毕业论文-光纤光栅反射谱特性的研究

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1、【标题】光纤光栅反射谱特性的研究【作者】【关键词】光纤光栅；耦合模理论；反射率；数值仿真【指导老师】【专业】物理学【正文】【标题】光纤光栅反射谱特性的研究【作者】【关键词】光纤光栅；耦合模理论；反射率；数值仿真【指导老师】【专业】物理学【正文】【标题】光纤光栅反射谱特性的研究【作者】【关键词】光纤光栅；耦合模理论；反射率；数值仿真【指导老师】【专业】物理学【正文】【标题】光纤光栅反射谱特性的研究【作者】【关键词】光纤光栅；耦合模理论；反射率；数值仿真【指导老师】【专业】物理学【正文】1绪论光纤光栅是利用光纤材料的光敏性（如外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），在纤芯

2、内形成空间相位光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。利用这一特性可构成许多性能独特的光纤无源器件，再加之光纤本身具有低耗传输、抗电磁干扰、轻质、径细、柔韧、化学稳定及电绝缘等优点，因此，光纤光栅在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域均于有着广阔的应用前景。近年来，人们利用光纤光栅作为外光反馈元件构成的光纤光栅外腔半导体激光器除了具有一般外腔半导体激光器的优点外，其波长可控性更好，这种外腔半导体激光器能很好的满足高速、大容量的光纤通信（尤其是波分复用系统）的发展需要。因而近年来光纤光栅得到了很多专家学者的关注。本文对均匀的无啁啾和啁啾光纤光栅的反射谱进行了比

3、较详细的理论研究，所得出的理论结果与其他实验研究者的结果能很好的吻合[1-6]。1.1光纤光栅的发展过程从1966年英籍华人学者高锟在理论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，到1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤，光纤已经发展成为现代通信和光传感网络的代名词。到了现在信息化的二十一世纪，提高光纤通信系统的容量，实现超高速、长距离信息传送，这些对各种高性能的器件的需要十分迫切。由于光纤光栅的出现，成为继掺铒光纤放大器之后在光纤领域的又一次重大技术改革和突破，对它的研究已成为国际上的一个热点。1978年，加拿大的

4、K.O.Hill[7]等人用波长为488nm或514.5nm的氩离子激光在光纤芯中曝光而产生的干涉波，能够导致光纤折射率沿光纤轴向周期性变化，形成所谓的“Hill光栅”，首先发现了光纤中的光致光栅效应，并制作出了第一根光纤布拉格光栅（FBG）[8]。但用这种方法制作的光线光栅，其响应波长要受到激光写入波长的限制。1989年美国的G.Meltz等人利用两束相干紫外光形成的干涉条纹从光纤侧面写入光栅，这就是紫外侧写入技术，可制出布拉格波长与写入波长不同的光线光栅。这种技术不仅提高了光栅的写入效率，而且通过改变两束相干光的夹角，还可以改变光栅的周期，从而达到控制光线光栅布拉格波长的目的，故可以

5、在任何感兴趣的可用波段写入光栅，但对光源的相干性和系统的稳定性有较高的要求。1993年，K.O.Hill等人利用紫外激光通过相位模板后的±1级衍射相干光形成的周期性明暗条纹对光纤曝光，制作光纤光栅，提出了相位掩模成栅技术。这项技术放宽了对写入光源时间相干性和稳定性的限制，使得光线光栅的制作更加容易，使光纤光栅真正走向实用化和产品化成为可能。同年，利用高压载氢敏化技术对光纤进行预处理，提高了普通商用通信光纤的光敏性，降低了光纤光栅的成本。特殊组分和配比的专用光敏光纤，可以很好的改善光纤光栅的传输谱。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率随光强的空间分

6、布发生相应变化的特性（也称光致折射率变化）。利用光致折射率变化的效应，在纤芯上形成周期性的折射率调制分布，对入射光波中相位匹配的频率产生相干反射，反射率可达100％。光纤的这种光致折射率变化具有稳定性，可永久不变，其作用是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输。通过提高光纤的掺杂浓度，可以提高其光敏性。像刚刚提到的高压载氢技术也可以提高光纤光敏性，这种方法可以使光纤的光敏性提高两个数量级，使在普通光纤上制作高反射率的光纤光栅成为可能。还有就是可以通过在光纤中掺入具有较强

7、光敏性的稀土离子，例如Sn4+、Ce3+、Pr3+和Er3+等，达到增敏的目的。但必须指出，光纤的光敏性尽管已经发现20多年了，但人们对其物理起因和微观机理目前还不是很清楚，较为普通的理论模型是“色心模型”[9]：由于诱导光（紫外光）的作用，光纤中原子的某些键被破坏，产生的自由电子进入光纤材料的色心陷阱中，从而改变了光纤的吸收、散射等光学特性，折射率出现了变化。1.2本课题的研究现状目前，国内外对均匀光纤光栅、线性啁啾光纤光栅、级联