基于光纖Bragg光柵非線性的全光開關和可調濾波器研究.pdf

1、光纖光柵具有體積小、波長選擇性好、帶寬范圍大、附加損耗小、易于與光纖系統(tǒng)連接等優(yōu)點,是全光器件的一個重要組成部分。目前光柵的應用領域主要在線性工作區(qū)域,對光柵非線性的研究也大多考慮遠離禁帶時的情況。在這種情況下,入射光功率較小,非線性系數(shù)較低,光柵很短,非線性效應可以忽略,但在增大光纖光柵的非線性系數(shù)和增大輸入的光功率的情況下,卻能實現(xiàn)光纖光柵的光譜特性隨著輸入光功率的變化,從而實現(xiàn)光開關、光邏輯門和可調諧濾波器等全光信號處理器件。光纖

2、的非線性響應在時間fs量級,可以滿足高速信息處理的要求。因此利用光纖光柵非線性效應、通過光控光方式來實現(xiàn)超高速全光信息處理成為一個重要的研究課題。本文主要針對光纖光柵的非線性特性及其在全光信息信號處理方面的應用進行研究。 1.目前研究光纖光柵中非線性效應光子傳輸主要采用耦合模理論,本文首先推導了光纖光柵單路和雙路光輸入時的非線性耦合模方程,該方程可以研究光纖布拉格光柵的傳輸特性。由于邊界條件的特殊性、纖芯折射率的非線性調制及前后

3、向波的自相位調制和交叉相位調制的非線性耦合,幾乎不可能分析求解耦合模方程組,大多只能采用數(shù)值仿真實驗的方法進行研究。 本文研究了基于微擾近似、慢變包絡近似和相位匹配的反射型光纖光柵耦合模方程組的數(shù)值求解技術,根據(jù)邊界條件和光波在光柵中傳輸?shù)奈锢磉^程,建立了光纖Bragg光柵的計算模型,該模型可以對光柵的線性特性和非線性特性及內部電場進行仿真,能夠處理連續(xù)波輸入時的靜態(tài)特性和時變信號輸入時的動態(tài)特性。通過仿真計算,得出了和文獻結果

4、相符的光柵光譜和功率譜。 2.采用上述方法,系統(tǒng)地研究了常見切趾調制下的光柵光纖光柵的非線性光譜及功率譜特性。仿真結果表明,隨輸入功率的增大,光柵光譜反射(或透射)峰向長波方向移動,相移光柵的峰值移動更明顯,表明在相移光柵內非線性作用更強；脈沖經過光柵后會得到不同程度的壓縮,壓縮程度與輸入功率、光柵長度、非線性系數(shù)、調制形式等有關；根據(jù)不同切趾光纖光柵的光譜特性,給出了光柵參數(shù)的優(yōu)化的原則,為非線性光開關的設計提供了理論依據(jù)。