基于光纤光栅的光纤延迟线研究

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1、Ｉ专业学位硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＩｒ鐵＾ｙＩ＼＞论文题目基于光纤光栅的光纤延迟浅研究专业学位类别工程硕壬谓学号２０１３２２０５０１２３通作者姓名任书源＾指导教师史双谨高工胃■独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工

2、作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：巧书铺日期：年《月／日论文使巧授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）＇巧惠作者签名：巧书源导师签名：建曰期：必年月曰（＜／分类号密级注1UDC学位论文基于光纤光栅的光纤延迟线研究（题名和副题名）

3、任书源（作者姓名）指导教师史双瑾高工电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称光学工程提交论文日期2016.4.12论文答辩日期2016.5.20学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDYOFOPTICALFIBERDELAYLINEBASEDONFIBERBRAGGGRATINGAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeri

4、ngAuthor:RenShuYuanSupervisor:ShiShuangJinSchool:SchoolofOptoelectronicInformation摘要摘要基于光纤延迟线的实时延时技术有效克服了相控阵雷达在宽带宽角扫描情况下出现的波束偏移和脉冲展宽问题。随着光纤光栅写入技术的成熟，光纤光栅器件被广泛应用于光通信和光纤传感领域，近年来也被用于研制光纤延迟线。本文首先对光纤布拉格光栅（FBG）进行了研究。用非规则光波导耦合模理论推导了均匀FBG的耦合模方程，通过方程的解析解得到均匀FBG的反射谱和时延特性，并在此基础上用传输矩阵法分析得出线性啁啾光纤布拉格光栅（LCFBG）

5、的反射谱和时延特性。借助Matlab工具，深入分析了折射率调制深度、光栅栅区长度以及啁啾系数对以上两类FBG传输特性的影响。接下来研究了常用的六种光纤光栅切趾函数，发现切趾能有效抑制光纤光栅反射谱的震荡和时延曲线的抖动，从而改善光纤光栅的传输特性。其中，sinc函数和tanh函数能更加灵活的对LCFBG进行切趾，并能达到更好的切趾效果。其次，理论分析了LCFBG的温度、应变传输特性。温度变化引发的热膨胀效应和热光效应，以及应变引起的光栅周期变化和弹光效应均使得LCFBG的反射谱发生偏移，从而改变了LCFBG的时延特性。然后，实验研究了LCFBG的温度、应变传输特性。裸光纤光栅的温度灵敏

6、度较低，实验时用紫铜片对其进行了贴片式温度增敏封装，结果表明增敏后LCFBG的温度灵敏度提升了3.1倍，在0~70℃温度变化范围内，LCFBG的反射谱中心波长偏移量由0.7nm增加到2.73nm。应变实验采用等强度悬臂梁调制方式，在LCFBG轴向拉伸和压缩两种状态下，使其反射谱中心波长偏移了6.45nm。实验研究发现LCFBG的布拉格反射波长偏移量与栅区温度以及光栅应变的改变量成线性关系，LCFBG的色散在实验的温度和应变变化范围内基本不受影响。最后，研究了基于光纤光栅的延迟线。提出了三种基于均匀FBG的4bit光纤延迟线，详细分析了它们的延时性能。研制了基于LCFBG的5bit延迟线

7、，实现了平均步进为5.39ps，精度为2.46ps，延时范围为0~168.6ps的延时。研究了基于应变调制的LCFBG延迟线，在拉伸和压缩两种状态下实现了延时步进接近于0.1ps，延时范围为-64.5ps~60ps的准连续可调延时。关键词：光纤光栅，温度，应变，光纤延迟线IABSTRACTABSTRACTPhased-ArrayAntennausingconventionalelectricalphase-shiftertechniqueint