薄包層光纖光柵理論及色散特性研究.pdf

1、本論文主要從以下三大部分進(jìn)行闡述：光纖光柵傳輸理論分析、均勻光纖光柵傳輸特性分析以及基于兩種介質(zhì)模型的啁啾長(zhǎng)周期光纖光柵色散特性的數(shù)值分析。作為色散補(bǔ)償器件的一種，光纖光柵具有體積小、插入損耗低、色散補(bǔ)償值大等多方面優(yōu)點(diǎn),而在當(dāng)今光通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。通常，光纖可以看作三層介質(zhì)圓柱形光波導(dǎo)，但由于三層光纖介質(zhì)模型纖芯模與包層模本征方程以及場(chǎng)分布均比較復(fù)雜，在一般情況下，可以簡(jiǎn)化看作兩層光纖介質(zhì)模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析。但是在光纖的包層很薄

2、，即包層半徑較小時(shí)，利用兩層、三層這兩種光纖介質(zhì)模型的本征方程計(jì)算所得的纖芯模有效折射率會(huì)有較大差別。本文主要以光纖光柵的耦合模理論和傳輸矩陣法為主要理論，結(jié)合兩種光纖介質(zhì)模型的本征方程所得纖芯模有效折射率的差別，對(duì)薄包層光纖光柵的傳輸與色散特性進(jìn)行仿真分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）為了更加準(zhǔn)確研究薄包層光纖光柵的傳輸特性，本文基于單軸晶體光纖的兩層介質(zhì)模型與三層介質(zhì)模型所得纖芯模有效折射率的差別，首先分別對(duì)基于兩種介

3、質(zhì)模型的薄包層布拉格光纖光柵FBG的中心波長(zhǎng)、帶寬的差別進(jìn)行仿真分析，后又仿真分析了基于兩種介質(zhì)模型的薄包層長(zhǎng)周期光纖光柵LPFG的中心波長(zhǎng)、帶寬的差別。并根據(jù)所得數(shù)據(jù)，分別仿真了FBG和LPFG的透射譜、時(shí)延以及色散。結(jié)果表明：對(duì)于薄包層光纖，兩層、三層光纖介質(zhì)模型的中心波長(zhǎng)和帶寬有較大差別，并且包層半徑越小，差別越大。并仿真分析光柵的長(zhǎng)度以及折射率調(diào)制深度等參數(shù)對(duì)傳輸與色散性能的影響。發(fā)現(xiàn)光柵的長(zhǎng)度越長(zhǎng)、折射率調(diào)制深度越小，均有利于

4、增大其色散補(bǔ)償能力。
　?。?）為了進(jìn)一步研究?jī)煞N介質(zhì)模型薄包層光纖光柵的色散性能，本文對(duì)基于兩種介質(zhì)模型的啁啾長(zhǎng)周期光纖光柵CLPFG色散進(jìn)行了數(shù)值分析。首先分析比較了低階模式下，光纖光柵包層半徑與包層模序數(shù)對(duì)兩種介質(zhì)模型色散的影響。發(fā)現(xiàn)包層模序相同時(shí)，包層半徑越大，其色散值越??；包層半徑相同時(shí)，包層模序越大，其色散值越大。在相同的包層半徑與包層模序時(shí)，兩層光纖介質(zhì)模型的色散值始終略高于三層光纖介質(zhì)模型。其次利用分段均勻的傳輸矩