBG) have been investigated numerically. The results show that, introducing spatial chirp in fiber gratings is helpful to widen the bistable wavelength range, and the influence of the chirp on the switching-on threshold and the on-off ratio of the bistable switching are obvious, the chirp-dependent bistability is due to the difference of the axial distribution of forward wave intensity in the gratings.     

光纤布拉格光栅自致啁啾效应的研究

根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性.设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015 m).对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007 m和0.0055 m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅.原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显.基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图.     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.     

变迹啁啾Bragg光纤光栅的矩阵分析

本文用传输矩阵法分析了各种变迹与线性啁啾Bragg光纤光栅的响应特性,构造了各种变迹函数,进行了比较.分析了变迹函数、啁啾系数、折射率变化量以及光栅长度对反射带宽、最大反射率的影响.找到了最佳变迹函数和量佳啁啾系数.特例中的数值分析表明,补偿100km光纤色散带宽为1nm的最佳光栅长度是140mm,最佳啁啾系数为0.048nm/cm.     

基于保偏光纤取样光栅的宽频带滤波方法

提出一种新型刻录在保偏光纤上的取样布喇格光纤光栅.利用耦合模方程分析了此种光纤光栅的光谱特性,并利用切趾函数对光栅的输出谱进行了优化处理,最终可以实现高品质的宽频带多波长滤波.频带宽度为普通取样布喇格光纤光栅的2倍,经过切趾处理后,此种光纤光栅的边模抑制比也有显著提高.     

线双折射传感光栅中的传输光偏振态分析

 深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响,并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态,偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展,入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时,第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系,两者幅值均与线双折射呈单调递增关系,可应用于传感测量。     

基于级联相移线性啁啾光纤光栅的梳状滤波器设计

为了获得反射带宽大、信道间隔均匀的高性能梳状滤波器,提出一种基于级联相移线性啁啾光纤光栅的新型梳状滤波器的结构设计.利用传输矩阵法和法布里-珀罗谐振腔理论,数值分析了该梳状滤波器中啁啾光栅的级联方式、啁啾量、折射率调制量和级联处的相移量对光栅反射谱特性的影响.结果表明:对应不同的级联方式,反射峰存在疏密变化,即两个级联光栅的啁啾量同号时,反射峰分布均匀对称,可设计均匀滤波器;而两个啁啾量异号时,反射峰呈现出疏密渐变的特性,可设计非均匀滤波器.此外,光栅啁啾量增加,反射谱带宽增大,但是反射率降低,而增大折射率调制量,可以提高反射率;级联处的相移量改变时,每个反射峰位置发生移动,从而可以通过改变相移量选择滤波窗口.     

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     

切趾技术对光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器反射特性优化的研究

利用矩阵分析法,针对两个相同光栅构成的光纤布拉格光栅法布里-珀罗(F-P)腔滤波器进行理论分析。数值模拟分析了光栅长度变化对光栅以及F-P腔滤波器反射特性的影响,指出光栅长度增加对反射特性影响的优缺点,分析利用常用切趾函数对光栅进行切趾,减小由于光栅长度增加导致反射谱的的旁瓣增大,对组成的F-P腔滤波器的反射特性的优化,得到了光栅切趾对F-P腔滤波器的反射特性的影响规律。对于在实际应用中制作出性能优良的光纤布拉格光栅F-P腔滤波器有一定的参考价值。     

基于非均匀取样布拉格光纤光栅Interleaver的设计

对于光纤通信领域有限的带宽资源,波分复用与解复用器件Interleaver是未来密集型波分复用(DWDM)光纤通信网中的关键器件。为此结合非均匀取样光栅Interleaver的基本设计原理,运用耦合模理论和矩阵传输方法对非均匀取样光纤布拉格光栅的传输特性进行了数值模拟计算,并设计了信道间隔为0.8nm的设计实例,反射谱峰值均匀达到80％～95％,传输通道间隔稳定均匀,时延和色散均匀,时延抖动小于200ps。     

光纤光栅耦合系数对其色散补偿性能的影响

本文利用耦合模方程,对具有不同函数形状耦合系数的光纤光栅的色散特性进行了理论和数值研究。通过比较这些线性咽啾光纤光栅对10Gb/s光通信系统色散补偿的效果,揭示了光纤光栅的耦合系数与其色散补偿性能的关系。     

非均匀光纤光栅响应特性的研究

光纤栅在未来光纤通信与光纤传感系统中将关键性作用。本文进行了不同线型光栅迹与喃啾 等波导结构参数下的非均匀光纤光栅响应特性的数值计算,并通过对光栅响应不对称性的研究讨论,提出了光栅响应对称性的两个一般条件。     

Numerical analysis of surface plasmon nanocavities formed inthickness-modulated metal－insulator－metal waveguides

The enhancement characteristics of the local field in the surface plasmon nanocavities are investigated numerically. The cavity is constructed by placing a defect structure in the thickness-modulated metal--insulator--metal waveguide Bragg gratings. The characteristic impedance based transfer matrix method is used to calculate the transmission spectra and the resonant wavelength of the cavities with various geometric parameters. The finite-difference time-domain method is used to obtain the field pattern of the resonant mode and validate the results of the transfer matrix method. The calculation and simulation results reveal the existence of resonant wavelength shift and intensity variation with structural parameters, such as the modulation period of the gratings, the length and the width of the defect structure. Both numerical analysis and theoretical interpretation on these phenomena are given in details.     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.     

Motion characteristics of Bragg grating solitons in rectangle-apodized fiber Bragg gratings

We introduce both concave and convex rectangular apodizations in the middle of fiber Bragg gratings to achieve slow light. Based on the nonlinear coupled mode equations (NLCMEs), the transmission characteristics of grating solitons in rectangle-apodized gratings are numerically simulated and analyzed. The rectangular apodization can change the grating coupling coefficient to give rise to slow and capture the solitons in gratings. The effects of the soliton energy parameters, the width of rectangular apodization and the variation of the coupling coefficient on the soliton transmission are presented. The results show that, the velocity of solitons can be slowed down, and the capability to capture a soliton depends on the energy of input solitons, coupling coefficient, and the rectangular width. Two kinds of soliton capture methods are proposed and compared with each other.     

Fiber Bragg grating sensor demodulation technique by synthesis of grating parameters from its reflection spectrum

In this paper, we present a very reliable simulating algorithm to synthesize the physical parameters of a fiber Bragg grating structure from its reflection spectrum. The knowledge of the gratings parameters allows the determination of the maximum wavelength. The algorithm is then tested to monitor the shift of the central wavelength in response to a change of temperature. Our numerical program uses the transfer matrix method and the Nelder–Mead simplex algorithm. It can be easily implemented in the case of twin Bragg gratings. A twin grating is composed of two identical gratings separated by a short length of fiber. The demodulation technique has been tested experimentally with temperature sensors. It is very accurate and provides absolute measurements.     

光纤光栅温度与轴向应变响应机制分析

本文对温度和轴向应变对长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅耦合波长的影响机制作出分析,通过有代表性的举例计算数值给出了各因素对耦合波长的影响,指出轴向应变对耦合波长的影响除了来自光弹性效应带来的光纤折射率的改变外,光纤半径的变化,特别是光栅周期的改变也起重要作用.对比分析找到了长周期光纤光栅与Bragg光纤光栅温度,应变响应系数数量级异同的原因.