基于長(zhǎng)周期光纖光柵的傳感器及全光開關(guān)研究.pdf

1、長(zhǎng)周期光纖光柵是近年來出現(xiàn)的一種新型光無源器件，它實(shí)現(xiàn)了同向傳播的纖芯基模和包層模之間的耦合。由于長(zhǎng)周期光纖光柵具有工藝簡(jiǎn)單、插入損耗小、無后向反射、對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)靈敏度高、體積小、易與其它光通信器件集成和連接等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。發(fā)展短短數(shù)年，其在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域已經(jīng)顯示出了極為廣闊的應(yīng)用前景。本文以長(zhǎng)周期光纖光柵的耦合模理論為基礎(chǔ)，對(duì)基于長(zhǎng)周期光纖光柵的傳感器以及全關(guān)開關(guān)的特性進(jìn)行了理論分析和研究。主

2、要研究工作包括： 首先，從分析單模光纖中纖芯基模和包層模的色散方程以及場(chǎng)分布出發(fā)，結(jié)合耦合模理論推導(dǎo)出了均勻長(zhǎng)周期光纖光柵的自耦合系數(shù)、交叉耦合系數(shù)、諧振波長(zhǎng)、帶寬等幾個(gè)公式，并對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵的光譜特性進(jìn)行了討論。接著從Maxwell方程組出發(fā)，推導(dǎo)了長(zhǎng)周期光纖光柵的非線性耦合模方程。為開展對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵的研究工作打下了良好的理論基礎(chǔ)。 其次，從理論上研究了長(zhǎng)周期光纖光柵的敏感特性，包括溫度響應(yīng)、軸向應(yīng)力響應(yīng)和外界折

3、射率響應(yīng)等。分析表明，諧振波長(zhǎng)的溫度和軸向應(yīng)力以及外界折射率靈敏度與光纖類型、光柵的周期、模式耦合的階次等因素有關(guān)。接著較全面的介紹了長(zhǎng)周期光纖光柵在溫度傳感、應(yīng)力傳感、折射率傳感、彎曲量傳感、扭曲量傳感、電流傳感等各方面的應(yīng)用。 最后，利用分步傅立葉算法和精確的龍格庫塔算法求解了基于長(zhǎng)周期光纖光柵中脈沖演變遵循的非線性耦合模方程，研究了長(zhǎng)周期光纖光柵中的非線性脈沖傳輸，得到了諧振和非諧振兩種情況下基于長(zhǎng)周期光纖光柵的全光開關(guān)的