任意折射率分布光纤的一种有效的近似分析方法

本文讨论了一种任意折射率分布光纤的有效的数值分析方法。光纤折射率分布被多层结构所模拟，矢量波动方程用矩阵来代替，传播常数用４×４矩阵的选代相乘来计算。若光纤的折射率变化是缓慢的，可以进一步简化成２×２矩阵的简单运算。     

一种新颖的超结构光纤Bragg光栅梳状滤波器的设计

报道一种新颖的用于多波长光纤激光器的超结构光纤Bragg光栅（SFBG）梳状滤波器，其突出特点是仅由单个光栅构成、折射率调制和局部啁啾富于变化、反射峰均匀性好、窄带宽和标准的信道间隔.采用基于LP算法的IS光纤光栅设计技术，将整体加窗切趾法改进为各信道独立加窗切趾，成功地设计出所需的SFBG，同时对SFBG的制作技术也进行了探讨.用传输矩阵法分析反射谱、时延曲线和群时延抖动.结果表明，所设计的SFBG满足各项设计指标要求，在DWDM系统中，这种新颖的SFBG可望成为用于多波长光纤激光器的最理想的高性 能梳 关键词： 超结构光纤Bragg光栅 光栅设计 梳状滤波器     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

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.     

含负折射率材料空芯Bragg光纤的束缚损耗特性

将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤,运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算,并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现:在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势,但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤,损耗曲线比较平滑,并且传输波长范围较宽;当空气作为一个介质层的材料时,两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致;当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象,损耗曲线变的更为平滑,说明传输波长范围变宽了。     

非啁啾取样光纤布拉格光栅反射峰值波长的分析

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(SFBG)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。     

折射率调制矩阵的Bragg光栅光谱分布特性研究

为了实现对光纤光栅回波光谱分布的控制,利用传输矩阵法构建了分段调制折射率的数学模型。通过在各个分段中以不同形式的折射率调制组合实现对回波光谱分布的控制,研究了基于不同折射率分布条件下的谱形特性,为实现获取任意形态的Bragg光谱分布提供了理论支撑。系统结合耦合模理论与矩阵传输算法,当分段后子光纤光栅尺寸符合边界条件时,即仍可应用耦合模理论计算,同时又可以将多段的耦合方程以正、反向模式的形式通过矩阵函数进行表达。由此可知,虽然任意折射率调制组合构成的整个光纤光栅不具备通解形式,但分段后的子光纤光栅具有可解析的特性,同时再利用矩阵传输算法可以将m段子光纤光栅的正反向模式进行计算,就能将任意形式光纤光栅的折射率调制函数转化为传输矩阵组,再对其反射率分布场进行解析。最终,可以得到整个光纤光栅的等效正、反模式,即实现回波光谱分布的控制。由理论部分可知,回波光谱分布特性主要受正反向导模耦合系数、纤芯位置、分段数决定,可由(z)和k(z)表示。通过MATLAB仿真分析可知,两参数在(0, 1)范围内对反射率函数具有明显的调制作用。随着控制参数阶数的增大,反射率调制斜率也会增大;当k(0.38, 0.48), (0.52, 0.58)时,反射率调制符合单调特性。从而得到了不同控制参数条件下反射率函数的分布变化,讨论了耦合系数对回波谱形控制的量化效果。实验利用AVESTA公司的Ti: Sapphire飞秒激光器完成了四种不同结构光纤光栅的制作,采用了四种折射率分段调制的FBG结构,分别是：①在m段中Λ₁和Λ₂交替均匀分布;②在m/2段中Λ₁和Λ₂交替均匀分布,其余段随机分布;③在m/2段中Λ₁和Λ₂随机分布,其余段也随机分布;④在整个光纤光栅段折射率随机分布。对以上四种FBG的回波光谱分布进行测试与比较,可知采用分段折射率调制对Bragg光谱特性的作用效果。实验结果显示：当以矩阵组形式的FBG若在m段分布时,则与传统串联型均匀FBG测试效果一致,具有两个明显的Bragg特征峰;而矩阵组在m/2段中分布时,测试光谱仍能明显获取折射率调制特征信息,即存在两个Bragg特征峰,但峰峰值减小,噪声谱增大,半宽变窄。同时,相比交替模式而言,随机分布形式此种变化趋势更为明显。由此可见,通过控制矩阵组分布对回波谱形中特征峰值、半宽及功率谱进行调制。该方法在预先设计折射率调制矩阵的条件下,可以对Bragg光谱分布进行精确控制,实现目标回波谱形的获取。     

椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性

应用全矢量有限元方法,分析了椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射的影响,结果发现：椭圆形高折射率芯Bragg光纤的模式双折射在10－3量级,比传统保偏光纤高出一个量级,且随波长的增加而单调递增;模式双折射随包层低折射率材料填充比的增加而减小,但与包层周期的变化几乎无关.此外,提高椭圆率或材料间的折射率比可显著增强模式双折射.研究结果有助于设计高性能的一维微结构保偏光纤.     

高折射率芯Bragg光纤的色散特性研究

应用超格子模型分析了高折射率芯Bragg光纤的色散特性，讨论了Bragg光纤的色散的比例性质以及光纤的芯径、包层周期、填充率与波导色散的关系，并利用这些关系举例实现了Bragg光纤在1.55μm附近的宽带色散平坦. 关键词： Bragg光纤 模式 色散 波导色散     

基于叠栅的Bragg光纤光栅综合方法的研究

提出一种新的光纤光栅综合方法，将Bragg光纤光栅的层剥离综合算法与光纤叠栅理论结合起来，层剥离综合算法根据需要的反射谱计算出光纤光栅的折射率分布，用多个带切趾函数的光纤叠栅来拟合这个折射率分布，通过改变各叠栅中的相关参数，可以得到适合需要的反射谱，相对误差一般小于4.0%。该方法具有简单、快速、易于实现的特点。     

Fabrication of Tunable Sampled Nonlinearly Chirped Fiber Bragg Gratings with a Simple Method

In this letter a simple method for fabricating tunable sampled nonlinearly chirped fiber Bragg gratings (SNCFBGs) is demonstrated experimentally. A SNCFBG is formed when tension is applied to an etched sampled fiber Bragg grating (SFBG), whose cross-section area's reciprocal varies along the length of the SFBG. The chirp of the grating period and the sampled period can be tuned by adjusting the strain gradients, and the dispersion and dispersion slope can also be compensated.     

间插取样光纤光栅多通道色散补偿器

对间插取样光纤光栅（ISFBG）进行了理论分析和仿真,给出了ISFBG的折射率表达式,提出了一种在较低的折射率调制深度条件下实现通道间平坦度较好的色散补偿器的制作方法.实验制作了由两个取样光纤光栅间插而成的10通道色散补偿器,其时延抖动大都小于20 ps,通道间平坦度小于1 dB.     

Design of multi-channel optical code-division multiple-access encoders and decoders based on sampled fiber Bragg gratings

An encoding/decoding scheme of multi-channel optical code-division multiple-access (OCDMA) system using sampled fiber Bragg gratings (SFBGs) is proposed and numerically investigated. A multiple-phase-shift (MPS) technique based SFBG is first developed as a dense wavelength-division multiplexing (DWDM) device to accommodated multiple channels. The OCDMA scheme is achieved through phase coding/encoding on each individual channel of the SFBG and the auto correlative ratio for each user is larger than 14.3 dB. The whole system exhibits enhanced performance in terms of the capacity and security since the OCDMA technique is simultaneously implemented for all channels using the single SFBG.     

Accurate analysis for reflection-peak bandwidths of sampled fiber Bragg gratings without chirp based on multiple-phase-shift technique

Dense comb-like reflective spectrum is available for a sampled fiber Bragg grating (SFBG) by using multiple-phase-shift (MPS) technique. The expressions for the reflection-peak bandwidths of a uniform SFBG based on MPS technique are derived through Fourier transform of the index modulation. The new expressions can be used to accurately calculate the reflection-peak bandwidths as taking the parameters into account, such as the duty cycle and the “AC” index change. The simulation spectrum based on the transfer matrix method agrees well with the theoretical analysis.     

菲波纳契准周期超结构光纤光栅

采用相位掩模板扫描法,在单模光敏光纤中制备了中心波长为1 541.86 nm,菲波纳契序数为0～9的准周期超结构光栅.通过模拟引入相移过程中纤芯折射率的改变对制作参量进行了优化.传输矩阵分析与实验结果均表明,该超结构光纤光栅的透射谱呈现分形结构,在中心波长附近有六循环和自相似特性.所制备超结构光栅可作为C波段分形结构滤波器件在光通信和全光集成领域得到应用.     

菲波纳契准周期超结构光纤光栅

采用相位掩模板扫描法,在单模光敏光纤中制备了中心波长为1 541.86 nm,菲波纳契序数为0~9的准周期超结构光栅.通过模拟引入相移过程中纤芯折射率的改变对制作参量进行了优化.传输矩阵分析与实验结果均表明,该超结构光纤光栅的透射谱呈现分形结构,在中心波长附近有六循环和自相似特性.所制备超结构光栅可作为C波段分形结构滤波器件在光通信和全光集成领域得到应用.     

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.     

Fiber laser switched by a long period grating interferometer as an intra-cavity loss modulator

In this paper we present an actively switched fiber laser with an all-fiber long-period grating-based interferometer used as an intra-cavity loss modulator. The modulator consists of two equal long-period gratings written sequentially in the same piece of a double-clad optical fiber. One of the gratings is fixed onto a piezoceramic cylinder producing fast modulation of the interferometer transmission spectrum. The laser demonstrates a stable regime of pulsed emission at repetition rates in the range of tens of kHz.     

Wavelength-switchable erbium-doped fiber ring laser combined with a Fabry-Perot laser diode and a sampled grating

We present a wavelength-switchable erbium-doped fiber ring laser consisting of an anti-reflection coated Fabry-Perot laser diode (FP-LD) and a sampled fiber Bragg grating (SFBG). The wavelength switching is obtained easily by the shift of FP mode with respect to the reflection peaks of the SFBG. The proposed laser apparatus not only simultaneously emits two wavelengths but also switches between the two wavelengths by adjusting the modes of FP-LD with a change of the injection current of the FP-LD as little as ∼1 mA. The proposed wavelength-switchable erbium-doped fiber ring laser exhibits high laser performance with side-mode suppression ratio (SMSR) ?50 dB.     

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。