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布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究随着科技的发展，光纤传感技术在各个领域中得到了广泛应用。
光纤光栅作为一种重要的光纤传感元件，具有较好的实时性、远距离传输能力和高灵敏度等优点，在医学、工程、环境监测等领域中具有广泛的应用前景。
本文将对布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅及其传感特性进行研究探讨。
首先，我们来了解布拉格光纤光栅。
布拉格光纤光栅由一种周期性的折射率变化构成，可以将输入的连续光信号分成几个离散的波长成分。
通过调控光纤光栅的参数，如折射率调制和周期调制，可以实现对光信号的各种参数的测量。
布拉格光纤光栅传感器的工作原理是利用光纤光栅对周围环境参数的敏感性，通过监测光纤中散射光的强度变化来获得环境参数的相关信息。
布拉格光纤光栅的传感特性主要包括灵敏度、选择性和可靠性。
灵敏度是指传感器对测量目标的响应能力，通过优化光纤光栅结构可以提高传感器的灵敏度。
选择性是指传感器对目标参数的独立测量能力，通过优化光纤光栅的周期和谐振峰可以实现对不同目标参数的选择性测量。
可靠性是指传感器的稳定性和重复性，通过合理选择光纤材料和加工工艺可以提高传感器的可靠性。
接下来，我们来了解长周期光纤光栅。
长周期光纤光栅是一种周期大于波长的光纤光栅，其中周期通常为微米或毫米量级。
长周期光纤光栅的传感特性与布拉格光纤光栅有所不同。
长周期光纤光栅主要应用于抑制或增强特定频率的光信号，具有压力、温度和湿度等参数的敏感性。
长周期光纤光栅的传感特性主要包括增强系数、复合增强系数和等效折射率。
通过调节长周期光纤光栅的参数，如周期、长度和材料等，可以实现对光信号的不同频率成分的调制和增强或抑制。
最后，我们来探讨布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅在传感领域的应用。
布拉格光纤光栅主要应用于光纤传感器、光纤通信和光纤激光等领域。
在光纤传感器领域，布拉格光纤光栅可以实现对温度、压力、应变、湿度等参数的实时测量。
在光纤通信领域，布拉格光纤光栅可以实现光纤传感器的远距离传输和分布式传感。
光纤布拉格光栅理念原理与技术特征光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是一种利用光纤中的布拉格光栅实现光波频率选择与调制的技术。
它在光通信、传感器等领域具有广泛的应用。
本文将从原理和技术特征两个方面来详细介绍光纤布拉格光栅技术。
光纤布拉格光栅的原理可追溯到布拉格散射理论。
布拉格散射是指当一束光波经过一个均匀光周期结构时，会在每个周期出现反射或透射，形成和入射光波相干的反射光波。
布拉格光栅是一种具有空间周期结构的光学元件，由一系列等距离的折射率变化组成。
光纤布拉格光栅则将布拉格光栅结构移植到了光纤中，形成了一种具有周期性折射率变化的光纤元件。
光纤布拉格光栅一般采用两种方法制备，即直写法和光干涉法。
直写法是指通过高能激光束直接照射在光纤的芯部，通过光纤材料的光学非线性效应和热效应来形成布拉格光栅结构。
光干涉法是指将两束光波通过干涉结构产生干涉现象，经过光纤芯部后，在折射率变化的作用下形成布拉格光栅。
1.高可靠性：光纤材料的插入损耗低，与光纤之间的耦合效率高，使得光纤布拉格光栅具有较高的传输效率，并且能够长时间保持稳定的性能。
2. 宽带性：光纤布拉格光栅的制备工艺已经趋于成熟，能够制备出能够覆盖整个光通信波段（1260~1650 nm）的宽带布拉格光栅。
3.稳定性：光纤布拉格光栅在光纤中的固定度较高，不易受到外界环境的干扰，能够长时间稳定地工作。
4.温度和应变传感：由于光纤布拉格光栅的折射率与温度和应变有关，因此可以通过测量布拉格光栅的中心波长偏移来实现温度和应变的传感。
这种传感技术具有高灵敏度、快速响应和长距离传输等优点，在工业和生物医学领域有广泛的应用前景。
5. 光互联和光波长多路复用：光纤布拉格光栅可以用作光纤互联中的微型光学件，实现在光纤网络中的信号调制、调整和复用等功能。
同时，光纤布拉格光栅也可以用于光波长多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系统中，实现光路的选择和分离。
光栅布拉格光栅及其传感特性研究2一光纤光栅概述21.1 光纤光栅的耦合模理论21.2 光纤光栅的类型31.2.1 均匀周期光纤布拉格光栅31.2.2 线性啁啾光纤光栅31.2.3 切趾光纤光栅31.2.4 闪耀光纤光栅41.2.5 相移光纤光栅41.2.6 超结构光纤光栅41.2.7 长周期光纤光栅4二光纤布拉格光栅传感器52.1 光纤布拉格光栅应力传感器52.2 光纤布拉格光栅温度传感器62.3 光纤布拉格光栅压力传感器62.4 基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7三光纤光栅传感器的敏化与封装103.1 光纤光栅传感器的温度敏化103.2 光纤光栅传感器的应力敏化103.2 光纤光栅传感器的交叉敏感及其解决方法10四光纤光栅传感网络与复用技术104.1 光纤光栅传感网络常用的波分复用技术114.1.1 基于波长扫描法的波分复用技术124.1.2 基于波长分离法的波分复用技术134.1.3 基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术134.1.4 基于码分多址(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术144.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术144.3光纤光栅传感网络常用的时分复用技术164.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术184.4.1 光纤光栅传感副载波频分复用技术184.4.2 FBG传感网络的光频域反射复用技术184.5 光纤光栅传感网络的相干复用技术184.6 混合复用FBG传感网络184.6.1 WDM/TDM混合FBG网络184.6.2 SDM/WDM混合FBG网络184.6.3 SDM/TDM混合FBG网络184.6.4 SDM/WDM/TDM混和FBG网络184.6.5 光频域反射复用/波分复用混合FBG传感网络18五光栅光栅传感信号的解调方法18六激光传感器18光栅布拉格光栅及其传感特性研究一 光纤光栅概述1.1 光纤光栅的耦合模理论光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件下、不同类型的光纤可产生多种不同的折射率分布的光纤光栅。
基于光纤布拉格光栅的传感器研究进展近年来，光纤布拉格光栅传感器在各种领域的应用越来越广泛，其研究也得到了快速发展。
光纤布拉格光栅传感器具有高分辨率、高精度、高灵敏度等优点，在机械结构、航空航天、生物医学等领域得到越来越多的应用。
本文将介绍光纤布拉格光栅传感器的基本原理、研究进展和应用领域。
一、光纤布拉格光栅传感器的基本原理光纤布拉格光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理实现的传感器。
它通过光纤布拉格光栅中的光反射和干涉效应来测量其物理量，如温度和应变等。
布拉格光栅一般指的是由一系列反射比随距离变化而周期性变化的分布式反射密度变化的结构。
其基本原理是：当入射光经过布拉格光栅时，会被反射，反射光经过延长光纤回到原点，与入射光干涉。
通过测量反射光的光谱，可以推断出光纤的物理量。
二、光纤布拉格光栅传感器的研究进展光纤布拉格光栅传感器是近年来研究的热点之一，其研究一直在快速发展。
下面介绍几项近年来的研究进展。
1. 高精度静态应变传感器静态应变传感器是光纤布拉格光栅应用的主要领域之一，其在结构健康监测、地震监测、油气管道检测等方面具有重要应用。
近年来，研究者们不断钻研，推广了各种新的算法和材料，进行了大量的实验研究和应用研究。
例如，高精度的静态应变传感器已经被广泛研究，其光谱的精度和分辨率可以达到±1pm和0.1pm。
2. 高温传感器光纤布拉格光栅传感器的应用范围在温度测量方面有很大的局限性，主要是由于光纤和腔体材料不能耐受高温。
近年来，研究者们提出了一些新的方法来解决这个问题，例如使用高温光纤和材料等。
此外，基于微纳米结构的光子晶体纳米线和纳米杆等光学元件也被应用于高温测量中，以实现更准确的测量。
3. 基于传感器网络的传感器近年来，随着物联网的建设，光纤布拉格光栅传感器被广泛应用于传感器网络中。
利用这种传感器网络，研究者们可以实现对物体的全方位实时监测，同时提高其响应时间和测量准确度。
此外，还可以通过传感器网络中的数据传输来进行远程实时监测，对人们的生产生活带来极大的帮助。
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究1光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究随着通信技术的不断发展，人们对高速、宽带、低衰减的光纤通信系统的需求越来越强烈。
在新型光纤通信系统中，光纤布拉格光栅逐渐成为一种广泛应用的光纤分布式传感技术。
本文将分析光纤布拉格光栅的传输特性，并通过实验验证分析结果的准确性。
光纤布拉格光栅是一种基于光纤中的光学衍射现象的光学器件。
在光纤中加入一定周期的光折射率折变结构，就能形成光纤布拉格光栅。
在光纤中传输的光波，经过布拉格光栅时，会出现衍射现象，产生反射、透射和反向散射，这些效应是产生传输特性的基础。
光纤布拉格光栅的传输特性主要表现在其反射光频谱和传输带宽两个方面。
反射光频谱是指光波经过光纤布拉格光栅后，由栅中反射的光波在谱域的表现。
反射光频谱可以通过反射率、衰减率、相位等参数来描述。
光纤布拉格光栅的反射带宽会随着栅体的折射率调制以及周期变化而发生变化。
而传输带宽则是指光波通过光纤布拉格光栅后的传输性能表现，其传输性能主要由栅体的反射率和传播损耗来决定。
传统的光纤布拉格光栅的制备方法主要有激光干涉、可调光束、干涉光阴影和相位掩膜等方法。
一般情况下，涉及到光纤布拉格光栅的应用，需要随时监测栅体的传输特性。
为了准确地监测光纤布拉格光栅的传输特性，通常采用光谱光学方法来进行反射光频谱的测量。
根据光谱光学方法，可以直接测量出光纤布拉格光栅的反射率和反射带宽，同时还能进一步计算出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
为了验证理论分析的正确性，本文进行了一系列光纤布拉格光栅的实验研究。
实验采用了对光纤布拉格光栅进行反射光频谱的测量，并通过计算反射光频谱的反射率和反射带宽，得出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
实验结果表明，本文理论分析的光纤布拉格光栅传输特性是可靠的，能够为光纤布拉格光栅在光纤通信系统中的应用提供有效的理论基础。
布拉格光栅原理布拉格光栅是一种用于光学实验和光学仪器的重要元件，它利用了衍射现象来实现光的分光和波长测量。
布拉格光栅原理是基于衍射理论和晶格结构的，下面将对布拉格光栅原理进行详细介绍。
首先，我们来了解一下衍射现象。
衍射是光波遇到障碍物或开口时发生的偏折现象，根据惠更斯-菲涅尔原理，光波在传播过程中会沿着波前的每一点发射出次波，这些次波相互叠加形成新的波前，从而产生衍射现象。
而晶格结构是指晶体中原子或离子的排列方式，晶格结构对光波的衍射起着重要作用。
布拉格光栅原理是基于衍射现象和晶格结构的相互作用。
布拉格光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它的周期性结构使得入射光波在通过光栅时发生衍射，从而产生衍射光谱。
而布拉格光栅的周期性结构是通过在透明基片上刻上一定间距的平行凹槽来实现的，这些凹槽构成了光栅的周期性结构。
当入射光波照射到布拉格光栅上时，光波会被布拉格光栅的周期性结构所影响，根据布拉格衍射定律，入射光波在特定角度下会发生衍射峰，这些衍射峰对应着不同波长的光波。
因此，通过测量衍射光谱的位置和强度，可以得到入射光波的波长和光谱分布情况。
布拉格光栅原理在光谱分析、光学仪器和激光技术等领域有着广泛的应用。
在光谱分析中，布拉格光栅可以用于分光仪和光谱仪，通过测量样品发出的光波经过光栅后的衍射光谱，可以得到样品的成分和结构信息。
在光学仪器中，布拉格光栅可以用于激光器和光学通信系统，通过布拉格光栅的衍射效应可以实现激光的频率稳定和光信号的调制。
在激光技术中，布拉格光栅可以用于激光谐振腔和激光光栅，通过布拉格光栅的衍射效应可以实现激光的频率选择和波长调谐。
总之，布拉格光栅原理是基于衍射现象和晶格结构的相互作用，通过布拉格光栅的周期性结构和衍射效应可以实现光的分光和波长测量。
布拉格光栅在光谱分析、光学仪器和激光技术等领域有着广泛的应用前景，对于推动光学技术的发展和应用具有重要意义。
希望本文对布拉格光栅原理有所帮助，谢谢阅读！。
光纤光栅的发展历史在光纤中掺入锗元素后光纤就具有光敏性，通过强激光照射会使其纤芯内的纵向折射率呈周期性变化，从而形成光纤光栅。
光纤光栅的作用实际上是在纤芯内形成一个窄带滤波器。
通过选择不同的参数使光有选择性地透射或反射。
1978年，Hill等首次发现掺锗光纤具有光敏效应，随后采用驻波法制造了可以实现反向模式间耦合的光纤光栅——布拉格光栅。
但是它对光纤的要求很高——掺锗量高，纤芯细。
其次，该光纤的周期取决于氩离子激的光波长，且反射波的波长范围很窄，因此其实用性受到限制。
1988年，Meltz等采用相干的紫外光形成的干涉条纹侧面曝光氢载光纤写入布拉格光栅的全息法制作光光栅技术。
与驻波法相比，全息法可以通过选择激光波长或改变相干光之间的夹角在任意波段写入光纤布拉格光栅，推动了光纤光栅制作技术的发展。
全息法对光源的相干性要求很严，同时对周围环境的稳定性也有较高的要求，执行起来较为困难。
1993年，Hill等使用相位掩膜法来制作光栅，即用紫外线垂直照射相位掩膜形成的衍射条纹曝光氢载光纤。
由于这种方法制作的光栅仅由相位光栅的周期有关而与辐射光的波长无关，所以对光源的相干性的要求大大降低。
该方法对写入装置的复杂程度要求有所降低，对周围环境也要求较低，这使得光栅的批量生产成为可能，极大地推动了光纤光栅在通信领域的应用。
自1978年首个光纤光栅问世以来，光纤光栅的制作方法和理论研究都获得了飞速发展，这促进了其在通信领域的推广和应用。
在光纤布拉格光栅的基础上，人们研制出特殊光栅，比如啁啾光纤光栅，高斯变迹光栅升余弦变迹光栅，相移光纤光栅和倾斜光纤光栅等。
1995年，光纤光栅实现了商品化。
1997年，光纤光栅成为光波技术中的标准器件。
光栅光纤的应用光想光上具有体积小，熔接损耗小，与光纤全兼容，抗电磁干扰能力强，化学稳定和电绝缘等特点，这使得它在光纤通信和光信息处理等领域得到了广泛的应用。
在光纤通信中，光纤光栅可以用于光纤激光器、光纤放大器、光栅滤波器、色散补偿器、波分复用器，也可以用于全光波长路由和光交换等。
光纤光栅啁啾效应
光纤光栅啁啾效应是指当光线通过光纤光栅时，由于光栅中存在微小的周期性变化，导致光的频率发生变化，进而引起光频偏，产生频率偏移或啁啾现象。
光纤光栅是一种具有周期性折射率变化的光纤结构，可用于光通信、光传感、光谱分析等领域。
当光线通过光栅时，由于光纤光栅的周期性变化，光的传播速度也会发生周期性变化，从而导致光的频率发生变化。
光纤光栅啁啾效应是由光纤光栅中的折射率变化引起的，而这种折射率变化可能是由于光纤中的应力、温度变化以及光栅制作过程中的误差等因素所导致的。
啁啾效应会导致光信号的频率发生偏移，从而影响光纤光栅的性能和应用。
为了解决光纤光栅啁啾效应带来的问题，可以采取一些措施进行校正和补偿，例如通过调节光纤光栅的制作参数、优化光栅结构等方式来减小啁啾效应的影响；同时，也可以利用数字信号处理或者光纤光栅传感器的信号处理算法对啁啾效应进行补偿，从而提高光纤光栅的性能和精度。
总之，光纤光栅啁啾效应是光纤光栅中折射率变化引起的光频偏，会对光纤光栅的性能和应用造成影响，需要采取相应的校正和补偿措施来减小其影响。
第一章绪论在光纤通信的发展进程中，激光器技术一直扮演着重要的作用，自十九世纪六十年代世界上第一台激光器研制成功以来，激光器已经得到了长足的发展与进步。
作为非常关键的技术，激光器的研究得到了广大学者和研究机构的重视，它给整个光纤通信技术的发展带来了革命性的变革，另外，它保有着非常强大的生命力和发展势头，在科技、军事和医学等方面得到广泛的使用，为推动社会进步做出了巨大的贡献。
1.1 激光器的发展十九世纪初，著名的物理学家普朗克提出了能量量子化的设论，基于此假设又提出了黑体辐射公式，在理论方面阐释了黑体辐射分布规律。
十年后，波尔对原子能量量子化提出了假设，提出了利用一系列不连续的能级表征原子内部状态的理论。
随后，爱因斯坦博士在以上理论基础上，又针对普朗克公式进行了分析推导，站在光子量子理论角度，定义了受激辐射理论，指出光子与原子相互作用时，原子可以在光子的辐射场的作用下发生跃迁，同时辐射出一个不同频率的光子。
这一理论的提出奠定了激光技术的基础。
到五十年代，美国Charles博士和前苏联Nikolai博士在爱因斯坦受激辐射理论基础上，利用物质原子的受激辐射来对电磁波进行放大，研制成功了世界上首台微波量子振荡器，微波量子振荡器一经问世，就得到了全世界学者的广泛关注，并成功将其推行至光通信领域，提出了利用开放式光学谐振腔来试验激光器，打造了激光器原型机。
六十年代，美国学者Theodore H. Maiman 结合前人在激光技术方面的成就和基础上，研制成功了世界上第一台激光器——红宝石固体激光器。
其输出功率达到几瓦，且在单色性、方向性和相干性方面有非常优良的性能，相对于普通光源来讲，以上特性有着本质的区别，一经演示便引起了科学界非常强烈的反响，得到了全世界的广泛关注。
1.2 光纤激光器在1961年，Snitzer博士利用特制的微量元素掺杂光纤作为增益介质，成功地研制出了世界上第一台光纤激光器。
此激光器集成了光纤的体积小、结构简单、具有很好的柔韧性和散射性以及无需冷却系统等特点带来的强大优势，在很多指标上已经是远远超过普通的固体激光器。
光纤布拉格光栅重构算法的研究的开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展，光纤通信已成为现代通信方式的重要组成部分。
而布拉格光栅作为一种光纤传输中的重要元器件，其已广泛应用于光纤传感、光纤通信等领域。
布拉格光栅通过对光波的反射和干涉效应，可以实现对光波信号的频率、相位和振幅等参数的调控，因此在通信和传感方面具有广阔的应用前景。
在实际应用中，由于光纤传输中的信号衰减、光纤本身的非线性等因素的影响，光信号在传输过程中常常会受到一定的干扰，从而导致信号质量的下降。
因此，研究光纤布拉格光栅重构算法，对于提高布拉格光栅相关应用的性能具有重要意义。
二、选题目的和内容本课题旨在研究光纤布拉格光栅重构算法，探究如何提高布拉格光栅的信号传输质量和有效性。
具体研究内容包括：1. 分析光纤传输中的干扰因素，并探讨其对布拉格光栅信号传输的影响。
2. 系统地研究布拉格光栅重构算法的基本原理和核心技术，包括反射光谱图的测定、滤波、去噪等处理方法。
3. 针对光纤传输中常见的问题，如光波干扰、信号衰减等，研究相应的布拉格光栅重构算法，并进行实验验证。
4. 对比不同的布拉格光栅重构算法，评估其重构效果、可靠性和适用性。
三、研究方法和技术路线本课题采用文献调研、实验研究和数学模型等多种研究方法，结合现代光纤通信与光学成像等领域的相关技术，进行进一步探索与优化。
具体的技术路线如下：1. 文献调研：对当前布拉格光栅重构算法的发展现状、存在的问题和未来趋势进行广泛的文献综述，以明确研究的方向和目标。
2. 实验设计：根据文献调研结果，设计合理的实验方案，搜集数据并准确记录，以验证各种算法的可行性和效果。
3. 数据处理：对实验数据进行分析处理，提取关键信息和重构信号，通过比较和评估，确定最佳的重构算法和参数。
4. 理论模型：结合实验数据和文献资料，建立数学模型，以推导出有效的重构算法和参数组合，为布拉格光栅重构算法的优化提供理论支撑。
5. 结果评估：评估不同的布拉格光栅重构算法及其参数的重构效果、可靠性和适用性，为进一步的研究提供参考。
光纤布拉格光栅工作原理
光纤布拉格光栅是一种基于光纤技术的光学传感器，它利用了布拉格
衍射原理，可以在光纤内部进行高精度的光学测量。
在该传感器中，
一个长的光纤被切割成许多具有特定尺寸的小段，在这些小段内产生
了周期性折射率变化。
光纤布拉格光栅的工作原理可以分为以下几个方面：
1. 光纤的分支和反射与干涉
该光纤将被分成两个分支，在一个分支前面加上反射镜，并在另一个
分支上加上压电换能器，以通过振动改变光纤长度，因此改变其光学
信号。
当光从发射器进入光纤时，光纤的一部分将在反射器处发生反射。
这些反射波与振动产生的波相互干涉，形成一个反射后的信号。
2. 光纤布拉格光栅的运用以及原理
在这个过程中，通过布拉格（Bragg）散射效应来实现反射。
即当光信
号经过晶体时，它将被散射，散射波与原始光波干涉形成一组新的波，并且当满足一定的几何和折射角度时，这些波将返馈到光纤中，形成
一个独特的散射波峰。
这个信号可以通过移动传感器的信号使用器来
实现压电振荡器的变化。
3. 光纤布拉格光栅的精度和应用价值
光纤布拉格光栅能够在许多环境中进行精确的测量，这种技术已经用
于许多领域，如工业监测、地震学、医学、化学、生物学和环境监测。
在工业生产过程中，光纤布拉格光栅已被用于测量压力、温度、流量
和位移，以控制生产流程和改进产品质量。
此外，该技术还可以应用
于建筑物和结构的监测以及生物医学和环境监测领域。
总之，光纤布拉格光栅技术是一种非常有前景的技术，其高精度、高
稳定性和低成本的特点使其在许多领域都有广阔的应用前景。
高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究一、引言随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。
这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。
1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。
与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。
新型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现，大幅提高了光通信能力[15]。
光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加了近10000倍，传输速率在过去的10年中提高了约100 倍。
目前,单信道40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用，100Gbit/s的WDM/OTN(Optical Transmission Network，光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署，400Gbit/s 的传输技术成为未来的研究方向。
众所周知，信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色散和非线性效应的制约，而且传输速率越高、距离越长，上述效应越严重，对系统性能的劣化十分明显。
因此，对这些制约因素的削弱甚至消除是进一步提高信息传输容量的关键，也一直是光纤传输技术的重点研究方向，并已取得了一系列卓有成效的进展。
二、光纤损伤及补偿技术光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。
光放大器技术，包括EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)、FRA(Fiber Raman Amplifier，光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了光纤损耗问题。
光纤色散补偿技术也已十分成熟。
色散作为一种线性损伤，其补偿原理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。
正弦形构造的光纤光栅自致啁啾效应封淑青;熊克;卞侃;芦吉云【摘要】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。
%Considerting that the uniform grating can be induced chirp effect under non-uniform strain,a method of making chirp grating by uniform grating with the use of sine structure is proposed.The sine structure was designed as basal material while the fiber Bragg and grating was pasted in the strain non-uniform area of basal material.the strain it produced was introducied into FBG gate area by applying tensile load to achieve FBG produce chirp effect.FBG was made with multiple peaks and wide band-width of the chirp grating.The finite element software was used to simulate the strain of sine-structure under tensile loading to get strain contours of the sinusoidal structure in different positions;The experimental results showd that the bandwidth has been increased five times when the displacement load wasup to 8 mm and the chirp grating reflection spectrum with multiple peaks;Thetransfer matrix method to reflection spectrum of chirp grating was combined forspectrum simulation reconstruction and the simulation spectrum spectrum trend was consistent with the experimental results.The chirp grating made in this method has an important application in complex strain field multiple parameters and achieving sense of temperature without compensation by the use of the bandwidth of the chirp grating at the same time.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】4页(P283-286)【关键词】光纤光栅(FBG);正弦结构;啁啾调制;梯度应变;反射光谱【作者】封淑青;熊克;卞侃;芦吉云【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京 210016;南京航空航天大学航空宇航学院机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京 210016;南京航空航天大学航空宇航学院机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京 210016;南京航空航天大学民航学院，江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】O433.1啁啾光纤光栅是一种折射率和栅格周期沿着轴向变化的光栅，由于体积小，损耗低，具有反射带宽较宽和稳定的色散，被广泛应用于光纤色散补偿和宽带滤波器[1]。
光纤布拉格光栅介绍光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）是一种利用光纤自身制作的光学滤波器，具有狭窄的光频选择性和温度、应变等参数的灵敏度。
它在光通信、传感、光谱等领域有着广泛的应用。
本文将对光纤布拉格光栅的工作原理、制备方法以及应用进行详细介绍。
光纤布拉格光栅是通过在光纤的折射率分布中形成周期性的折射率变化来实现的。
这种周期性变化的折射率分布可以实现光的反射，产生一个特定的波长范围内的反射光谱特征。
光纤布拉格光栅的工作原理可以用光波的布拉格反射（Bragg reflection）来解释。
布拉格反射是指当光波从两个折射率不同的介质交界面垂直入射时，会产生一定的反射光。
而在光纤布拉格光栅中，通过周期性的折射率变化，可以形成类似的反射波。
当光波传输到光纤布拉格光栅中时，一部分光波会被布拉格光栅反射，形成特定波长的反射光谱特征。
这个特定波长与布拉格光栅的周期性折射率变化以及入射光波的角度和波长等因素有关。
制备光纤布拉格光栅的方法有多种，常见的方法包括干涉法、相位控制法、光刻法等。
其中，干涉法是最常用的一种方法。
该方法使用两束光波的干涉产生布拉格光栅的周期性折射率变化。
通过调节其中一束光波的频率或角度，可以实现所需的布拉格波长。
相位控制法则是通过对光纤进行局部加热或拉长控制相位的变化，从而形成周期性的折射率变化。
光刻法是将光敏感材料涂覆在光纤表面，利用光的曝光和显影过程形成布拉格光栅。
光纤布拉格光栅在光通信领域的应用非常广泛。
它可以用作滤波器，实现波分复用技术，将多个波长的光信号传输在同一根光纤中。
同时，光纤布拉格光栅还可以用于光纤传感。
由于其具有温度、应变等参数的灵敏度，可以通过监测光纤布拉格光栅的反射光谱变化，实现对环境参数的实时监测。
光纤布拉格光栅传感技术已广泛应用于温度、压力、应变、流速、湿度等传感领域。
除了光通信和传感领域，光纤布拉格光栅在其他领域也有重要的应用。
例如，在激光器中，光纤布拉格光栅可以用作模式锁定元件，实现激光的稳定输出。
第28卷 第9期光 学 学 报Vol.28,No.92008年9月A CTA OPTICA SINICASepte mber ,2008文章编号:025322239(2008)0921671204光纤布拉格光栅自致啁啾效应的研究刘长军 张伟刚 姜 萌 涂勤昌 赵天明(南开大学现代光学研究所,天津300071)摘要 根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性。
设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015m)。
对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007m 和0.0055m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅,原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显。
基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图。
关键词 光纤光学;光纤布拉格光栅;切趾光栅;自致啁啾;传输矩阵法中图分类号 TN253 文献标识码 A doi :10.3788/A OS 20082809.1671Study on Self 2In du ced Ch ir pin g for F iber Bra gg Gr at in gLiu Changjun Zhang Weigang Jiang Meng Tu Qinchang Zhao Tianming(Instit ut e of Moder n Opt ics ,Na nka i Univer sity ,Tia njin 300071,China )Abstr a ct Based on coupled mode the ory,the r eflection pr oper tie s of the fibre Br agg gr ating fabricated with phase mask ar e analysed by transfer matrix method.A ne w beam path is designed to fabricate fiber gr atings and a new shor t 2wave length se lf 2induced chir ping apor dized gr ating with length of 0.015m is fabr icate d by G aussian ultraviolet (UV)beam.Further more ,a new long 2wave length self 2induce d chir ping grating is obtained by cutting the original fiber gr ating shor ter to 0.007m and 0.0055m separ ately.By contr ast with the or iginal gr ating,the new one has more side lobes on the long 2wavele ngth side of the re flection spectr um and the side 2lobe s on the short 2wavelength side ar e suppr essed.On the basis of analysis of the new self 2induced chir ping grating,a new type of Gaussian 2like apodization function is pr esented and used to simulate the self 2induced chirping of the fiber gr ating.The theor etical results accor d with the experimental re sults.Key wor ds fiber optics;fiber Br agg gr ating;apodised gr ating;self 2induced chir ping;tr ansfer matrix method收稿日期:2007212224;收到修改稿日期:2008201221基金项目:国家自然科学基金(10674075,60577018)资助课题。
作者简介:刘长军(1981-),男,硕士研究生,主要从事光子技术及光通信等方面的研究。
E 2mail:liuchangjun@导师简介:张伟刚(1959-),男,教授,博士生导师,主要从事光子技术与现代光传感、新型光电子器件等方面的研究。
E 2mail:zhangwg@nanka 1 引 言光纤布拉格光栅是一种新型光纤无源器件,具有体积小、重量轻、成本低、易于集成、插入损耗低、抗干扰能力强、结构简单、可重复性强等诸多优点,现已广泛应用于光纤通信和光纤传感领域[1~3]。
它既可作为窄带滤波器用于波分复用,也可作为高反镜构成光纤激光放大器,同时也可作为传感探头用于各种传感器。
均匀的光纤布拉格光栅的谱形在长波长和短波长方向都会有非常大的旁瓣,而大的旁瓣会给相邻的信道产生极大的串扰,因此在实际应用中,要发挥光纤光栅的诸多功能就必须制作出性能优良的光纤光栅,而制作性能优良的光纤光栅需采用有效的切趾技术[4],某些光栅经切趾后具有自致啁啾效应[4,5],即在短波长方向仍存在一系列较明显的旁瓣。
本文介绍了产生自致啁啾效应的光纤光栅写制实验装置,然后进行理论分析,引入一种新型类高斯切趾函数进行数值模拟,提出了一种物理切割方法,光 学 学 报28卷实验验证并解释了有关理论分析。
2 实验装置和理论分析设计了一种相位掩模法[6]写制光纤光栅的光路,用以产生具有自致啁啾效应的光纤光栅。
相位掩模法是一种抑制零级衍射光的方法。
准分子激光照射相位掩模后,其能量主要集中在?1级,而在近场形成周期的条纹分布,利用近场光强对光敏光纤进行曝光,可以在纤芯中写入光栅,如图1所示。
图1相位掩模法F ig.1P hase mask method对于光纤光栅写制光子线路,通过控制光束的性质(强度、位置等)可以产生光栅自致啁啾效应。
若忽略光纤横截面上折射率分布的不均匀性,则光纤光栅纤芯中的折射率分布为n eff (z)=n 0+$n(z)=n 0+$2n g (z)@1+cos2P+(z)z +<(z),(1)式中n 0为写入光栅之前的纤芯折射率,$2n 为纤芯折射率平均变化量,g(z)为切趾函数,+(z)为光栅的栅格周期,<(z )为光栅啁啾。
对于均匀光纤布拉格光栅,则有g(z )=0,且+(z )和<(z)均为常量。
用紫外光在光纤上制作光栅时,所得光栅从理论上可以看作是对光纤的一种微扰。
光栅中的光场在忽略包层模耦合时,其前向光场和后向光场可以用如下耦合模方程[7~10]来描述:d Rd z=i ^R R(z )+i J S(z),d S d z=-i ^R S(z)-i J *R(z),(2)式中,R,S 分别为前向和后向传输模式,^R 为直流自耦合系数,J 为交流耦合系数。
传输矩阵法[11,12]是分析光纤光栅的重要方法,它将一个非均匀的光栅近似为M 个均匀周期的小光栅的串联。
M 不能无限大,一般M>50即可得到较为准确的结果。
整段光纤光栅的传输矩阵为R(-L/2)S(-L/2)=F 11F 12F 21F 22MR(L/2)S(L/2),(3)解耦合模方程和传输矩阵单元可得F 11=cosh (C B $z)-i (^R /C B )sinh (C B $z),F 12=-i (J /C B )sinh (C B $z),F 21=i (J /C B )sinh (C B $z),F 22=cosh (C B $z)+i (^R /C B )sinh (C B $z),(4)CB =J 2-^R 2。
根据反向传输光纤光栅的边界条件R(L/2)S(L/2)=10,可解得反射振幅比Q =S(-L/2)/R(-L/2),进而得到光纤光栅的反射率Q 2。
3 数值模拟和实验结果采用传输矩阵法,首先对均匀光纤布拉格光栅进行数值模拟,得到的反射谱存在左右对称的旁瓣,如图2所示;然后,以高斯函数作为切趾函数进行数值模拟,得到的反射谱其旁瓣得到了很好的抑制,如图3所示。
图2布拉格光栅反射谱F ig.2r eflection spectrum of fiber Bragg gr ating图3高斯切趾光栅反射谱F ig.3r eflection spect rum of Gaussian apodizedfiber grating 16729期刘长军等: 光纤布拉格光栅自致啁啾效应的研究实验中写制的光纤光栅与均匀光纤布拉格光栅和高斯切趾光纤光栅相比,存在明显的不同,如图4所示(光栅长度L =0.015m)。
由如图4可见,光谱长波长方向的旁瓣得到了抑制,而短波长方向的旁瓣则有所保留。
图4光纤布喇格光栅自致啁啾效应反射谱Fig.4Reflection spect rum of a fiber gr ating forself 2induced chir ping经分析可知,产生上述现象的原因是相位掩模法使用的准分子激光器发出的激光经柱透镜后,其光强分布沿光纤轴向由光束的中心到两边逐渐减小,实际上由此写出的光栅是一种切趾光栅。
但因其并没有经过二次曝光进行补偿,所以用这种方法写制出光纤光栅的平均折射率调制深度不是常量,将会引入一个啁啾量,相当于产生了一系列的法布里2珀罗腔(F 2P 腔),从而产生自致啁啾效应。
对此种光栅的切趾函数进行了深入研究和拟合,提出了一种新型类高斯分布的切趾函数,其一般形式为可表示为g(z )=f (z)exp -4ln2zbL2-f (z )+1,(5)式中b L 为光栅包络的半峰全宽,f (z)可为一个函数,也可将其设为常量,且0<f (z)<1。
采用这种类高斯分布的切趾函数进行模拟分析,当f (z )=0.3时得到了与实验结果相符的模拟光谱,如图5所示。
函数f (z)越接近1,则折射率分布与光强分布越接近正比关系。
因此,将f (z)定义为正比相关参量。
图5利用类高斯切趾函数模拟的反射谱Fig.5Simulated reflection spectrum by usingGaussian 2like apodization function由此可见,实验中得到的折射率分布与光强分布并非正比关系,而是一种接近线性的关系。
