光纤光栅技术及应用(光电子材料).pdf

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1、光纤光栅技术与应用许立新王安廷1内容光纤光栅技术与应用内容Part1光纤及光通信技术简介Part2光纤光栅Part3光纤光栅的应用2Part1光纤及光通信技术简介3光纤及光通信技术简介光纤光栅技术与应用光纤通信–以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信光纤通信的优点频带宽、信息容量大传输损耗低、无中继距离远材料丰富抗电磁干扰光纤间串话小，保密性好耐腐蚀、耐高压体积小、质量轻4MonitoringofTsingMaBridgeFBGsensorslocation:–Hange

2、rcables–Rockerbearing–TrussgirderOpticalsensingnetworkwith42FBGsensorstomeasuretemperatureanddynamicstrainofTsingMaBridge.5PolyUOpticalSensorsforOilindustryInstalleda10kmopticalsensingnetworkforliquid-levelandtemperaturemeasurementsinoiltanks.6光纤光栅刻写

3、系统－包括准分子激光器和微动控制系统准分子激光器7光纤光栅50-5-10-15-20Outputpower(dBm)-25-30154815501552155415561558Wavelength(nm)0-10-20-30Reflectivity(dB)-40-5015441545154615471548154915501551Wavelength(nm)8Experimentalsetupofthe80Gbps,DWDMfibre-opticscirculatingloop9Yb-doped

4、DFBfiberlaser100掺YbDFB光-105cm纤激光器，功-20率9.73dBm,-30波长1554.33-40nmOutputpower(dBm)-50-601048105010521054105610581060Wavelength(nm)10光纤通信技术基础光纤光栅技术与应用光纤通信系统方框图光--电--光中继的数字通信单信道全光中继数字通信11时分复用技术光纤光栅技术与应用时分复用TDM－TimeDivisionMultiplexingSignal1Signal2Signal

5、3OpticalFiberMultiplexerDemultiplexerSignaln12波分复用技术光纤光栅技术与应用波分复用WDM－WavelengthDivisionMultiplexingλ1λ2λ1λ2λ3λ3λnMultiplexerDemultiplexerλn13波分复用技术光纤光栅技术与应用密集波分复用(DWDM)：波分复用的频率之间的间隔为200G、100GHz、50GHz或更窄。频分复用(FDM)：更为密集的波分复用。波分复用系统的主要缺点是由于WDM的插入损耗减小了系统

6、的可用功率，信道间的串扰也会恶化接收机的灵敏度，最关键的是波分复用器件的价格仍太高。14时分—波分复用技术光纤光栅技术与应用时分－波分复用Time-FrequencyDivisionMultiplexingTx1Tx2MUXTDMλWDMMUX1Tx(λ）1Tx2λλ1,λ2…λk2λTxnk15时分—波分复用技术光纤光栅技术与应用Lucent公司研制的3.28Tb/s试验系统是目前容量最大的试验系统。系统速率为40Gb/s,共82个波长，光滤波器波长间隔为100GHz，系统工作于C和L两个波段

7、，分别容纳40和42个波长。16Part2光纤光栅17光纤光栅简介光纤光栅技术与应用光纤光栅是在光纤纤芯折射率呈周期性调制的一种光纤无源器件，它是利用掺杂（如锗、硼等）光纤的光敏性，通过紫外曝光导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久变化，在纤芯内形成空间相位光栅。Λ光纤折射率变化部分2π正弦型光栅折射率变化∆n(z)=∆nmaxcoszΛ18耦合波理论光纤光栅技术与应用光纤光栅的光谱特性可通过耦合波理论求得；对于光纤布拉格光栅的，只考虑正向传播模和相反方向传播模耦合的情

8、况，则光纤中场强为E(z)=A(z)f(x,y)exp[i(ωt−βz)]+A(z)f(x,y)exp[i(ωt+βz)]1−1在弱导条件下，其幅度耦合方程为2π∆ndA1(z)kack=maxac=exp(i2δz)⋅A(z)λ−1dziπδ=β−β=β−dA(z)k0Λ−1ac=exp(−i2δz)⋅A(z)1dzi19光纤光栅反射率和透射率光纤光栅技术与应用光纤布拉格光栅的反射率和透射率A(0)ksinh(αL)−1acr==A(0)−iαcosh(αL)+δsinh(αL)1A(L)α