多模光纖光柵的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的支撐下,隨著光子器件發(fā)展水平的不斷提高,未來通信骨干網(wǎng)、區(qū)域、城域和接入網(wǎng)將跨入WDM光網(wǎng)的時(shí)代,實(shí)現(xiàn)WDM光傳送網(wǎng)的關(guān)鍵是性能優(yōu)越的光器件.自從摻雜石英光纖的感光效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,單模光纖光柵技術(shù)已經(jīng)引起了極大的重視并且被廣泛應(yīng)用于濾波、色散補(bǔ)償、光纖傳感等領(lǐng)域當(dāng)中.而在多模光纖中寫入光柵則在近幾年才被提出.多模光纖光柵(MMFG)具有大孔徑、易耦合、可以承受較大的可恢復(fù)應(yīng)變、波長調(diào)諧范圍大等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),更為重要

2、之處在于具有更寬的反射譜和多個(gè)模式的濾波效應(yīng).因此,在彎路多、損耗大、多節(jié)點(diǎn)、光功率分路頻繁的短距離通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中MMFG器件具有更多地靈活性和高性價(jià)比.本文從理論上和實(shí)驗(yàn)上對(duì)多模光纖光柵的制作技術(shù)、基本理論、數(shù)值分析方法、光波傳輸特性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究.第一章首先概括了光網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵光器件技術(shù)的發(fā)展,探討了各類光纖光柵技術(shù)發(fā)展,分析了多模光纖光柵的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向,總結(jié)了光纖光柵技術(shù)在光通信和傳感中的應(yīng)用及其存在的問題.第二章

3、描述了光纖光柵的光學(xué)特性.總結(jié)和歸納了分析SMFG的基本理論方法以及用于分析MMFG的適用度,針對(duì)MMFG多模式工作特點(diǎn),提出并推導(dǎo)了MMFG主模式分析模型,直觀反映出反射譜特性,所給出的MMFG結(jié)構(gòu)參數(shù)、主模式參量與相位匹配條件的關(guān)系,為設(shè)計(jì)和確定MMFG和導(dǎo)波模、泄漏模、包層模以及輻射模之間的耦合奠定了基礎(chǔ);建立多模光纖FD BPM模型,對(duì)大孔徑多模光纖過渡器進(jìn)行數(shù)值分析,得出最佳的器件設(shè)計(jì)參數(shù),為器件的設(shè)計(jì)研制提供了參考.第三章研

4、究了準(zhǔn)三維時(shí)域有限差分束傳播法及多模光纖光柵的光譜分析.采用分離圓周角向模式群的方法,獲得圓柱坐標(biāo)系下的準(zhǔn)三維時(shí)域標(biāo)量束傳輸方程,基于ADIM和GD對(duì)準(zhǔn)三維光波動(dòng)方程進(jìn)行離散化處理,建立MMFBG的數(shù)值分析模型;采用圓周模式群功率分配方案,有效分析MMF和MMFBG中的多模式光場(chǎng)分布;同時(shí),研究邊界條件處理和激勵(lì)態(tài)對(duì)數(shù)值計(jì)算的影響,采用正弦激勵(lì)源和強(qiáng)制邊界條件對(duì)MMF和MMFBG的模擬分析.第四章研究了光脈沖在多模光纖光柵中的傳輸特性.

5、推導(dǎo)多模光纖中角向模式群的時(shí)延和色散定義,基于光波傳輸方程,采用傅立葉變換和分離變量法建立了光脈沖在MMFG中的傳輸方程,并有效的仿真模擬光脈沖在MMFG中的傳輸過程;基于多模光纖光柵的色散特性,提出多模光纖光柵的色散補(bǔ)償方案.第五章對(duì)多模光纖光柵的研制和性能分析進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.介紹了多模光纖的載氫、光柵的寫入和退火技術(shù);詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)并討論了誤差分析建議;分別測(cè)試了多模光纖Bragg光柵(MMFBG)和長周期光柵(MMFLPG