当前位置：文档之家 › 光纤光栅的特性分析

光纤光栅的特性分析

  • 格式：doc
  • 大小：610.50 KB
  • 文档页数：8

一、 实验要求

对光纤光栅进行特性分析；

分析，光栅长度、分层数、谱宽等参数对反射光谱的影响；

利用MATLAB进行程序设计，通过软件仿真的形式实现

二、 实验原理

光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。

光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。人们利用这种效层内折射率看成不变利用00exp()0=0exp()iiLAYERiijkndMjknd。最后利用矩阵的叠成得到光纤光栅总的传输矩阵应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。

光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。

光纤光栅有很多种分析法，但目前技术都不太理想。由于反射率是反映光纤光栅特性的一个重要参数。这里利用分层的思想将光纤光栅分层处理，每一层看做折射率n恒定不变，层与层之间折射率不同利用，nnnnijijINTERFACEijijnnMnn11122122MMMM。光纤光栅的反射系数121111rEzMEzM，反射率R=2r。根据不同的入射光波长有不同的反射率，最后绘出反射率与入射光波长的图谱。

以此实现对光纤光栅的特性分析。

三、 实验方案

我们取得是48.645*10^(-4)的光纤长度，15000的分层数，350个点。

1、程序：

clear;

nn=15000;

a=48.636*10^(-4)/nn;

di=a;

i=1;

for z=0:a:48.636*10^(-4)

n(i)=1.452+0.75*10^(-3)*((sin(pi*z/(535*10^(-9))))^2);

i=i+1;

end

wl=1.5541*10^(-6);

t=1;

for k0=1550*10^(-9):0.02*10^(-9):1557*10^(-9)

M=[1 0;0 1]; for i=1:1:nn

M1=[n(i)+n(i+1),n(i)-n(i+1);n(i)-n(i+1),n(i)+n(i+1)]/(2*n(i));

M2=[exp(j*((2*pi)/k0*n(i)*di)),0;0,exp(j*(-1)*(2*pi)/k0*n(i)*di)];

M=M*M2*M1;

end

r=M(2,1)/M(1,1);

R(t)=(abs(r))^2;

t=t+1;

end

plot(R)

2、结果截图：

图一、按步进画图的结果

图二、按波长画图的结果

四、 数据分析

通过对参数的修改我们可得到以下结论：

1.反射率与光栅长度的关系

反射率是光纤光栅的一个重要参数2.14和2.15直接描述了反射率R和光栅长度L的关系。下面图3.1,3.2,.3.3分别描述了不同耦合系数（即不同n）时候，R和L的关系。光栅中心波长nm5.827，V＝2.405，)11(*2VnnC折射率扰动n分别为444410*4,10*3,10*2,10*1。

反射率与光栅长度的关系

可见对折射率扰动大的光栅，长度较短也可以达到高的反射率。

描述n分别为334410*2,10*1,10*8,10*6时，反射率与光栅长度的关系。

反射率与光栅长度的关系

描述n分别为555510*4,10*3,10*2,10*1时，反射率与光栅长度的关系。

反射率与光栅长度的关系

2.有效长度cL与折射率扰动的关系

取反射率R＝0.9时，光栅长度为有效长度cL，可得有效长度cL与n的关系。

n从0变化到410*5，其他参数仍照上面选取，可以得到如下曲线：

光栅有效长度和折射率扰动的关系

可见在反射率一定的情况下，折射率扰动越大，光栅的长度可以做的越短。图3.5,3.6描述了n从0变化到310*5，0变化到510*5 时候cL与n的关系。

光栅有效长度和折射率扰动的关系

光栅有效长度和折射率扰动的关系

3.谱线宽度

光栅的另一个重要特性是谱线宽度，我们取半峰谱线宽度为光栅线宽。图.3.7描述了n变化对的影响。折射率扰动大会加宽谱线带宽，光栅的谱线宽度还与光栅长度L有关。图3.8描述了410*1n时，线宽和光栅长度L的关系。

根据公式2122])()2[(LnnBFWHM，我们取中心波长mb610*5497.1， n＝1.462，710*3.5，mL410*6，510*5~0n

线宽与折射率的关系

线宽与光栅长度的关系

4.光纤光栅反射光谱特性

根据公式：

)(cosh)(sinh)(sinh)0()0(),(222222211SLSSLSLCaaLR…………………………… (2.14)

当0，即n2时，满足相位匹配条件，2.9可以化为： )(tanh2maxCLR

当22C时,入射光的反射率

QLkQLCaaLR22222211cos)(sin)0()0(),(…………………………………………（2.15）

其中222CQ

我们假设光纤各项参数为：mb610*5497.1，n＝1.462，710*3.5，mL410*6，310*4n，V＝2.405

得到3.9光栅反射光谱特性曲线

光栅反射光谱特性曲线

从上图我门可以得出2个结论：

（1）：存在峰值反射率。当δβ=0 时，有峰值反射率;当δβ≠0 时,反射谱有边带存在,边带的反射率大大降低。δβ= 0 时有λ= 2nΛ= B,这称为光纤光栅的Bragg条件,其中B为Bragg 波长。即在一阶Bragg 波长2 nΛ=B 处,有最大反射率)(tanh2maxCLR。

（2）： λ=B 时,由上式可以看出:耦合系数愈高,峰值反射率愈高,愈接近于1 ,反射谱边带的峰值反射率也相应增大。

五、 实验结论

反射率在布拉格波长处有个最大值，边带衰减很快，值很小几乎为0；呈正态分布变化。

由图我们可以知道存在一个布拉格波长λ=1.54*10^（-6）m,此时当光栅长度、入射光波长一定时有一个最大的反射率我们可以发现，分层厚度一定的条件下，反射率受光栅长度的影响极大，最大可以接近1。之后反射率就不再随着光栅长度的变化而变化了。

而且我们可以得到光栅长度一定，分的层数越多，实验结果越精确，得到的反射率一般也相对的大一些。实现矩阵连乘时，要注意矩阵之间是左乘还是右乘，注意是从哪边入射。我们得到的实验数据是在均匀分层的情况下得到的，假如是不均匀分层的话，折射率是一个与Z有关的函数，每层不在相当于一个不变的常数。但仍可以利用矩阵的方法分析，得到反射率与入射光波长的图谱，只不过折射率的处理方法有点改变。

六、 心得体会

通过实验，我又掌握了一门新的设计语言MATLAB。它是矩阵实验室之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。这对以后的学习和工作都有很大帮助。

七、 参考书目

《光纤通信》 方强、梁孟等 北邮出版社

《光纤光栅原理与应用》 饶云江 科学出版社

《光纤光栅理论基础与传感技术》 张自嘉 科学出版社

合集下载

相移光栅特性分析

相移光栅特性分析

第２０卷第１期　２００２年３月　江　西　Ｊ【ＡＮＧＸｌ　科　学　ＳＣｌＥＮＣＥ　Ｖｏ１．２０　Ｎｏ．１　Ｍｆｌｕ＇，２００２　

文章编号：１００１．３６７９（２００２）０１－００１６－０３　

相移光栅特性分析　

王燕，叶志清　

（江西师范大学物理与通信电子学院江西南昌３３００２７）　

摘要：用侍输矩阵法从理论上分折计算了相移光栅的反射谱特性。计论了各光栅参量变化时反射光谱的影　响规律　通过数值分析　得出姑论：采用合适的光栅参数可获得反射率高，通带宽茂旁瓣干扰小的相移光栅。　关键词：侍输矩阵；相移光栅；反射谱；变迹；啁啾　中固分类号：ＴＮ９２９．１１　文献标识码：Ａ　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　Ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ　

ＷＡＮＧ　Ｙａｈ．ＹＥ　Ｚｈｉ—ｑｉｎｇ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈ　ａｎｄ　Ｃｃ￣ｍａｔｍｉｅａｔｌｏｎ＆Ｅｌｅｃｔ￣ｒｄｅｓ，Ｊｉ，￣ｇｘｉ　Ｎｏｍｍｌ　ＵｎＪｖｅｍｉｔｙ，Ｎａｎｄｍａｇ　３３０ｆｆ２７　ＰＲＣ）　Ａｂａｌａ＇ａｅｔ：Ｒｅｉｌｅｃｔｌｖｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ　ＷｆｌＳ　ａ￣ａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ａ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｒｘｍｔｌｉｘ　

ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｇｒａｔｉｎｇ　ＩＸａｒａｍｅｔｅｍ　ｏｉｌ　ｔｈｅ　ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔｅｄ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｔｈｍｔｌｇｈ　ｍｕｎｅｆｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｅ　ｄｒａｗ　ａ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｉｆ　ｗｅ　ｓｅｌｅｃｔ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ｗｅ　Ｃｆｌｌ＇ｌ　ｇｅｔ　ｏｐｔｉ・　

ｍｉｓｔｉｅ　Ｐｈａｓｅ・ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇｍｔ　铲ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｐｅａｋｓ，ｂｒｏａｄ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈｓ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｓｉｄｅｌｏｂｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｈａｓｅ－ｓｈｌｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇ￣ｔｉｎｇ，Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｒ￣ｍｔｒｉｘ，Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ，Ａｒ，ｏ，：Ｕ￣ｅｄ，Ｃｈｉｒｐｅｄ．　

光栅的应用及其原理是什么

光栅的应用及其原理是什么

光栅的应用及其原理是什么

1. 什么是光栅？

光栅是一种光学元件，它是由许多平行排列的透明或不透明的条纹组成的，并且这些条纹之间的间隔是均匀且有规律的。光栅通常由光纤、光学玻璃或薄膜材料制成。

2. 光栅的原理

光栅的原理是基于衍射现象。当一束光通过光栅时，光将被衍射成多个方向的光束。这是因为光栅的条纹间距与光的波长相当，光通过光栅后会发生相位差，从而导致光的衍射。这种衍射现象可以被控制和利用，使得光栅可以用于各种应用。

3. 光栅的应用

光栅在光学领域有广泛的应用，下面列举了几个常见的光栅应用。

3.1 光谱仪

光谱仪是使用光栅分析光的频谱的一种仪器。当光经过光栅衍射后，不同波长的光被衍射到不同的角度，形成一个光谱。通过观察光谱的模式和位置，可以分析物质的成分和性质。

3.2 激光衍射

光栅可以用于激光衍射实验。当激光通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列明亮的衍射光斑。这些光斑之间的间距与光栅的特性有关，可以用于测量光栅的条纹间距以及评估激光的质量。

3.3 光学编码器

光栅还被广泛应用于光学编码器中。光学编码器是一种用于测量物体位置、运动或角度的装置。通过将光源和光栅相对运动，可以测量光栅上的衍射光的强度变化，从而确定物体的位置或运动。

3.4 光学显微镜

光栅还在光学显微镜中有着重要的应用。光栅可以用于调节显微镜的焦距，改变物体在显微镜下的放大倍率，从而实现高清晰度的观察。 3.5 光纤通信

在光纤通信技术中，光栅也发挥着重要的作用。光栅可以用于激光的稳频调制，从而提高光纤通信的传输容量和质量。

4. 总结

光栅是一种基于衍射现象的光学元件，通过控制光栅的条纹间距和特性，可以实现多种应用。光栅广泛应用于光谱仪、激光衍射实验、光学编码器、光学显微镜以及光纤通信等领域。光栅的应用为光学技术的发展和应用提供了重要的支持，同时也促进了科学研究和工程技术的进步。

光栅的分类

光栅的分类

光栅的分类

光栅是一种重要的光学元件，广泛应用于光学仪器、光谱仪、光学通信等领域。根据光栅的不同特性和应用场合，可以将光栅分为多种分类。本文将从光栅的工作原理、制作方法、应用领域等方面，介绍几种常见的光栅分类。

一、普通光栅

普通光栅是最基本的光栅形式，它由一系列等间距的平行凹槽或凸起构成。当光线经过光栅时，会发生光的衍射现象。普通光栅通常用于光谱仪、光学通信中的波长选择等应用。

二、衍射光栅

衍射光栅是一种特殊的光栅，它的凹槽或凸起不再平行，而是根据特定的衍射原理进行设计。衍射光栅具有更高的光谱分辨率和更广的工作波长范围，被广泛应用于光谱分析、激光器调谐、光学成像等领域。

三、反射光栅

反射光栅是一种能够反射光线的光栅，它通常由一系列平行的凹槽或凸起组成，并且具有特定的反射镀膜。当光线照射到反射光栅上时，一部分光线被反射出来，形成特定的衍射图样。反射光栅广泛应用于激光器输出耦合、光谱分析仪器等领域。

四、透射光栅 透射光栅是一种能够透过光线的光栅，它通常由一系列平行的凹槽或凸起组成，并且具有特定的透过镀膜。当光线通过透射光栅时，会发生衍射现象。透射光栅广泛应用于光学通信、光学成像、光谱仪等领域。

五、光栅阵列

光栅阵列是一种由多个小尺寸光栅组成的光学元件，可以实现对光的分光、偏振分束等功能。光栅阵列通常被应用于光纤通信、光学传感器等领域，具有较高的集成度和灵活性。

光栅作为一种重要的光学元件，其分类多样化，应用广泛。除了上述几种常见的光栅分类外，还有一些特殊用途的光栅，如光电二维阵列、光栅波导等。这些光栅在光学仪器、光通信、光电子技术等领域发挥着重要作用。

总结：

本文介绍了光栅的几种常见分类，包括普通光栅、衍射光栅、反射光栅、透射光栅和光栅阵列。通过对每种光栅的工作原理、制作方法和应用领域的介绍，展示了光栅在光学领域的重要性和多样性。光栅的分类不仅丰富了光学元件的选择，也推动了光学技术的发展。希望本文能对读者对光栅有更深入的了解，并对相关领域的研究和应用有所帮助。

光纤光栅的灵敏度系数范围

光纤光栅的灵敏度系数范围

光纤光栅的灵敏度系数范围

光纤光栅是一种基于光纤的传感器，利用光纤中的光栅结构来实现对光信号的调制和解调。光纤光栅的灵敏度系数是评估其灵敏度和响应能力的重要指标。本文将围绕光纤光栅的灵敏度系数范围展开讨论。

我们需要了解光纤光栅的基本原理。光纤光栅是通过在光纤中引入周期性的折射率变化来实现的。当光信号经过光纤光栅时，由于折射率的变化，部分光信号会被反射或散射出去，形成特定的反射光谱。通过对反射光谱的分析，可以得到一系列有用的信息，如温度、应变、压力等。

光纤光栅的灵敏度系数是指光纤光栅对外界参数变化的响应程度。对于温度传感器来说，灵敏度系数表示单位温度变化引起的反射光谱变化。对于应变传感器来说，灵敏度系数表示单位应变引起的反射光谱变化。灵敏度系数越大，说明光纤光栅对参数变化的响应越敏感。

光纤光栅的灵敏度系数受多种因素影响，主要包括光纤的材料、光栅的周期和光纤的长度等。不同材料的光纤具有不同的折射率和热膨胀系数，因此其灵敏度系数也会有所差异。光栅的周期是指光纤中折射率变化的间距，周期越小，光栅对参数变化的响应越敏感。光纤的长度也会影响灵敏度系数，一般情况下，光纤越长，灵敏度系数越大。

光纤光栅的灵敏度系数还与光信号的波长有关。不同波长的光信号在光纤中的传输特性不同，因此其对参数变化的响应程度也会有所差异。一般来说，光纤光栅在波长范围内的灵敏度系数是相对稳定的，但在波长极端处可能会出现较大的变化。

在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的光纤光栅灵敏度系数范围。一般来说，对于温度传感器，灵敏度系数在几十到上百pm/℃之间；对于应变传感器，灵敏度系数在几十到上百pm/με之间。当需要高精度测量时，可以选择灵敏度系数较大的光纤光栅。

光纤光栅的灵敏度系数还可以通过一些方法进行调节和增强。例如，可以通过改变光栅的周期和长度来改变灵敏度系数。

光纤光栅的灵敏度系数是评估其性能的重要指标之一。灵敏度系数越大，光纤光栅对参数变化的响应越敏感。在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的灵敏度系数范围，并通过一些方法进行调节和增强。通过不断改进和研究，光纤光栅的灵敏度系数将会得到进一步提高，为各种传感应用提供更好的解决方案。