长周期光纤光栅透射谱仿真的新方法

《长周期光纤光栅透射谱仿真的新方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2007年第2期广西通信技术2007年06月长周期光纤光栅透射谱仿真的新方法吴清海,秦子雄,曾庆科,欧启标,张守武(广西师范大学物理与信息工程学院,广西桂林541004)摘要:通过对基于三层简化模型的长周期光纤光栅模式耦合机理的研究,提出了一种仿真长周期光纤光栅透射谱的新方法。该方法并不需要象传统的仿真那样需一一求出各损耗峰的位置和带宽,而是直接将某波长下纤芯基模与各奇次包层模式耦合的透射率作为该波长的总的透射率并据此求出整个光栅的透射谱。模拟结果与已有的实验结果进行了对比,结果吻合得相当好。与其它方法相比,该方法直观、简单,编程、调试容易,具有强的可操作性。关键词:包层模;长周

2、期光纤光栅;耦合系数;透射谱中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1008-3545(2007)02-0023-05采用这种方法的一个很大的缺点就是程序的编制、一、引言调试较复杂,并且当光栅参数改变时要反复修正程序,即程序的通用性较差。为此,本文介绍了一种长周期光纤光栅(LPG)是一种能够将纤芯导模拟LPG透射谱的的新方法。这种方法能够很好模的能量耦合到同向传输的包层模式中的新型光纤克服以上缺点,且与已有的实验吻合相当好。器件。它首先被应用于掺铒光纤放大器的增益平坦[1]化,由于其在增益平坦方面的优良性能,很快二、LPG模式耦合机理就吸引了广大研究人员的注意。现在,LPG

3、在短波段的增益平坦化、带阻滤波、带通滤波、光的上模式耦合理论假设受到微扰(调制)后光纤波[2]下路复用、光纤激光器、色散补偿等方面的应导中的模式场并没有发生变化,只是模式之间发生用研究已有报道。研究还表明,LPG比Bragg光纤了能量的耦合(交换)。光纤光栅是光纤波导的折光栅具有更好的应力、温度特性,故其在温度传射率被周期性地扰动(调制)的结果,此扰动可以[3,4]感、应变传感、扭曲传感等领域具有重要的潜用下面的式子表示:在的应用价值。2πδneff(z)=δneff(z)1+mcos[+<(z)](1)Λ迄今,已经有很多文献介绍了对长周期光纤光栅透射谱的仿真,但这些仿真无一例外

4、都是先计算式中,δneff(z)表示直流有效折射率变化(即一谐振波长的位置和每个耦合的损耗峰的带宽然后再个光栅周期内的平均有效折射率变化);m为折射通过适当的选点来仿真长周期光纤光栅的透射谱。率调制指数;Λ表示光栅周期;<(z)描述光栅啁秋。基金项目:广西自然科学基金(桂科回0448011);广西师范大学校重点基金。232007年第2期广西通信技术2007年06月在理想波导中,受到调制的第j个模式(此模必要的。实际上,并不是所有的包层模式都能与纤式可以是纤芯导模,也可以是包层模)的电场的横芯导模发生有效的耦合,所以我们可以保留那些能场分量的变化服从以下的模式耦合方程:有效耦合的模

5、式,摈弃那些不能发生有效耦合的模dAjtz式以简化对长周期光纤光栅模式耦合的计算。基于=i∑Ak(Kkj+Kkj)exp(i(βk-βj)z)dzk此思想,可将(2)式化简为以下的模式耦合方程:tz+i∑Bk(Kkj-Kkj)exp(-i(βk+βj)z)(2a)dRΛk=iσR(z)+κiS(z)(6a)dzdBjtzΛ=-i∑Ak(Kkj-Kkj)exp(i(βk+βj)z)dSdzk=-iσS(z)+κiR(z)(6b)dztz-i∑Bk(Kkj+Kkj)exp(-i(βk-βj)z)(2b)式中:k式中,Aj(z),Bj(z)分别是第j个模式在光纤R(z)=Az<)1ex

6、p[-i(σ11+σ22)]exp(δiz-22中沿z正向和反向传输的振幅,它们沿z轴方向缓z<2πcS(z)=A2exp[-i(σ11+σ22)2]exp(-δiz+2)慢变化;βj为此模式的传播常数;ω=(c表λt其中σ11、σ22分别表示纤芯导模与纤芯导模、包层模示真空中的光速)为光波的角频率。Kkj表示第j与包层模间的耦合系数,由(4a)定义。κ=κ21=κ12个模式和第k个模式的横向耦合系数,它由下式定3,为纤芯导模和包层模式间的耦合系数,由(4b)定义:Λtω义。σ表示直流自耦合系数,定义为Kkj(z)=∫∫dxdyΔε(x,y,z)ekt(x,y)ejt4∞Λσσ1

7、1-221d<3(x,y)(3)σ=δ+2-2dz(7)(3)式中的Δε为波导介质中介电系数的微扰其中量。当δnnn,即调制量非常小时,Δεµ2nδn。轴1π11δ=(β1-β2)-=πΔneff(-)(8)tt2ΛλλD向耦合系数Kkj(z)的计算公式类似于Kkj(z),但d<比Kt(z)小2～4个数量级,可忽略不计。(8)式中的为光栅啁秋引入的耦合系数的变化kjdz对于折射率调制主要集中于纤芯的光纤光栅,项,对于本章所讨论的均匀单模长周期光纤光栅,其纤芯有效折射率变化δnco