基于長周期光纖光柵的傳感器及全光開關(guān)研究.pdf

1、長周期光纖光柵是近年來出現(xiàn)的一種新型光無源器件，它實現(xiàn)了同向傳播的纖芯基模和包層模之間的耦合。由于長周期光纖光柵具有工藝簡單、插入損耗小、無后向反射、對外界環(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特的優(yōu)點，受到了國內(nèi)外廣大學者的關(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。本文以長周期光纖光柵的耦合模理論為基礎(chǔ)，對基于長周期光纖光柵的傳感器以及全關(guān)開關(guān)的特性進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分布出發(fā)，結(jié)合耦合模理論推導(dǎo)出了均勻長周期光纖光柵的自耦合系數(shù)、交叉耦合系數(shù)、諧振波長、帶寬等幾個公式，并對長周期光纖光柵的光譜特性進行了討論。接著從Maxwell方程組出發(fā)，推導(dǎo)了長周期光纖光柵的非線性耦合模方程。為開展對長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周期光纖光柵的全光開關(guān)的