外文翻譯（中文）--相移和級聯(lián)長周期光纖光柵

1、<p><b>　　中文2310字</b></p><p>　　出處：Optics communications, 1999, 164(1): 27-31</p><p>　　相移和級聯(lián)長周期光纖光柵</p><p>　　Y. Liu，I.A.R. Williams, L. Zhang, I. Bennion</p>&

2、lt;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我們已經(jīng)得到了關(guān)于相移與級聯(lián)長周期光纖光柵光譜的有用解析形式，并且用實驗結(jié)果論證了上述結(jié)論，實驗結(jié)果與理論符合較好。討論了一個相移的引入是如何改變一個長周期光纖光柵的傳輸譜及如何級聯(lián)兩個長周期光纖光柵在光柵傳輸譜帶中獲得多個傳輸峰。</p><p>　　關(guān)鍵詞：長周期光纖光柵；相移；級聯(lián)；傳輸</p

3、><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　光致長周期光纖光柵（LPFGs），有一個寬的帶寬（大約20nm）,無導(dǎo)模反射，并且已證明了在通信中的許多應(yīng)用，例如，作為摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益譜平坦以及消除放大自發(fā)輻射[1,2]等。長周期光纖光柵的的諧振耦合波長可以根據(jù)應(yīng)用需求而選擇，但是它的帶寬在光柵構(gòu)造過程中卻不能有效地控制。長周期光纖光柵的損耗峰

4、太尖銳以至于不能用作EDFA增益平坦的濾波器[3,4]。因此，我們需要尋找一種方法，該方法能設(shè)計出一個精確的LPG光譜形狀來匹配EDFA增益譜。對于一些其他的應(yīng)用，例如作為LPG傳感器，雖然LPGs比布拉格光柵在壓力、溫度、外圍折射率[5,6]方面更敏感，但它的光柵譜太寬而不能獲得良好的分辨率與信噪比。</p><p>　　在這篇文章中，我們用分析的形式研究了相移LPGs與級聯(lián)LPGs的性質(zhì)。一個更寬且平坦的帶寬

5、或者多個窄線寬的峰在LPG帶中得到實現(xiàn)。與理論相符合的實驗結(jié)果也在這篇文章中被報道。</p><p><b>　　2.理論分析</b></p><p>　　對于光纖中從導(dǎo)模耦合到包層模的光，其電場可以寫為如下形式</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中，與分別為沿著長周

6、期光纖光柵長度方向上的輸入導(dǎo)模與耦合的包層模的幅度。L是LPG的長度，與分別是傳播常數(shù)。是諧振波長的失諧，是LPG的周期。LPGs的耦合模方程可以表示為[7]： </p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　其中，是LP0m包層模的耦合系數(shù)，被稱為耦合強度。這里的LPG可以簡單的看作是兩段(LPG1和LPG2)由一個相移為()和一個長度

7、為的光柵所分開。當(dāng)=0與=0時，它就變成了普通的LPG；當(dāng)=0與時，我們稱它為相移長周期光纖光柵；當(dāng)與=0時，稱之為級聯(lián)長周期光纖光柵?？紤]邊界條件，振幅傳輸率(t)和LP0m包層模的耦合比率(r)可以從方程(2)中解出，并可以寫為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　其中，與分別是LP01纖芯模與LP0m包層模的有效折射率。因此，與描述

8、了普通光柵(i=1,2)包層模耦合率與纖芯傳輸率，并可以從方程(2)解出：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　其中，為有效失諧。把方程(4)代入方程(3)，可以得到[8,9]：</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　當(dāng)=0與d=0時，方程(5)

9、就退化為普通的LPG，由方程式(4)表示并且長度為L1+L2。根據(jù)能量守恒，，我們僅需要討論功率傳輸，對于功率傳輸率T，我們有：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　在研究相移長周期光纖光柵(d=0)時，我們把LPG1與LPG2看做是一根長為</p><p>　　的光柵。我們定義了一個參數(shù)q來計量該LPG中相移的位置

10、：</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　當(dāng)q=0時，相移位于該LPG的中央，然而如果q=，相移就位于該光柵的一端，并且方程(5)就退化為方程(4)所表示的普通光柵。</p><p>　　對于級聯(lián)長周期光纖光柵，相位延遲來源于光在光纖中的纖芯與包層傳輸距離d（兩光柵分開的距離）所產(chǎn)生的。該相位延遲依賴于波長，傳輸譜受多

11、個峰調(diào)制。這種器件與馬赫曾德爾干涉儀相似，兩根光柵充當(dāng)兩耦合器，兩根光柵之間的導(dǎo)模與包層模擔(dān)當(dāng)干涉儀兩臂的作用。相鄰傳輸峰之間的波長間距可以從方程(6)得到，并可以寫為：</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　拍長(導(dǎo)模與包層模產(chǎn)生2相位延遲的距離)由下式給出：</p><p><b>　　(9)</b

12、></p><p>　　對于數(shù)值孔徑NA=0.12和波長的光纖來說，拍長近似為0.3mm。因此，如果我們給兩段光柵間的光纖施加應(yīng)變拍長的力，那么傳輸峰值波長就會移動。因此，它為我們在傳感應(yīng)用中使用這種裝置來提高光譜分辨力提供了可能。</p><p><b>　　3.結(jié)果與討論</b></p><p>　　隨著在中間(q=0)加入了變化相移

13、的相移長周期光纖光柵的計算譜如圖1所示，仿真中使用的參數(shù)是基于周期為475和大約在1520nm處的LP05模的摻硼-鍺光敏光纖。隨著相移的增加，峰值波長向長波方向移動，帶寬幾乎是常數(shù)(11nm)，同時，在主峰處的最大傳輸損耗下降，而在單個旁瓣處的損耗卻增加。</p><p>　　當(dāng)相移是時，有兩個間距為20.7nm的峰對稱的出現(xiàn)在中心波長處，光柵在中心波長處是透射的[10,11]。</p><

14、p>　　在圖2中，我們畫出了引入的相移在離光柵中心取值為q=與時的計算譜。這使我們獲得了一個凹陷、平坦或者是中心凸起的寬譜，它可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整作一些特殊的應(yīng)用。q=時，光柵在7.9nm的譜寬內(nèi)有一個損耗為dB的寬平坦區(qū)域，它的3dB帶寬大約為23nm，是普通LPG帶寬的兩倍。</p><p>　　如果我們移動的相移略微偏離，計算表明光柵的對稱性將會被破壞，當(dāng)相移小于時，光譜偏向長波方向，而當(dāng)相移大于時，光

15、譜偏向短波方向。圖3中，畫出了相移隨著q而變的光柵的光譜圖。</p><p>　　于是，我們可以看出我們可以進一步改變LPG的光譜圖。這種器件的潛在應(yīng)用將是EDFA增益平坦。為了說明這個，我們在圖4中展現(xiàn)了這種器件對典型的EDFA增益譜的影響。這種應(yīng)用需要對光柵波長與峰值損耗的仔細(xì)調(diào)整。</p><p>　　在圖5和圖6中，我們分別畫出了d=50與190mm的級聯(lián)長周期光纖光柵在計算與實驗

16、中所獲得的光譜圖。理論仿真與實驗的細(xì)微差別是由于實驗中光柵的中心波長與強度的略微失諧。d=50mm時(圖5)，相鄰傳輸峰的波長間距為7.9nm。隨著LPGs間光纖距離的增加，我們可以得到一個相鄰傳輸峰距離更近且每個傳輸峰更窄的傳輸譜。對d=190mm(圖6)，圖中有17個間距為2.5nm的傳輸峰，這些傳輸峰有超過3dB的損耗。傳輸峰的線寬由級聯(lián)長周期光柵間的間距與光纖的數(shù)值孔徑NA決定，所以，在一些特殊的應(yīng)用中，我們可以通過選擇合適的L

17、PGs間距與光纖數(shù)值孔徑。</p><p>　　級聯(lián)LPG器件總的譜寬由LPGs的帶寬所限定。一種增加譜寬的有效方法就是減小LPGs的長度但卻始終保持光柵的耦合強度為/4。如果我們把級聯(lián)LPGs的長度減小為cm，同時與mm，我們可以發(fā)現(xiàn)在100nm寬的光譜區(qū)域內(nèi)得到了超過40個傳輸峰的光譜圖。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p

18、>　　我們已經(jīng)得到了關(guān)于相移與級聯(lián)長周期光纖光柵傳輸譜的簡單表達式，從這個式子中，我們可以清楚地明白它的物理意義。使用這些表達式，我們討論了通過選擇不同的相移與位置，一個有許多應(yīng)用(例如，EDFA增益平坦)的修剪光譜圖可以被獲得。使用級聯(lián)長周期光纖光柵，在仿真和實驗中得到了具有多個峰的傳輸譜。這些比單個長周期光纖光柵有更精細(xì)的光譜特征，使得它們更加適合傳感應(yīng)用，在傳感器中，我們都希望能測量波長中的微小漂移。</p>