基于光纤光栅用于光通信及传感一些器件的的研究

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1、浙江大学博士学位论文摘要信息技术改变了我们的生活。光纤作为信息传输的主要载体在信息化的过程中发挥了重要的作用，各种类型的光纤型器件共同构建了现代信息高速公路，光纤光栅，包括布拉格光纤光栅(FBG)及长周期光纤光栅(LPG)，由于它们的波长选择特性已经成为光纤通信系统的核心器件；与此同时，基于光纤的各种传感器件还承担了信息采集的重任，为信息的获取发挥了重要作用，光纤光栅由于其本身具有自参考及复用能力，存光纤传感领域也得到广泛应用。本论文就光纤光栅在光纤通信器件及光纤传感领域的几个应用作了较深入的理论和实验研究。论文的主要工作可归纳如下：首先，用耦合模理论和传输矩阵分析法，结合cH编程技术

2、，模拟计算了各种光纤光栅的光谱，包括均匀布拉格光纤光栅、切趾光栅、啁啾光栅及长周期光栅等，并对这些光栅的光谱特性作了深入分析。作为主要人员搭建了光纤光栅制作系统，并利用仪器编程技术实现了光栅制作过程和光谱数据采集的自动化。根据光纤光敏性机理，研制了光纤高压载氢系统，使得在各种类型的光纤上制作光栅成为可能。LPG是一种带阻滤波器件，其光谱阻带形状可根据光栅参数进行定制。详细分析了LPG的光谱特性的基础上，阐述了用于掺铒光纤放大器(EDFA)增益．甲坦的原理；并基于LPG的光谱定制能力，提出了一种结构化LPG用于宽带EDFA增益平坦。该结构化LPG由多段LPG组成，每段具有不同的光栅参数，

3、理论分析了该结构的光谱特性；利用遗传算法针对增益带宽超过80nm的EDFA增益谱进行增益平坦优化，得出光栅各段的参数；根据优化结果实际制作了不平坦度小于±0．69扭的EDFA增益平坦器，给出了全面的实验过程和分析结论，对理论和实验结果作了比较，实验和理论计算符合的很好。同一根光纤上相距一定距离的两段LPG构成了光纤型的马赫一泽德干涉仪(MZI)，MZI的多波长滤波特性可用来实现多波长滤波。对基于LPG的MZI的光谱进行了理论分析，探讨了增加基于LPG的MZI有效带宽的几种方法。提出了一种阶跃型LPG，采用遗传算法优化得到一个宽带平底光谱的光栅光谱，并用该光栅构建一个宽带多波长滤波器；最

4、后实验制作了该多波长滤波器并测试了其光谱特性，并给出了光栅制作过程和分析结论。基于多模光纤光栅(MFBG)的偏振相关损耗，提出了利用MFBG实现掺铒光纤激光器的四个波长同时运转，并可在四个波长之间进行切换。利用掺铒光纤(EDF)两能级理论模型介绍了EDF的放大原理，并阐述了EDF的均匀展宽特性及其作为多波长激光器的增益介质时存在的l’口J题；就如何抑制EDF的均匀展宽并实现掺铒光纤激光器常温下多波长运转比较了几种方法，并重点分析了利用偏振烧孔效应的方法；对MFBG的光摘要谱特性及偏振相关损耗进行了研究，并基于MFBG和重叠腔原理提出了一种同时产生四个波长的多波长掺铒光纤激光器，且调节偏

5、振控制器可实现波长切换。文中对MFBG制作及光纤激光器的工作原理及过程作了详细介绍，并对实验结果进行了分析。LPG的耦合特性决定了其透射谱对环境折射率敏感，基于LPG的MZI由于其特殊的祸合机制使得其具有比单个LPG更精细的干涉条纹，可以提高波长检测的分辨率．理论分析表明，通过改变光纤结构可以提高折射率灵敏度，就如何提高基于LPG的MZI的折射率测量灵敏度提出了两个方案：中间腐蚀LPG—MzI及中间拉锥LPG—MzI。根据这两个方案实验制作了这两个传感器，并对这两个传感器进行了实验测量。实验结果表明，通过改变LPG．MZI中间的光纤结构可以有效提高折射率测量的灵敏度。文中详细研究了该传

6、感器制作的关键技术，并介绍了传感器制作的详细过程。最后，针对折射率传感中温度交叉敏感问题提出了一种双LPG传感器结构。构成该传感器的两个LPG对折射率具有较大灵敏度差异，而对温度变化的灵敏度差异很小。利用这个特性，可以实现温度和折射率同时测量，利用灵敏度矩阵，只要测量获得两个LPG的波长移动量，就可以计算得到环境的折射率及温度变化。这种折射率温度同时测量方案具有结构简单、易于制作等优点。关键词：光纤光栅，光纤光栅制作技术，增益平坦器，滤波器，多波长光纤激光器，马赫一泽德干涉仪，光纤传感器，生化传感器，折射率测量，折射率温度交叉敏感，灵敏度¨浙江大学博士学位论文ABSTRACTInfor

7、mationtechnologychangesourlife．Asamaincarrierofinformationtransmissionmediumopticalfiberplaysanimportantroleintheprocessofinformation．Varioustypesofopticalfiber-basedphotonicsdevicesmakeupamodeminformationhighway．Fibergratin