用粒子群优化算法设计光纤布拉格光栅

用粒子群优化(PSO)算法对二元相位取样光栅进行优化设计.实现了利用二元相位取样光栅对多信道色散和色散斜率的同时补偿.设计得到的二元相位取样光栅的反射谱各信道均匀,时延线性好,带宽、色散量和色散斜率可以根据实际的光纤类型来调整,对折射率调制要求较低.由于只有π相移,因此其制作比多级相位取样光栅相对简单.与其他优化方法相比,粒子群优化算法具有简单、收敛速度快等优点.     

基于级联相移线性啁啾光纤光栅的梳状滤波器设计

为了获得反射带宽大、信道间隔均匀的高性能梳状滤波器,提出一种基于级联相移线性啁啾光纤光栅的新型梳状滤波器的结构设计.利用传输矩阵法和法布里-珀罗谐振腔理论,数值分析了该梳状滤波器中啁啾光栅的级联方式、啁啾量、折射率调制量和级联处的相移量对光栅反射谱特性的影响.结果表明:对应不同的级联方式,反射峰存在疏密变化,即两个级联光栅的啁啾量同号时,反射峰分布均匀对称,可设计均匀滤波器;而两个啁啾量异号时,反射峰呈现出疏密渐变的特性,可设计非均匀滤波器.此外,光栅啁啾量增加,反射谱带宽增大,但是反射率降低,而增大折射率调制量,可以提高反射率;级联处的相移量改变时,每个反射峰位置发生移动,从而可以通过改变相移量选择滤波窗口.     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

一种新颖的超结构光纤Bragg光栅梳状滤波器的设计

报道一种新颖的用于多波长光纤激光器的超结构光纤Bragg光栅（SFBG）梳状滤波器，其突出特点是仅由单个光栅构成、折射率调制和局部啁啾富于变化、反射峰均匀性好、窄带宽和标准的信道间隔.采用基于LP算法的IS光纤光栅设计技术，将整体加窗切趾法改进为各信道独立加窗切趾，成功地设计出所需的SFBG，同时对SFBG的制作技术也进行了探讨.用传输矩阵法分析反射谱、时延曲线和群时延抖动.结果表明，所设计的SFBG满足各项设计指标要求，在DWDM系统中，这种新颖的SFBG可望成为用于多波长光纤激光器的最理想的高性 能梳 关键词： 超结构光纤Bragg光栅 光栅设计 梳状滤波器     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后，通过传输矩阵法的数值计算，发现采用前后不对称的周期结构并调节参数，可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰，因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外，在以高低两种折射率的介质交替分布，并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期，然后进行周期重复构成的光子晶体中，利用通道数等于复周期数减1的规律，并配合各层厚度的调节，设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器，各通道透过峰的透射率均接近100%，由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

基于差分群时延的磁场传感中光纤布拉格光栅结构影响的性能分析

对基于差分群时延的磁场测量方法中光纤布拉格光栅(FBG)结构的影响进行了分析。利用耦合模理论和传输矩阵法仿真,分析了均匀FBG的长度和折射率调制系数对传感系统测量范围和灵敏度的影响。同时改变FBG制作结构,研究了啁啾光栅、相移光栅和切趾光栅的差分群时延性能。并对各种光栅结构的差分群时延峰值大小进行了理论和实验比较。对均匀光栅和相移光栅的实验比较测量表明,采用相移光栅结构可以明显提高传感测量系统的灵敏度,实验数据和理论吻合较好。     

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。     

正弦形构造的光纤光栅自致啁啾效应

结合均匀光栅在受到非均匀应变时会产生啁啾效应的原理,提出了一种利用正弦结构将均匀光栅调制成啁啾光栅的方法。设计了正弦结构的基底材料,将光纤光栅粘贴在基底材料的应变非均匀区,通过施加拉伸载荷将其产生的应变引入FBG栅区,使得FBG产生了啁啾效应,FBG被调制成具有多个反射峰和宽带宽的啁啾光栅;使用有限元软件对正弦结构拉伸载荷下的应变进行了仿真,得到了正弦结构不同位置的应变云图;实验结果在位移载荷最大为8 mm时,得到了带宽增加5倍,反射谱具有多个反射峰的啁啾光栅;结合传输矩阵法对啁啾光栅的反射谱进行光谱仿真重构,仿真光谱与实验光谱趋势基本吻合。     

直接改变光纤折射率实现任意相移光栅的方法研究

提出了一种光照直接改变光纤布拉格光栅(FBG)直流折射率调制强度引入相移的方法.仿真和实验表明,利用该方法可以在FBG上产生任意相移量.对利用该方法设计的相移FBG和传统离散相移FBG的性能进行了比较,表明两者具有相近的反射谱特性.针对光码分多址应用,制作了7位、63位码片的时域相位编解码器,测试结果表明其具有良好的编...     

非对称单侧曝光切趾使啁啾光纤光栅获得优化性能

利用谐振理论对啁啾光纤光栅时延纹波和反射谱边瓣的形成原因进行了分析，研究了单侧曝光切趾方式中引入的非常数直流折射率调制分量对啁啾光栅特性的影响，阐明了切趾技术提高啁啾光纤光栅性能的作用机理，提出了一种能够使啁啾光纤光栅获得优化性能的切趾方法，该方法只需对光栅进行单侧曝光，实现简单. 关键词： 光纤布拉格光栅 切趾 群时延 反射谱     

线性啁啾长周期光纤光栅用作EDFA增益平坦滤波器的理论研究

提出用具有特定折射率调制包络的线性啁啾长周期光纤光栅作为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦滤波器.采用龙格库塔迭代法数值求解该类型光栅耦合模方程,就特定的掺铒光纤放大器增益谱,用Nelder-Mead优化算法对光栅结构参量(光栅长度、周期、线性啁啾系数、折射率调制包络的形状等)进行优化,设计出能在C波段35 nm带宽范围内对掺铒光纤放大器进行平坦化(增益起伏在±0.5 dB之内)的平坦滤波器.     

槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器的传输特性

设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响.结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭,滤波性能更好.槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显,而sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小.这种表面等离子滤波器在高集成度的光学回路中具有一定的应用前景.     

应用粒子群算法进行光学自动设计

将粒子群算法用于光学系统的设计优化中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计了关于曲率半径r、透镜面之间的距离d和玻璃折射率n等光学系统结构参数的适应度函数,用此函数作为评价函数实现对像差的自动校正.给出用粒子群算法进行光学系统设计的实例.结果证明,粒子群算法可以克服以往光学设计中高度依赖初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度.     

取样光纤光栅的多层薄膜分析新方法

将取样光纤光栅看成一个多层薄膜体系,每层膜用界面传输矩阵和膜层传输矩阵表示,将每层的传输矩阵相乘后得到取样光纤光栅的反射谱。数值计算结果表明:取样光纤光栅的总长度、折射率调制深度、占空比、取样周期和啁啾系数等参数都会影响反射谱的峰值和带宽。该模型的精度满足设计要求。     

重构多信道光纤光栅的改进离散层析算法

对重构多信道光纤光栅的离散层析算法进行了优化.在各信道加入相移的基础上,运用非线性最小二乘法对耦合系数进行高斯曲线拟合,降低了折射率调制深度的最大值且可以将剧烈变化的折射率调制深度平滑化.仿真表明,较之改进前的折射率调制最大值(0.001 3),利用新算法在折射率调制最大值为0.000 5时成功设计了一个8信道光纤光栅...     

取样光栅各参量变化对反射谱影响规律的研究

基于耦合模理论,采用传输矩阵法,模拟分析了均匀取样光栅的长度L、周期LA、折射率调制量δneff、啁啾系数f等参量对其反射谱的影响规律,研究了其在多信道色散补偿中的应用.研究和分析表明,取样光栅具有极好的波长选择性,在它的反射谱中通道多且通道间隔稳定,带通窄.在多信道色散补偿中,啁啾取样光栅各个信道的反射谱和时延曲线具有很好的一致性,色散量比较均匀,可以达到1 300 ps/nm,时延抖动小于50 ps.     

基于切趾取样光栅单信道直流平衡技术的光栅滤波器

提出了一种利用取样光栅周期的啁啾平衡切趾取样光栅单信道内直流分量的方法,基于该方法的切趾光栅滤波器具有波长设计灵活小受限于模板周期和只需一次曝光过程、亚微米量级制作精度的优点.利用均匀光栅最大反射率测量模型和零点带宽测量模型得到了实验所使用的载氢光纤紫外光致折射率变化量与曝光时间的关系.在此基础上,利用提出的新方法设计并实验制作了中心反射波长为1549.84 nm,3 dB带宽分别为75 pm和55 pm的两根升余弦切趾光栅滤波器,实验制作与理论设计仿真结果非常接近,成功消除了取样光栅-1级子光栅谱短波长方向处的法布里-珀罗共振现象,得到的光栅滤波器反射谱和透射谱具有良好的对称性,反射谱边带抑制度在20 dB以上.     

FBG反射谱展宽效应的高速解调算法研究

FBG传感器在非均匀应力场下因光栅啁啾而产生反射谱展宽,从而影响了低采样率下高速解调的精度和稳定性。针对这个问题,分析了造成异形反射谱的原因,阐述了在反射谱展宽效应下FBG的高速解调原理。通过实验,对比了高斯拟合、B样条插值以及三次样条插值三种算法的寻峰效果;根据误差理论,结合实验结果,给出了三种寻峰算法在此种情况下的均方差(MSE)以及最大峰值误差(MPE)。结果表明,当FBG传感器反射谱展宽时,三次样条插值算法有更好的稳定性。     

基于差分海洋捕食者优化算法的FBG重叠谱解调方法

随着光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感网络应用越来越广泛,对其复用性的要求也日益提高,但FBG复用可能会导致光谱重叠。针对重叠光谱影响FBG解调精度问题,提出了一种基于差分海洋捕食者优化算法的重叠谱解调方法。采用差分进化算法优化海洋捕食者个体更新位置策略,增强了其跳出局部最优解的能力。对2～4个FBG重叠谱进行了仿真研究,并对2个FBG重叠谱解调进行了实验验证。将所提方法与粒子群算法和海洋捕食者算法进行了性能比较,结果表明：本文方法可以有效降低陷入局部最优的概率,提高了算法的稳定性和可靠性。     

用粒子群算法校正三片镜系统的像差（特邀）

提出将粒子群算法用于三片镜光学系统的优化设计。设计了关于曲率半径、透镜面之间的距离、玻璃折射率、系统长度等光学系统结构参数的光学评价函数,用此函数作为粒子群算法中的适应度函数,实现了对光学系统的自动寻优。给出了用粒子群算法进行三片镜光学系统设计过程实例,结果证明：用粒子群算法可以设计出球差、子午场曲、子午光线弥散值都很小的三片镜光学系统;并且用该算法进行光学设计不需要知道系统具体的初始结构,克服了现有光学设计软件高度依赖具体初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度。