光纖光柵寫入及其應(yīng)用研究.pdf

1、光纖光柵是利用摻雜光纖的光敏效應(yīng)，使單模光纖芯區(qū)長(zhǎng)度上產(chǎn)生折射率的周期性改變而制成的一種新型光纖光子器件。從第一根光纖光柵寫制成功到今天短短二十多年間，光纖光柵無(wú)論是寫入技術(shù)、理論研究還是應(yīng)用方面都獲得了飛速發(fā)展。光纖光柵具有制作在光纖芯區(qū)與光纖完全兼容、反射和透射特性優(yōu)良、附加損耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過(guò)靈活改變光柵的一些物理參數(shù)而得到所需要的光譜特性，這些物理參數(shù)包括：折射率變化、長(zhǎng)度、切趾、啁啾、傾斜以及光柵是否在指

2、定波長(zhǎng)支持模式耦合等。通過(guò)對(duì)光纖光柵的重構(gòu)，還可以設(shè)計(jì)出各種具有不同光譜特性的光纖光柵器件。 本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)光纖光柵的光譜特性、寫制方法、應(yīng)用以及光纖光柵的設(shè)計(jì)等進(jìn)行了的研究。主要內(nèi)容包括： 1.概括介紹光纖光柵的發(fā)展歷史、光纖光柵的分類、光纖光柵的理論分析方法、光纖光柵的各種制作技術(shù)和光纖光柵的設(shè)計(jì)方法以及光纖光柵在光纖通信領(lǐng)域和在光纖傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。 2.采用耦合模理論分析了均勻周期光纖布喇格光柵和

3、長(zhǎng)周期光纖光柵的光譜特性；介紹了傳輸矩陣法對(duì)非均勻光纖光柵的處理；采用三層階躍光纖模型，對(duì)信息產(chǎn)業(yè)部46所提供的C598-302(s)型光敏光纖的纖芯基模和一階各次包層模的有效折射率進(jìn)行了模擬計(jì)算；在數(shù)值模擬長(zhǎng)周期光纖光柵周期和一階各次包層模諧振波長(zhǎng)之間關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上，討論了長(zhǎng)周期光柵周期對(duì)光柵溫度、應(yīng)變敏感特性的影響。 3.在“色心模型”的基礎(chǔ)上，通過(guò)假設(shè)，提出了光敏光纖光致折射率增量與曝光量之間的多項(xiàng)e負(fù)指數(shù)之和變化規(guī)律，

4、并分別采用非平衡光纖馬赫-曾德爾干涉儀和布喇格波長(zhǎng)漂移法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)研究了光敏光纖的雙折射特性，提出了全光纖馬赫-曾德爾干涉儀和光纖環(huán)鏡測(cè)量光敏光纖的歸一化光致雙折射率的方法，得出歸一化雙折射率隨曝光量的按多項(xiàng)e負(fù)指數(shù)之和規(guī)律變化的結(jié)論。 4.提出并實(shí)驗(yàn)論證了光纖布喇格光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振波長(zhǎng)隨曝光量之間多項(xiàng)e負(fù)指數(shù)之和的變化規(guī)律，并研究了長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振波長(zhǎng)與振幅模板占空比之間的關(guān)系；考察了光纖布喇格光柵反射

5、峰值隨曝光量的變化關(guān)系；分別采用縱向應(yīng)力法和利用光敏光纖的光敏性，利用一塊相位模板，寫制了雙波長(zhǎng)光纖布喇格光柵；采用二次曝光法對(duì)光纖布喇格光纖進(jìn)行了切趾實(shí)驗(yàn)；進(jìn)行了取樣光纖光柵、閃耀光纖光柵的寫制，以及布喇格光柵和長(zhǎng)周期光柵的重疊寫入；進(jìn)行了級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)。 5.給出了光纖光柵的一些應(yīng)用研究，包括：利用四個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了EDFA在35.6nm范圍內(nèi)的增益平坦，平坦度小于±0.6dB；在基于光敏性制