基于液晶超薄涂覆层的长周期光纤光栅温度特性的研究

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1、第八届中国光电通信论坛会议论文集基于液晶超薄涂覆层的长周期光纤光栅温度特性的研究罗海梅李新碗王少石陈建平(上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室)摘要：采用液晶超薄涂覆层的双包层光纤模型，利用耦合模理论对长周期光纤光栅涂覆层折射率、温度特性进行研究，并通过实验和计算机模拟，得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长于超薄涂覆层折射率及温度的关系。关键宇：长周期光纤光栅；折射率；液晶TemperatureResponseofLong-periodgratingscoatedwithLCultra．thinfilmLuoHaimeiLiXinwanWan

2、gShaoshiChenJianping(TheStateKeyLaboratoryofAdvancedOpticalCommunicationSystemsandNetworks)Abstract：Theresponseofadouble—cladfibermodeltotemperatureisstudiedusingcoupled—modetheory．Throughexperimentandsimulation，weobtaintherelationshipbetweentheresonancewavelengthofLPG’Sandtheoverl

3、ayrefractiveindexandtemperature．Theexperimentalresultsfitthecomputersimulationresultswell．Keywords：Long—periodfibergrating；refractiveindex；liquidcrystall、引言长周期光纤光栅(LPG)是一种新型光纤光栅，它能够将光功率从光纤中前向传输导模耦合到前向传输包层膜，在传输一段距离后发生大幅度衰减，使光纤光栅的传输谱中有一个或多个损耗峰。近年来，人们对于简化的阶跃光纤三层模型进行了大量的研究u1，此模型中环境折射率低

4、于光纤包层的折射率。最近，关于具有高折射率纳米厚度涂覆层长周期光纤光栅的双包层光纤模型的研究引起了人们的广泛关注。该研究表明，当纳米厚度涂覆层的折射率高于光纤包层折射率时，通过改变环境折射率或涂覆层厚度等参数，长周期光纤光栅的谐振峰波长会出现大范围的漂移阻1。本文采用高折射液晶作为率涂覆层的材料，通过改变液晶的温度改变其折射率，进而在实验．7】．第八届中国光电通信论坛会议论文集中观察长周期光纤光栅的温度特性。实验结果表明该模型下长周期光纤光栅对温度具有高的响应灵敏度和大的谐振峰漂移范围。并通过计算机仿真，对实验结果进行的比较和分析。2、理论分析长周期光纤光栅

5、是通过紫外光照射单模光纤纤芯使其折射率发生周期性调制而形成的。由模式耦合原理可知，长周期光纤光栅是导波基模与正向传播的包层模之间的耦合，它应当满足相位匹配条件：等‰嘞州h‰。Q)氐。iQ))=罢(1)式中，胛∥，ol和n∥，oi分别为纤芯模和包层模的有效折射率；Jo为第一傅里叶分量系数；‘ol'ol和

6、一．．一L一包纤涂周图1双包层模型结构图1为所研究的双包层光纤模型横断面结构图。该模型中沿z轴方向传播的横截面电磁场分量可用下式来描述⋯：一72—第八届中国光电通信论坛会议论文集Rv(，)=其中，／乇z。。．(“。云)／a，一，．≤‘7．乙．：(“：丢]—·彳：瓦．：(。，：丢)。，备，rlrlf玎扎呵nj铲‘k肝习如f=l，2，3V=吩‰属习(2)式中，，．为半径。，。和t．分别为v阶第l类，第2类一

7、般贝塞尔函数，Z．和足。r分别为v阶第1类，第2类修正贝塞尔函数。n，，n2和n3分别为纤芯，包层和涂覆层的折射率，而n，为环境折射率，刀盯为有效折射率。吒和吃分别是纤芯和包层的半径而‘一眨为涂覆层厚度。另外，根据电磁场在纤芯与包层界面的连续条件以及包层与涂覆层界面的连续条件可求解鸽的函数AI、4、鸽、A4和4。而每一阶包层模的有效折射率都可以通过求解根据横截面磁场连续条件得到的色散方程来得到。3、实验系统设计和实验结果分析3．1液晶折射率测量—．73．．第八届中国光电通信论坛会议论文集我们首先测量了液晶折射率随温度变化的情况。根据文献H一1给出的折射率测量

8、方案，测量液晶折射率随温度变化的实验结构示意图如图2