基于长周期光纤光栅的带阻滤波器的研究

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1、原创性声明本人声明:所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，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:陈斌日期:2003年5月20日关于论文使用授权的说明本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有关机构可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。论文作者签名:陈斌指导教师签名:张玉书ff;-},日期:20

2、03.5.20日期:2003.5.20吉林大学硕士学位论文提要本文详细介绍了长周期光纤光栅的制作方法，光学特性及其应用;利用弱导光纤近似理论推导了长周期光纤光栅的模式场分布，得到了光栅周期与光波长间的对应关系，这是分析长周期光纤光栅的光谱特性、设计和制作长周期光栅器件非常有用的工具。根据这组对应关系再结合长周期光栅的模式拐合理论，得到了光栅周期、光纤光栅长度及光纤折射率等因素影响长周期光栅光谱的理论表达式及计算结果，并在实验制作中，得到了与理论描述十分接近的实验结果。利用振幅掩模法和扫描曝光法制备出各种强度的长周期光栅。通过一系列长周期光纤光栅的制作实验，系统研究了在长周期光栅制作中，光

3、纤光栅长度、光栅周期和祸合模阶次，光纤折射率变化和氢逸出时间等因素对光栅光谱特性的影响。与此同时，我们利用HF酸溶液腐蚀法来调整长周期光纤光栅的谐振波长和透射强度，以制作符合滤波要求的长周期光栅.吉林大学硕士学位论文第一章引言光纤光栅是光纤纤芯折射率受到周期性微扰而形成的一种新型全光纤无源器件。由于具备高波长选择性、与侈「系统兼容、插入损耗f氏、结构简单、体积小、制备工艺简单、成本丫氏兼等优点，光纤光栩在WDM头丝千通信系统有着广阔的应用前景，所以从第一支光纤光栅的研韦U成功;觑在，光纤光栅及其相关器件的制备一直是国内夕Hf究的热点。'1.1光纤光栅的分类随着光纤光栅应用范围的日益扩大，

4、日歼光栅的种类也日趋增多。根据折射率沿光棚轴向分布的形式，可将紫外写入的光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀乡性纤光栅，如图1.1所示。其中均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度和折射率变化的周期(也称光纤光栅的周期)均沿光纤轴向保持不变的光纤光栅，如均匀光纤Bragg光栅(折射率变化的周期一般为10-1/m量级)和均匀长周期光纤光栅(折射率变化的周期一般为102Enn量级):而非均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度或折射率变化的周期沿光纤轴向变化的光纤光栅，如chirped光纤光栅(其周期一般与光纤Bragg光栅周期处于同一量级)、切趾光纤光栅、相移光纤光栅和取样光纤光栅.均匀光纤Bragg光栅

5、。、{均匀长周期形干光栅chirped光纤光栅取样光纤光栅图1.1光纤光栅的分类吉林大学硕士学位论文长周期V}f光栅也象Bragg光纤光栅一样，可以作为渴度、应变、拉力、压力行气压传感器，并且长周期3}FA枷有着更高的温度和应变灵敏度，所以它冤雹合日二作为若故吏和应变传感器使用。最近，利用长周期夕龄千光栅制成的温度传感器，温度系数已到红组了sonrwioocl'。长周期乡日汗光栅作为温度和应变传感器的测量刁ul与Bragg)b姗相同，这里就不在重复。下面介绍几种长周期光纤光栅所特有的传感器应用。1)长周期光纤光栩折射率传感器:这是光纤州删专感器的一个新的应用方向。由于长周期光栅模式祸合是

6、利用芯与周围介质的折射率差，所以它适合于作为折射率敏传感器。A-过监测光乡)}姗峰值波长的漂移，pjtv确定夕嘟介质的折射率。H.J.Partick研究了扫拼部介质的折射率从1.0变ful1.72时，相应的长周期光栅波长的漂移，并预言了这种折射率传感器实用化的可能胜[912)长周娜曙日晰峭湾传感器:这是利用长凋期光全升七栅芯与包PE模的藕合特性策喊的新型传感器。长周期光栅的藕合模幅度和中心被长都会随光纤的弯曲而变化。长周期光栅能承受光纤曲率半有全从0到4.41m的弯曲，且波长随曲率的变化是非线性的.这种长周期光栅微弯传感器最小可探测的曲率达2X143lm.图1.31"1(a)是LPG微弯

7、传感器的简单结构，13(b)是Li℃的祸合模幅渡疑吮纤曲率的变化关系。吉林大学硕士学位论文畔川L一︸幼助旧间LPG微弯传感器结构(b)LPG招合模幅度随曲率变化关系图1.9LPG微弯传感器及随曲率变化关系3)强度型长周期光纤光栅传感器:这是一种在光纤传感器中非常少见的类型，目前研究结果表明，在三种光纤光栅中，只有长周期光栅具有此种性质。虽然光纤强度型传感器被大量应用于测量之中，由于光纤传感信号的特点，通常都采用光谱监测的测量原理，而