本文關(guān)鍵詞：光纖布拉格光柵F-P腔全光時(shí)間積分器的設(shè)計(jì)

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【摘要】：光纖光柵具有體積小、成本低、插入損耗低、性能優(yōu)異、與光學(xué)系統(tǒng)兼容性好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在光纖通訊和光纖傳感領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。光纖光柵可以應(yīng)用于光纖激光器、環(huán)形激光器和半導(dǎo)體激光器等；可以作為溫度傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變傳感器以及折射率傳感器等；光纖光柵在通訊系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用,可以作為帶通濾波器、帶阻濾波器、色散補(bǔ)償器等。 由于全球通信量的不斷上升和電子計(jì)算機(jī)有限的數(shù)據(jù)處理能力,人們對(duì)于全光網(wǎng)絡(luò)(All Optical Network, AON)和光計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了迫切的需求。而全光時(shí)間積分器又是光計(jì)算機(jī)的重要組成部分。所以對(duì)于全光時(shí)間積分器的研究就顯得尤為重要。 本論文的主要工作是從理論上建立光纖布拉格光柵F-P腔的全光時(shí)間積分器的模型,利用耦合模理論和傳輸矩陣法推導(dǎo)出模型的傳輸函數(shù)表達(dá)式,并且利用matlab對(duì)推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)值模擬,最后對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行分析和討論,得出一些重要的結(jié)論。 FBG-FP采用光纖光柵代替了FP的高反射鏡面,FBG-FP是與普通FP一樣的具有窄線寬諧振峰的濾波器,只是FBG-FP只在光柵的反射帶寬內(nèi)形成FP腔,所能容納的模式數(shù)更少,選頻特性優(yōu)于普通FP腔。 FBG-FP傳輸函數(shù)表達(dá)式為其中是F-P腔的最大透射率,F=4Re/(1-Re)2, Re=Rexp(-2αd)是單個(gè)布拉格光柵的有效反射率。 理想FBG-FP的特性曲線：圖1理想光纖布拉格光柵F-P腔的傳輸和相位響應(yīng)曲線 我們用正弦函數(shù)作為輸入脈沖,得到如下的傳輸曲線： 圖2輸入脈沖為正弦信號(hào)的光纖布拉格光柵F-P腔時(shí)間積分器 基于光纖光柵的光積分器技術(shù)是很有發(fā)展前景的,我們將進(jìn)一步深入研究,反射的均勻光纖布拉格光柵提供一個(gè)電場(chǎng)的時(shí)間積分,該電場(chǎng)的任意輸入信號(hào)沿著總光纖長(zhǎng)度的固定時(shí)間窗口變化。 光纖布拉格光柵的反射譜和相應(yīng)的脈沖響應(yīng)用圖3來(lái)表示,如下： 圖3光纖布拉格光柵F-P腔的反射譜和相應(yīng)的脈沖響應(yīng)(腔長(zhǎng)分別為 圖4光柵布拉格光柵F-P腔的透射譜和對(duì)應(yīng)的脈沖響應(yīng) 布拉格光纖光柵積分器與光纖光柵F-P腔積分器原理是一樣的,如果fl(t)是理想積分器的輸入信號(hào),那么輸出信號(hào)可以這樣來(lái)表示,f2(t)=∫-αt f1(τ)dτ (2) 理想積分器的光譜脈沖響應(yīng)為h(t)=u(t)(3) u(t)是階躍響應(yīng),利用洛倫茲的近似脈沖響應(yīng)不能獲得這個(gè)理想的脈沖響應(yīng),寫(xiě)為h1(t)∝exp(-t/τ)u(t)τ是時(shí)間常數(shù),光纖布拉格光柵F-P腔濾波器是成指數(shù)衰減的脈沖響應(yīng),為h1(t)∝exp(-kt)u(t)其中k=(c/2Ln)ln(r2γ),L是腔長(zhǎng),n是腔的反射率,γ是腔增益,r是光柵的反射系數(shù)。從方程1、2、3中我們可以推斷出,當(dāng)光纖光柵的反射率高、腔增益補(bǔ)償反射損失時(shí),光纖布拉格光柵F-P腔就是一個(gè)光時(shí)間積分器。圖5展示的是級(jí)塊和脈沖響應(yīng)圖,光纖布拉格光柵F-P腔：腔長(zhǎng)1mm:PC積分器：反射率0.99,光纖長(zhǎng)度3mm,1kQ電阻和電容值1μf。光纖布拉格光柵F-P腔積分器不同于RC積分器,由于帶寬和腔的限制,需要更高的頻率。 圖5FP-FBG積分器和RC積分器級(jí)塊 積分器的設(shè)計(jì)功能可以通過(guò)應(yīng)用不同的輸入來(lái)測(cè)試積分器。下面是70ps的高斯單脈沖、兩個(gè)高斯相位脈沖、兩個(gè)π相移高斯脈沖作為輸入信號(hào)。對(duì)應(yīng)不同的輸入脈沖得出相應(yīng)輸出脈沖,如圖6到圖8。輸出脈中和理想積分器的輸出脈沖吻合。 圖6光纖布拉格光柵和光纖布拉格光柵F-P腔積分器的單高斯脈沖響應(yīng) 圖7光纖布拉格光柵和光纖布拉格光柵F-P腔積分器的脈沖響應(yīng)(間隔π相移的高斯脈沖) 圖8光纖布拉格光柵和光纖布拉格光柵F-P腔積分器的脈沖響應(yīng)(有一定相移的高斯脈沖)
【關(guān)鍵詞】：光纖布拉格光柵 F-P腔積分器 脈沖響應(yīng) 帶寬 光存儲(chǔ)單元 超快全光積分器
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-10
• Abstract10-16
• 目錄16-17
• 第一章 緒論17-19
• 第二章 基于光存儲(chǔ)單元的光子積分器19-24
• 2.1 簡(jiǎn)介19-20
• 2.2 操作原理和設(shè)計(jì)典范20-21
• 2.3 試驗(yàn)演示和討論21-23
• 2.4 總結(jié)23-24
• 第三章 超快光子時(shí)間積分器24-34
• 3.1 均勻光纖布拉格光柵一階光子時(shí)間積分器操作原理24-27
• 3.2 基于光纖光柵任意階優(yōu)化積分器27-32
• 3.2.1 操作原理和光纖光柵的設(shè)計(jì)27-29
• 3.2.2 數(shù)值結(jié)果29-32
• 3.3 超快光子積分器應(yīng)用的探討32-33
• 3.4 結(jié)論33-34
• 第四章 法布里-珀羅腔光子時(shí)間積分器的設(shè)計(jì)34-49
• 4.1 簡(jiǎn)介34-35
• 4.2 定量模型35-38
• 4.3 理論深入38-40
• 4.4 數(shù)值分析40-42
• 4.5 討論42-48
• 4.5.1 Q 因子對(duì)時(shí)間集成窗口長(zhǎng)度的影響42-43
• 4.5.2 操作帶寬43-44
• 4.5.3 F-P 活性積分器 SOA 增益恢復(fù)時(shí)間的影響44-47
• 4.5.4 噪聲對(duì)集成結(jié)果的影響47
• 4.5.5 實(shí)現(xiàn)光積分器的實(shí)際問(wèn)題47-48
• 4.6 結(jié)論48-49
• 第五章 光纖 Bragg 光柵 F-P 腔積分器的設(shè)計(jì)49-63
• 5.1 光纖 Bragg 光柵 F-P 腔的傳輸矩陣?yán)碚?/span>49-54
• 5.1.1 光纖 Bragg 光柵 F-P 腔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介49
• 5.1.2 F-P 腔的傳輸矩陣?yán)碚?/span>49-54
• 5.2 MATLAB 模擬54-58
• 5.3 光纖布拉格光柵 F-P 腔積分器設(shè)計(jì)58-63
• 第六章 結(jié)論63-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 碩士期間發(fā)表的論文75-76
• 致謝76

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