膜层传输矩阵理论在布拉格光纤光栅分析中的应用

利用膜层传输矩阵理论研究折射率调制对布拉格光纤光栅传输特性影响.根据传输矩阵理论计算光栅折射率的调制幅度、光栅长度、调制方法等对布拉格光纤光栅的反射率、反射峰波长和半幅宽度的影响.结果表明:膜层传输矩阵理论与传统传输矩阵法、耦合模理论对布拉格光纤光栅特性分析结论一致;采用高调制长度、低调制幅度可以获得良好的布拉格光纤光栅反射峰,而反射主峰位置改变需用调整调制周期.实验和理论对比分析了主峰在1 550nm波长的布拉格光纤光栅反射峰情况,验证了该方法的可行性.与传统方法相比,膜层传输矩阵法计算公式简单、运行速度快,可应用于布拉格光纤光栅辅助设计.     

取样光纤布拉格光栅

用传输矩阵法从理论上计算了取样光纤布拉格光栅的反射谱特性,提出了几种最高其谱特性的调制方案。用取样掩模版一次成栅的方法首次获得了波长间隔为０．８ｎｍ和１．６ｎｍ的取样光纤布拉格光栅。     

光子晶体理论应用于取样光纤光栅的研究

将取样光纤光栅近似为引入多个有规律的大尺寸缺陷的一维二元光子晶体,运用光子晶体传输矩阵理论分析了其长度L、周期LA、折射率调制量δneff和采样率p等参量对其反射谱的影响规律,并将所得结果与用取样光纤光栅传输矩阵法计算所得结果进行了比较,得出了用光子晶体理论分析与用传统的模耦合理论分析相吻合的特性。在分析取样光纤光栅的其它性质以及将其应用于实际时都可借鉴此理论,以达到工程实际应用的最佳效果。     

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.     

非啁啾取样光纤布拉格光栅反射峰值波长的分析

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(SFBG)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。     

光纤光栅法布里-珀罗腔的V-I传输矩阵法研究

快速有效地获得多级联光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的光谱特性,是优化设计基于上述结构建立的级联多波长激光器、放大器等各种光器件以及复杂分布式传感网络的重要基础和保障.将V-I传输矩阵法用于光纤光栅F-P腔反射光谱特性的分析,并建立了V-I传输矩阵模型.采用该模型对三种不同结构的光纤光栅F-P腔在不同参数下的光谱特性进行分析,并与传统多层膜法的分析结果相比较,表明V-I传输矩阵法能够在保证分析精度的前提下大大节省运算时间.实验结果表明,V-I传输矩阵法对光纤光栅F-P腔谱特性的分析结果比耦合模法更准确.     

基于非均匀取样布拉格光纤光栅Interleaver的设计

对于光纤通信领域有限的带宽资源,波分复用与解复用器件Interleaver是未来密集型波分复用(DWDM)光纤通信网中的关键器件。为此结合非均匀取样光栅Interleaver的基本设计原理,运用耦合模理论和矩阵传输方法对非均匀取样光纤布拉格光栅的传输特性进行了数值模拟计算,并设计了信道间隔为0.8nm的设计实例,反射谱峰值均匀达到80％～95％,传输通道间隔稳定均匀,时延和色散均匀,时延抖动小于200ps。     

取样布拉格光纤光栅的传输矩阵

根据在一般坐标系下均匀布拉格光纤光栅的传输矩阵,得到了取样布拉格光纤光栅的传输矩阵。利用傅里叶变换得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程。结果表明,在不考虑平均折射率变化的情况下,谐振峰的位置是由光栅的周期和取样周期共同确定的,与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。类似于物理光栅,取样布拉格光纤光栅也存在缺级现象,给出了出现缺级的条件。     

保偏微结构光纤啁啾光栅折射率传感特性分析

将有限元法和传输矩阵法相结合,系统地研究了保偏微结构光纤(PM-MOF)啁啾布拉格光栅的折射率传感特性。仿真研究了光纤空气孔中充入不同折射率被测物时啁啾光栅的反射谱,结果表明随着被测物折射率的增加,反射谱的面积出现明显变化,由此得到了光栅反射谱面积与被测物折射率的关系。分析了中心孔直径、啁啾系数、切趾函数等光栅结构参数对反射谱的影响。分析表明由于光纤两个方向的偏振模对温度、噪声等干扰响应相似,因此利用两个偏振模式反射谱的相对变化进行监测能够有效地降低干扰,提高传感器的稳定性;其次,由于反射谱面积正比于光强,这一方法将光栅的光谱解调转化为光强解调,简化了解调系统,便于现场实时测量。研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。     

大模场啁啾光纤光栅的光谱特性

 将一种矩阵算法拓展应用于数值求解多模耦合模微分方程, 并使用该矩阵算法对大模场啁啾光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。结果表明, 大模场多模光纤光栅因模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰, 这与单模光纤光栅的反射谱不同。由于光栅周期存在啁啾, 大模场光纤光栅的反射峰分裂, 且峰值反射率减小。使用高斯切趾函数可使反射峰分裂在一定程度上得到改善。     

布拉格光纤光栅传感器在非均匀应变场中的响应分析

在非均匀应变场的作用下,布拉格光纤光栅的主要参数有效折射率和光栅周期都会发生非均匀的变化,导致光纤光栅的反射光光谱结构发生变化。在光波导耦合模理论的基础上,建立了布拉格光纤光栅在非均匀应变场下反射光谱的分析数学模型,利用龙格 库塔法对其进行了数值求解。给出了几种典型应变场下的布拉格光纤光栅的反射光谱,并分析了它们的特点。     

光纤光栅反射谱对非均匀应变的展宽响应

光纤布拉格光栅在非均匀应力场作用下，其纤芯折射率及光栅栅距都将产生非均匀变化，本文给出了光纤光栅与非均匀应变场的相互作用模型，建立了反射谱对非均匀应变的响应关系。并给出了线性应力场的实验结果。     

矩形折射率调制型薄膜长周期光纤光栅特性研究

镀膜长周期光纤光栅传感器是目前光纤光栅传感研究的一个热点,但关于此类传感器模型的全面的理论分析目前还很少。本文基于严格的四层模型,从理论上对芯层折射率调制为矩形波调制的薄膜长周期光纤光栅的特性进行了详细的分析。在充分考虑材料色散对光纤芯层和包层的影响后,对薄膜参数、占空比和环境折射率的变化对镀膜长周期光纤光栅的谱特性的影响进行了数值研究。研究结果表明,薄膜参数对透射谱有重要影响,合理设计薄膜厚度可以获得较佳的损耗峰。研究还发现,镀膜后占空比对透射谱的影响减小,而对环境折射率变化的敏感度增加。在占空比为0.5时光栅具有最大的损耗峰值。     

An analysis of As_2S_3 chirped fiber grating formed by two-photon absorption effect

When femtosecond laser pulses interfere with chirped femtosecond laser pulses in As2S3 fiber, a chirped fiber grating is formed. An analytical expression is given to describe the chirped grating, and its Bragg reflectivity is calculated. Because of the high photosensitive effect of As2S3 material, the chirped fiber grating has a wide Bragg reflective spectrum and high reflectivity by choosing proper parameters. This indicates that the chirped fiber grating can be used as a stretcher in the femtosecond chirped pulse amplification (CPA) system.     

Hollow-core grating fiber

We propose a new type of hollow-core fiber where the propagation is ensured by a photoinduced self-pattern acting as a surface relief grating (SRG). The SRG is written by launching a suitable laser beam with proper polarization in a capillary glass fiber with the inner surface previously coated with an azopolymer thin film. Such a grating acts as a wavelength/angle dependant reflective mirror and enhances the confinement and the propagation of the light.     

基于光谱特征分析的光纤光栅腐蚀传感器研究

针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求,提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理,得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型,构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器,解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。研究表明,这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响,还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。随着金属管腐蚀程度加深,其管壁逐渐变薄,光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移,且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。     

弱耦合光纤光栅外腔半导体激光器

报道作者对单频窄宽光纤光栅外腔半导体激光器的一些研究结果。理论上分析了外腔的引入对激光器的阈值增益和光谱线宽的影响，实验上用自行研制的光纤布拉格反射滤波器（ＦＢＲ）与普通多纵模半导体激光耦合，在１．５５μｍ波段，得到边模抑制比大于２５ｄＢ，线宽小于６０ｋＨｚ的激光输出。     

Sampled phase-shift fiber Bragg gratings

A phase-shift fiber Bragg grating (FBG) with sampling is proposed to generate a multi-channel bandpass filter in the background of multi-channel stopbands. The sampled noire fiber gratings are analyzed by Fourier transform theory first, and then simulation and experiment are performed, the results show that transmission peaks are opened in every reflective channel, the spectrum shape of every channel is identical.It can be used to fabricate multi-wavelength distributed feedback (DFB) fiber laser.     

利用非均匀镀铜技术实现光纤光栅的色散可调

提出了一种利用非均匀镀铜技术在光纤光栅的外包层镀上径向均匀轴向厚度渐变的铜膜,通过温度控制来调节光纤光栅的啁啾量,从而实现光纤光栅的色散可调,用于动态的色散补偿。在理论方面,建立了完整的热平衡方程,对轴向厚度渐变镀铜膜光纤光栅在温度控制下的受力情况进行分析;分析了光纤光栅在同时受到温度变化和非均匀应力时的反射、时延、色散等特性,并进行了数值仿真。在实验方面,在自制的均匀光纤光栅上利用先真空镀后电镀的方法镀上了轴向厚度渐变的铜膜,并对镀膜后的光纤光栅利用温度调节装置进行测试,不同温度变化下光纤光栅的特性和理论仿真结果基本一致,从而验证了理论分析的正确性。