光纤布拉格光栅动态响应特性的计算和分析硕士学位论文

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1、上海交通大学硕士学位论文光纤布拉格光栅动态响应特性的计算和分析姓名：黄沛申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：宋宁20080101上海交通大学学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：黄沛日期：2008年1月15日II上海交通大学学位论文上海

2、交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√”。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：黄沛指导教师签名：宋宁日期：2008年1月15日日期：2008年1月15日III上海交通大学学位论文摘要光纤布拉格光栅动态响应特性的计算和分析

3、摘要光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating,FBG）作为一种线性无源器件，具有插入损耗小、与光纤全兼容，体积小，精度高等优点，在光通信领域和光传感领域已经得到越来越广泛的应用，例如色散补偿器、滤波器、密集波分复用系统中的光分插复用器、温度传感器、压力传感器等。随着光纤布拉格光栅的理论研究的深入和制作工艺水平的提高，不仅其线性特性被广泛应用，光纤布拉格光栅的非线性特性在应用方面也显示了巨大的潜力。本文首先对光纤布拉格光栅的产生和发展以及在光通信和光传感领域的应用进行了详细的介绍，然后对其基本特性进行了说明。本文从麦克斯韦方程和亥

4、姆霍兹方程入手，给出了非线性耦合波方程的推导过程，从数学角度对光纤布拉格光栅的基本理论——耦合波理论——进行了准确的描述。进而采用基于坐标变换结合有限差分的算法，给出了一种避开对所得结果进行坐标变换的具体实现。随后利用该方法编写的基于Matlab的程序，并利用该程序分析了光纤布拉格光栅的线性与非线性动态特性。首先在连续波输入的情况下，对均匀、高斯变迹型和升余弦变迹型光纤布拉格光栅的反射率的动态响应特性进行了分析和比较；接着比较了高斯脉冲输入下这三种光纤布拉格光栅的反射波形和透射波形。关键词：光纤布拉格光栅，非线性耦合波方程，坐标变换，有限

5、差分1上海交通大学学位论文ABSTRACTAnalysisofDynamicalResponseCharacteristicsofFBGAbstractFiberBraggGrating(FBG)isakindoflinearandpassivedevice.Itislow-power,andfullycompatiblewithopticalfiberwithsmallsizeandhighprecisionanditisappliedtoopticaltelecommunicationandopticalsensorfieldasdi

6、spersioncompensator,filter,OADM,temperaturesensor,pressuresensorandsoonmoreandmoreextensively.WithdeeperresearchintotheFBGtheoryandimprovedmanufacturetechnology,notonlythelinearcharacteristicsofFBGgetapplied,buttheFBGshowgreatpotentialasthenonlinearcomponent.Theoriginandd

7、evelopmentandvariousapplianceofFBGinopticaltelecommunicationandopticalsensorfieldisexplicitlyintroducedinthispaper.Itfollowsthatthedeductionofnonlinearcoupled-modeequationsfromMaxwellequations,whichpreciselydescribestheCoupled-modeTheoryoffibergratingmathematically.Tosolv

8、etheequationswithoutanalyticalsolutions,anumericmethodbasedonthecombinationofcoordinate-transfor