基于线性啁啾布喇格光纤光栅的三角形响应光谱滤波器的简单设计算

《基于线性啁啾布喇格光纤光栅的三角形响应光谱滤波器的简单设计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于线性啁啾布喇格光纤光栅的三角形响应光谱滤波器的简单设计算：本文提出了一种新颖的、简单的基于线性啁啾光纤光栅的三角形光谱滤波器的理论设计方法。该方法具有运行速度快和简单、直接等优点。文中给出的模拟设计的例子有力地证明了该方法的有效性。　　关键词：光纤光栅，啁啾光栅，三角形光谱，边缘滤波器　　　　1.引言　　光纤布拉格光栅（FBG）由于其制备简单、成本低、灵敏度高、耐化学性，加之其自身对电磁干扰[1]免疫传感的优点，已被广泛应用于光通信领域。此外在光纤传感技术领域中，FBG已经被广泛应用于桥梁[2]、石油管道、煤矿安全监测、河流监控系统、土木结构监测、健康监测以及航空航天[3]等诸多

2、领域。对于所有这些传感应用，为了实现解调光纤光栅传感信号，有必要制定一个低成本、高效率的方法来提取传感器信息，从而确定波长峰值位移。近些年来，比较其他高成本、复杂的解调技术，例如非平衡马赫曾德尔干涉仪[4]和法布里帕罗滤波器[5]等技术，比率波长测量方法[6]作为一种简单、低成本，高速度的波长检测方法已经得到了较好的发展。在一个比率波长测量系统里面，作为核心单元的边缘滤波器的边缘特征，如斜率和稳定性将大大影响到测量系统的分辨率。近年来，相关的研究[7]已经证明了，理想的光纤光栅边缘滤波器应该具有很高的稳定性和比较高的斜率。　　我们知道通常情况下，平坦的光纤光栅的反射谱[8]是无法作为

3、一个合格的边缘过滤器的。近来，通过使用基于协方差矩阵方法的适应进化策略算法[9]或加速遗传算法[10]已经被用来计算FBG的三角型反射光谱响应。所有的这些设计方法基本上是基于如模拟退火和遗传算法，遗憾的是，该算法非常复杂并且运算时间非常长。　　最近Bandyopadhyay等人报道了通过使用线性EDGE技术，提出并设计了一个切趾线性啁啾光纤光栅[11]边缘滤波器。这种技术是基于调查不同切趾函数对光纤光栅光谱响应，从而给出一个简单的解决目标。在本文中，我们提出一个三角形响应光谱的光纤光栅滤波器简单设计方法。通过使用这一技术，当一个目标响应光谱给出的时候，我们将直接解决一个非线性函数。这

4、种方法大大简化了设计过程，节省了时间，并且能够提供一个简单的解决方案所需的频谱。　　2.理论分析　　对于光纤布喇格光栅，其有效折射率调制可以表示为[12]　　一旦所需要的a、b、c和d的数值确定下来，折射率变化值dneff(z)能够由等式（7）确定，于是我们就能得到想要的三角形响应光谱的光纤布喇格光栅。　　3.数值模拟实例　　为了演示上述理论模型，我们这里举一个设计实例说明一下。下面的模拟实例基于Yamada等人[13]的传输矩阵法。　　首先，我们假设下列参数成立：z1=L/2、l0=1550nm、m=al0+b=cl2+d=-15、n=al1+b=cl1+d=-5、cp=0.5nm

5、/cm、Ls=100mm和L=30mm。通过等式（7），如图2（a）所示，我们能够得到折射率调制系数分布`dneff(z)和光栅长度之间的关系。但是，由等式（7）所得到的dneff(z)数值非常大，所以所设计的光栅反射值非常大，接近100%，从而导致了图2（b）所示的平坦反射光谱响应，这种响应是不能够作为边缘滤波器用来波长测量的。　　为了克服这种困难，有必要减小折射率调制系数dneff(z)的值，所以我们引入了一个换算系数.A.Davis,H.J.Patrick,M.LeBlanc.K.P.Koo,C.G.Askins,M.A.PutnamandE.J.Friebele,“Fiber

6、gratingsensors”,JournalofLightichael,T.Sun,K.T.V.Grattan,B.Taljsten,“StrainMeasurementonaRailBridgeLoadedtoFailureUsingaFiberBraggGrating-BasedDistributedSensorSystem”,IEEEsensorsJournal,vol.8,no.11-12,pp.2059-2065,Nov.-Dec.2008　　3.A.Hongo,S.Kojima,S.Komatsuzaki,“ApplicationsoffiberBragggrating

7、sensorsandhigh-speedinterrogationtechniques”,StructuralControl&HealthMonitoring,vol.12,no.3-4,pp.269-282,Jul.-Dec.2005　　4.A.D.Kersey,T.A.Berkoff,“Dualeterents”,IEEElectronicsLetters,vol.28,no.13,pp.1215-1216,Jun.1992　　5.A.D.Kersey