光栅致双折射引起偏振相关损耗的理论分析

应用耦合模理论,给出均匀布拉格光纤光栅在考虑光栅致双折射时的透射与反射系数的解析式,按照测量偏振相关损耗(PDL)的确定性与非确定性两种方法,推导出了均匀布拉格光纤光栅中偏振相关损耗的解析公式。理论分析表明,该公式能够准确分析弱双折射光纤或者各向同性光纤上写入的均匀布拉格光纤光栅的偏振相关损耗特性,同时数值模拟高双折射光纤上写入的均匀布拉格光纤光栅偏振相关损耗特性,得到的结果也与已有实验曲线相近。     

基于光纤光栅偏振特性的横向压力传感器

与通常的基于光谱分析的光纤布拉格光栅(FBG)传感器的原理不同,提出一种利用FBG的偏振相关损耗(PDL)特性来实现横向压力测量的新方法,从理论和实验两方面研究了FBG在横向压力作用下PDL参数的响应机制,建立了利用PDL实现横向压力传感的理论模型并进行了数值模拟。理论分析表明,FBG的PDL对横向压力的响应非常敏感,在小压力条件下比单纯的光谱分析更适合于测量横向应力。实验中在0~180 N的横向压力条件下,以PDL随波长变化曲线的质心高度和两峰值的波长间隔分别作为编码实现了解调,获得了在小压力(0~80 N)情况下0.06 dB/N和大压力(81~180 N)情况下2.5 pm/N的灵敏度,实验和理论模拟结果相符,证实了该方法的可行性。     

外界条件对FBG反射偏振相关损耗特性的影响

利用光纤光栅反射偏振相关损耗对外力场信息的变化进行监测,提高了测量性能,并研究了光纤布拉格光栅(FBG)反射偏振相关损耗(RPDL)随外界条件的变化。运用耦合模理论得出外界条件变化量与反射偏振相关损耗间的关系式,并模拟了温度、应力、压力的改变对反射偏振相关损耗谱线的影响。仿真结果表明:光纤光栅反射光的偏振相关损耗对外界温度、应力的变化不敏感,但却明显地依赖外界压力的变化。     

光栅参数对线性啁啾光纤光栅偏振特性的影响

研究了单模线性啁啾光纤光栅的偏振相关损耗特性。运用耦合模理论和传输矩阵分析法推出了反射光的偏振相关损耗,并模拟了光栅的反射谱和偏振相关损耗随光栅参数和双折射量的变化曲线。模拟显示双折射值的变化对啁啾光栅偏振相关损耗的影响非常显著, 尤其是在带边比较陡峭时。啁啾光栅的偏振相关损耗也受光栅的啁啾系数和调制深度的影响。这表明线性啁啾光栅的偏振相关损耗不光依赖光栅双折射量,还依赖其啁啾系数等其他参数。实验结果与理论模拟基本吻合。     

偏振模色散及偏振相关损耗对光传输链路相关特性的影响

在同时考虑偏振模色散(PMD)及偏振相关损耗(PDL)情况下，分别通过理论和蒙特一卡罗方法研究了光传输链路的输出信号偏振态相关函数。首先，从理论上得到了光传输链路的输出信号偏振态相关函数的解析表达式，而后，利用蒙特一卡罗方法进行了模拟研究，理论和模拟的结果能很好地吻合。研究结果表明，当光传输链路的偏振模色散值不变时，随着传输链路偏振相关损耗的增大，输出偏振态归一化自相关函数的线宽变宽；而在光传输链路的偏振相关损耗一定的情况下，随着光传输链路的偏振模色散的增大输出偏振态归一化自相关函数的线宽变窄。     

光纤偏振模色散和偏振相关损耗对超短光脉冲传输的影响

采用琼斯矩阵与随机耦合的波片模型（Monte—Carlo）方法相结合研究了在偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）共同作用下,超短光脉冲经光纤传输后脉冲被展宽的统计特性。结果表明,通过与偏振模色散的相互作用,偏振相关损耗可以引起光脉冲的压缩效应,同时脉冲展宽和压缩的概率密度分布与光纤偏振模色散及偏振相关损耗的相对数值存在十分密切的关系。在偏振模色散为0．05ps／km^1/2,光纤长度为75km的情况下,当偏振相关损耗均值从0．07dB／km增加到0．49dB／km时,光脉冲被压缩的概率从4．3％增大到92．9％。无论何种情况下,脉冲压缩和展宽的概率密度均可用瑞利-麦克斯韦分布函数进行描述。     

偏振相关损耗和PMD共同作用对群时延带来的影响

本文利用琼斯矩阵对偏振模散(PMD)，偏振相关损耗(PDL)以及偏振相关增益(PDG)在光纤通信系统中的联合作用下差分群时延的性质进行了研究。提出了PDL和PDG对系统影响的等效性，研究了PDL和PMD级联的模型，比较了PDL和PDG对系统影响的大小，并用数值模拟验证了理论的正确性。     

阵列波导光栅解复用器的偏振相关损耗的优化

对硅基二氧化硅阵列波导光栅解复用器(AWG DEMUX)的偏振相关损耗(PDL)进行了优化。理论分析了引起AWG偏振相关性的物理因素以及消除偏振相关性的工艺方法和条件。利用化学气相沉积、光刻和刻蚀等半导体工艺制备了AWG DEMUX芯片,并结合理论分析对包层材料中的硼(B)、磷(P)含量进行了优化调整,成功地将芯片的PDL降低至0.12 dB,使PDL参数满足芯片的商用化需求。     

基于光纤布拉格光栅偏振相关损耗的温度与侧向力的同时测量

由耦合模理论分析得出,光纤布拉格光栅反射偏振相关损耗峰值位置对于温度和侧向力的作用有不同的响应特性。可通过相关灵敏度系数矩阵,用单根光纤光栅实现对温度和侧向力的同时测量,此方法解决了温度应力交叉敏感问题。实验测得反射偏振相关损耗左峰和右峰的温度灵敏度分别为0.0101nm/℃和0.0100nm/℃,侧向力灵敏度分别为0.0071nm/N和0.0005nm/N,温度和侧向力测量精度分别为±1℃和±0.6N。此方法具有核心传感元件简单、稳定性好、易于埋入被测材料内部进行实时监测等优点,是一种检测材料内部结构和环境温度变化的新方法。     

低双折射均匀光纤布拉格光栅斯托克斯参量的研究

根据耦合模理论和琼斯矩阵与斯托克斯矢量的关系给出单模均匀光纤布拉格光栅(FBG)反射和透射斯托克斯参量公式,数值模拟出低双折射单模光纤均匀FBG在不同双折射值下反射和透射斯托克斯参量随波长变化的曲线。结果显示4个归一化斯托克斯参量中,s1关于中心波长λ0呈反对称分布,S0,s2和s3关于λ0呈对称分布;双折射值增大谱线不产生漂移,但谱线反射带宽变窄,反射信号与透射信号斯托克斯参量振幅均有不同程度的变化,表明双折射值对斯托克斯参量的影响非常显著。测出单模光纤均匀FBG反射和透射斯托克斯参量随波长变化曲线,理论分析与实验结果基本符合。     

光纤光栅偏振模色散研究

对光纤光栅的偏振模色散特性进行了深入的研究，特别是啁啾光纤光栅色散补偿器的偏振模色散。研究表明啁啾光纤光栅色散补偿器的偏振模色散主要由光栅的双折射系数、色散量决定，提出了制作低偏振模色散的色散补偿器的方法。     

级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的光学特性

基于耦合模理论及传输矩阵法,给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵,理论模拟了CLBG的反射谱,得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上,模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知,CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感,其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级,表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。     

偏振相关损耗对偏振模色散补偿系统性能的影响

数值分析了40Gb／s占空比50％的归零码（RZ）、占空比38％的RZ和载波抑制归零码（CSRZ）3种不同码型系统中偏振相关损耗（PDL）对偏振模色散（PMD）补偿的性能，并和不考虑PDL的情况作了比较。结果表明，由于PDL的存在，导致补偿系统的补偿性能恶化严重，使得损耗概率增加，眼图张开度减小；3种码型中，CSRZ码型系统的缓解性能比其他两种码型要好。     

光纤光栅布喇格波长调谐特性的研究

对1550nm光纤光栅在应力作用下布喇格波长的偏萨特性进行了实验研究。当纵向拉伸应力加至367．6克时,得到了5．02nm的调谐范围。这可能是在相同应力作用下,目前所报道的最好结果。