【摘要】：光纖Bragg光柵(縮寫FBG)是在1978年由加拿大的K.Hill等人首次發(fā)明的,它是一種全光纖器件,經(jīng)常用于過濾器和激光反射器,在光纖通信技術(shù)、光纖溫度傳感器、紅外線遙感技術(shù)、光纖激光器的應(yīng)用、微波通信技術(shù)、生物光學(xué)技術(shù)及光信息及其處理等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。本文提出一種基于腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)測量FBG反射率方法,并就相關(guān)關(guān)鍵問題作詳細(xì)研究,主要研究內(nèi)容如下:1、利用耦合模理論探討FBG的反射特性,討論光柵長度L、耦合系數(shù)k對其反射特性的影響。研究結(jié)果表明:隨光柵長度L的增加FBG的反射率逐漸變大,隨著光柵長度L的增加FBG的反射帶寬卻逐漸變窄,隨著耦合系數(shù)k的增加峰值反射率r_(max)也變得越來越大。2、提出一種研究FBG對不同線型光信號入射響應(yīng)的線性系統(tǒng)分析方法,建立相應(yīng)的系統(tǒng)分析模型。理論研究FBG對高斯線型光信號入射響應(yīng),實(shí)驗(yàn)研究FBG對準(zhǔn)洛倫茲線型與高斯線型光信號入射的響應(yīng)。高斯線型光信號源為InP/InGaAsP多量子阱半導(dǎo)體的自發(fā)輻射光,準(zhǔn)洛倫茲線型光信號源為摻鉺光纖的自發(fā)輻射光。研究結(jié)果表明:FBG對入射光信號的影響發(fā)生在FBG Bragg波長附近3 dB帶寬范圍內(nèi),只與FBG的透射函數(shù)有關(guān),而與入射信號波形無關(guān),同時(shí)驗(yàn)證了FBG的帶阻濾波效應(yīng),表明FBG Bragg波長及其帶寬范圍內(nèi)的所有光波被FBG反射回去,其它波長光波順利通過FBG。3、提出并論證一種基于FBG-FP CRDS的高反射率FBG測量方法,給出其工作原理,導(dǎo)出腔衰蕩(CRD)時(shí)間與FBG反射率之間的函數(shù)關(guān)系,并進(jìn)行數(shù)值仿真,理論研究結(jié)果表明:FBG-FP腔的輸出特性可分為建立、穩(wěn)定和衰蕩三個(gè)階段。FBG反射率測量測量分三個(gè)步驟:1)確定模式(由波長表征);2)測量某一模式下的CRD時(shí)間,根據(jù)CRD時(shí)間與FBG的反射率間的關(guān)系式,計(jì)算出FBG的反射率;3)重復(fù)1)、2)兩步,測量FBG在其它模式(波長)下的反射率,利用擬合方法,得到FBG的反射特性曲線。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:FBG的反射率是波長的函數(shù),在1550.09 nm處的反射率為99.37%。當(dāng)然,該方法也同樣適用于測量FBG低反射率。
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253
【圖文】：

FBG 的光柵周期與傳輸波長相比擬，LPG 的光柵周期是傳輸波長的幾十倍甚至上百倍。圖1-1 光纖光柵結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 Structure of FBG加拿大的 K.Hill 等人于 1978 年首次發(fā)明出 FBG[2]。其制作方法主要有：光纖光柵線上制作方法、逐點(diǎn)寫人法、相位掩膜法、橫向側(cè)面干涉曝光制作法等。其制作原理是：利用摻鍺光纖中鍺粒子對紫外光（245 nm）照射的敏感性，產(chǎn)生永久性折射率分布的改變。這主要的原因是摻鉺光纖在 245 nm 處具有很強(qiáng)吸收峰。根據(jù) Kramers-Krong 關(guān)系，折射率的周期性變化是由吸收的周期性變化引起。描述 FBG 的參數(shù)是 Bragg 波長，帶寬寬窄，光柵長度的長短，周期大小和反射率大小等。FBG 的長度和周期可以在制作過程中精確控制，F(xiàn)BG 的 Bragg 波長和帶寬可通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)精確測量，F(xiàn)BG 的反射率則通過耦合模理論等理論計(jì)算方法得到，缺少必要精確的實(shí)驗(yàn)測量。

為光柵的周期。FBG 是一種新型的光纖光柵，由單模石英光纖經(jīng)紫外光照射而成。結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示。圖 2-1 光纖光柵采用相位掩模法制作Fig.2-1 Fiber grating fabricated by phase mask method

2.2.3 FBG 反射率隨著布拉格失諧量 δL 化的關(guān)系根據(jù)公式(2-73)，在 kL 不同情況下，光柵的反射率 R 隨著布拉格失諧量 δ間的關(guān)系用下面公式表示:)()()cosh(()-()-sinh(()-())22222222kLLkLLkLLRδδδ=(2下圖 2-4 就是 FBG 反射率 R 隨布拉格失諧量 δL 的變化關(guān)系。

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本文編號：2763313