光纖光柵功能型濾波特性及其在光脈沖生成中的應(yīng)用研究.pdf

1、作為一種典型的全光纖式無(wú)源器件，光纖光柵(FBG)具有體積小、易與光纖耦合、損耗小等特點(diǎn)，在光纖通信和傳感器領(lǐng)域有著重要應(yīng)用和廣闊前景。因而FBG濾波性能與器件的持續(xù)深入研究、優(yōu)化，對(duì)于提升其性能和應(yīng)用領(lǐng)域、對(duì)于更好地服務(wù)于光通信與信號(hào)處理有著重要意義。目前，雖然FBG的研究已取得一系列的理論和實(shí)驗(yàn)成果，但是伴隨著新型光信息技術(shù)的發(fā)展和用戶需求的不斷增加，其濾波性能和應(yīng)用面臨著許多新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。本文在已有的研究成果基礎(chǔ)上，圍繞FBG的

2、新穎濾波性能及特色應(yīng)用開(kāi)展工作，大致分為三部分:FBG多信道濾波特性研究、FBG的特殊反射譜的設(shè)計(jì)、基于FBG的脈沖壓縮和脈沖序列生成。
　　 在本文研究過(guò)程中，先后采用了相位等效、傅里葉變換、傳輸矩陣法、泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)等理論方法和仿真手段。首先，以相位空間的等效性，結(jié)合線性啁啾與相移技術(shù)，建立頻域Talbot效應(yīng)的通用化相位條件，以混合技術(shù)達(dá)到多信道密集化的效果;運(yùn)用傅里葉變換法建立光柵折射率調(diào)制與反射譜之間的關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)得到余弦

3、、二次函數(shù)型、直角梯形特殊反射譜;在上述設(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用傳輸矩陣法對(duì)方案和性能進(jìn)行驗(yàn)證，并為FBG在信號(hào)生成領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。其次，利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)法分析光相位調(diào)制的頻率啁啾特性，而后提出以高階色散補(bǔ)償（比如二階、四階色散）方案來(lái)補(bǔ)償頻率啁啾，實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮和生成。本文的主要取得的成果如下:
　　 新型FBG濾波特性研究，集中在多功能型多信道濾波器、具有特殊函數(shù)型響應(yīng)的光濾波器兩個(gè)方向。推導(dǎo)得到通用化相位條件作為混合

4、技術(shù)的基礎(chǔ);由于在通用化相位條件中，啁啾系數(shù)和相移對(duì)相位條件的貢獻(xiàn)是等效的，可以通過(guò)啁啾系數(shù)和相移的不同排列來(lái)設(shè)計(jì)多信道濾波器，實(shí)現(xiàn)不同的信道間隔、色散補(bǔ)償值。并且，可通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)插入的相移值來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)色散補(bǔ)償器。此后，基于對(duì)折射率調(diào)制的傅里葉變換分析，設(shè)計(jì)了具有特殊幅頻響應(yīng)、時(shí)延響應(yīng)的多種FBG。特殊幅頻響應(yīng)包括非對(duì)稱斜率三角形，二次函數(shù)型和四次函數(shù)型，指數(shù)函數(shù)型，直角梯形;特殊時(shí)延響應(yīng)包括:線性、二次函數(shù)型、三次函數(shù)型，甚至可以拓展

5、到更為復(fù)雜的形狀。而后，基于傳輸矩陣法對(duì)濾波性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證，所獲得結(jié)果和理論預(yù)期基本一致，達(dá)到了預(yù)期的效果。此類(lèi)光柵可應(yīng)用于高階色散補(bǔ)償、微波信號(hào)光子學(xué)產(chǎn)生、光脈沖信號(hào)生成、以及光電傳感與解調(diào)中。
　　 結(jié)合相位調(diào)制及啁啾FBG，提出并設(shè)計(jì)了多倍頻（二倍頻、四倍頻等）重復(fù)速率的光脈沖序列生成方案。即一束光經(jīng)相位調(diào)制后被分解為具有正交偏振態(tài)的兩路信號(hào)，分別從相反方向注入一個(gè)啁啾光纖光柵的兩端，由于干涉效應(yīng)，奇數(shù)階邊帶被消除，產(chǎn)生

6、了一個(gè)具有偶數(shù)階邊帶的歸零碼脈沖序列，生成兩倍頻重復(fù)速率歸零碼脈沖序列，其脈沖占空比為33％。進(jìn)一步地，利用正弦信號(hào)調(diào)制線性偏振光，其偏振角相對(duì)于偏振調(diào)制器的主軸成45°;該信號(hào)輸入到啁啾FBG，反射光經(jīng)過(guò)偏振分束器將產(chǎn)生四倍頻重復(fù)速率的脈沖序列。
　　 基于相位調(diào)制和高階色散補(bǔ)償?shù)墓饷}沖壓縮與生成。針對(duì)外光相位調(diào)制的頻率啁啾特性進(jìn)行解析分析，對(duì)被調(diào)制光同時(shí)進(jìn)行二階色散和四階色散補(bǔ)償，被調(diào)制光的頻率啁啾在一個(gè)相對(duì)更大的帶寬中被補(bǔ)