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《南开大学》 2005年
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光纤光栅写入及其应用研究

姜莉  
【摘要】: 光纤光栅是利用掺杂光纤的光敏效应,使单模光纤芯区长度上产生折射率的周期性改变而制成的一种新型光纤光子器件。从第一根光纤光栅写制成功到今天短短二十多年间,光纤光栅无论是写入技术、理论研究还是应用方面都获得了飞速发展。光纤光栅具有制作在光纤芯区与光纤完全兼容、反射和透射特性优良、附加损耗小、体积小、成本低等优点,并且可以通过灵活改变光栅的一些物理参数而得到所需要的光谱特性,这些物理参数包括:折射率变化、长度、切趾、啁啾、倾斜以及光栅是否在指定波长支持模式耦合等。通过对光纤光栅的重构,还可以设计出各种具有不同光谱特性的光纤光栅器件。 本文从理论和实验两方面对光纤光栅的光谱特性、写制方法、应用以及光纤光栅的设计等进行了的研究。主要内容包括: 1.概括介绍光纤光栅的发展历史、光纤光栅的分类、光纤光栅的理论分析方法、光纤光栅的各种制作技术和光纤光栅的设计方法以及光纤光栅在光纤通信领域和在光纤传感领域的应用。 2.采用耦合模理论分析了均匀周期光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的光谱特性;介绍了传输矩阵法对非均匀光纤光栅的处理;采用三层阶跃光纤模型,对信息产业部46所提供的C598-302(s)型光敏光纤进行分析,模拟计算了纤芯基模和一阶各次包层模的有效折射率;在数值模拟长周期光纤光栅周期和一阶各次包层模谐振波长之间关系曲线的基础上,讨论了长周期光栅周期对光栅温度、应变敏感特性的影响。 3.在“色心模型”的基础上,通过假设,提出了光敏光纤光致折射率增量与曝光量之间的多项e负指数之和变化规律,并分别采用非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪和布喇格波长漂移法进行了实验验证;实验研究了光敏光纤的双折射特性,提出了全光纤马赫-曾德尔干涉仪和光纤环镜测量光敏光纤的归一化光致双折射率的方法,得出光致归一化双折射率随曝光量的按多项e负指数之和规律变化的结论。 4.提出并实验论证了光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的谐振波长随曝光量之间多项e负指数之和的变化规律,并研究了长周期光纤光栅的谐振波长与振幅模板占空比之间的关系;考察了光纤布喇格光栅反射峰值随曝光量的变化关系;分别采用纵向应力法和利用光敏光纤的光敏性,利用一块相位模板,写制了
【关键词】:光敏性 色心模型 增益平坦 光致双折射率 光纤光栅 环形腔光纤激光器 光分插复用器 光纤光栅重构 遗传算法
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN253
【目录】:
  • 南开大学学位论文版权使用授权书3-4
  • 南开大学学位论文原创性声明4-5
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-13
  • 第一章 引言13-30
  • 1.1 光纤光栅的发展概况13-14
  • 1.2 光纤光栅的分类14-19
  • 1.2.1 均匀光纤光栅15-17
  • 1.2.2 非均匀光纤光栅17-19
  • 1.3 光纤光栅的理论分析方法19-20
  • 1.3.1 耦合模理论19
  • 1.3.2 传输矩阵分析法19-20
  • 1.3.3 傅立叶变换分析法20
  • 1.4 光纤光栅的制作技术20-22
  • 1.4.1 双光束干涉法20-21
  • 1.4.2 相位掩模法21-22
  • 1.4.3 逐点写入法22
  • 1.5 光纤光栅的应用22-26
  • 1.5.1 光纤光栅在光纤通信领域的应用22-25
  • 1.5.2 光纤光栅在光纤传感领域的应用25-26
  • 1.6 光纤光栅的设计方法26-28
  • 1.6.1 解GLM 方程法26
  • 1.6.2 傅立叶变换分析法26
  • 1.6.3 层析法26-27
  • 1.6.4 遗传算法27
  • 1.6.5 模拟退火算法27-28
  • 1.7 论文研究的主要内容和创新点28-30
  • 1.7.1 论文的主要内容28-29
  • 1.7.2 论文的创新点29-30
  • 第二章 光纤光栅的理论分析30-49
  • 2.1 引言30
  • 2.2 光纤光栅耦合模理论30-31
  • 2.3 光纤光栅传输矩阵分析方法31-33
  • 2.4 光纤布喇格光栅的模式耦合33-37
  • 2.5 长周期光纤光栅的模式耦合37-48
  • 2.5.1 长周期光纤光栅的光谱37-40
  • 2.5.2 芯模和包层模有效折射率的数值模拟40-43
  • 2.5.3 芯模和包层模的模场分布43-45
  • 2.5.4 芯模和包层模的耦合系数45
  • 2.5.5 长周期光栅温度、应变敏感特性分析45-48
  • 2.6 小结48-49
  • 第三章 光纤光敏性的研究49-67
  • 3.1 引言49-50
  • 3.2 色心模型掺锗光纤光敏性的解释50-52
  • 3.3 光致折射率增量的理论研究52-53
  • 3.4 光致折射率增量的测量实验53-58
  • 3.4.1 引言53
  • 3.4.2 用非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪测量光致折射率增量53-56
  • 3.4.3 布喇格波长漂移法测量光致折射率增量56-58
  • 3.5 光致双折射的测量实验58-66
  • 3.5.1 引言58-59
  • 3.5.2 用全光纤马赫-曾德尔干涉仪测量光致双折射59-63
  • 3.5.3 用光纤环镜测量光致双折射63-66
  • 3.6 小结66-67
  • 第四章 光纤光栅的光谱特性及写制研究67-100
  • 4.1 引言67
  • 4.2 光纤光栅写制系统67-68
  • 4.3 光纤布喇格光栅68-73
  • 4.3.1 引言68
  • 4.3.2 光纤布喇格光栅的曝光特性68-70
  • 4.3.3 光纤布喇格光栅的切趾原理和实验70-73
  • 4.4 取样光纤光栅73-76
  • 4.4.1 引言73-74
  • 4.4.2 取样光纤布喇格光栅的数值模拟74-75
  • 4.4.3 取样光纤布喇格光栅的写制75-76
  • 4.5 双波长光栅和平顶光栅76-86
  • 4.5.1 引言76
  • 4.5.2 纵向应力法写制双波长光纤Bragg光栅的原理与实验76-82
  • 4.5.3 基于光纤光敏性写制双波长光纤Bragg 光栅的原理与实验82-85
  • 4.5.4 平顶光纤Bragg光栅的写制85-86
  • 4.6 闪耀光纤光栅86-88
  • 4.6.1 引言86-87
  • 4.6.2 闪耀光纤Bragg光栅的写制87-88
  • 4.7 长周期光纤光栅88-92
  • 4.7.1 引言88
  • 4.7.2 长周期光纤光栅的曝光特性88-92
  • 4.7.3 长周期光纤光栅与光纤布喇格光栅的重叠写入实验92
  • 4.8 级联长周期光栅92-99
  • 4.8.1 引言92-93
  • 4.8.2 级联长周期光纤光栅的数值模拟与实验93-99
  • 4.9 小结99-100
  • 第五章 光纤光栅的应用研究100-112
  • 5.1 引言100
  • 5.2 长周期光纤光栅的 EDFA 增益平坦实验100-107
  • 5.2.1 引言100-101
  • 5.2.2 长周期光栅谱形控制101-104
  • 5.2.3 基于长周期光纤光栅的增益平坦器件的设计与研制104-107
  • 5.2.4 结论107
  • 5.3 环形腔双波长光纤激光器107-109
  • 5.3.1 引言107
  • 5.3.2 环形腔双波长激光器实验107-109
  • 5.4 双通道上下载波分复用器(OADM)109-111
  • 5.5 小结111-112
  • 第六章 光纤光栅的设计112-126
  • 6.1 引言112-113
  • 6.2 层析法113-116
  • 6.2.1 层析法概述113
  • 6.2.2 层析法的实现步骤113-116
  • 6.3 模拟退火算法116-119
  • 6.3.1 模拟退火算法概述116-117
  • 6.3.2 模拟退火算法基本原理与算法流程117-119
  • 6.4 遗传算法119-125
  • 6.4.1 遗传算法概述119-120
  • 6.4.2 GA 用于三角形光栅设计120-123
  • 6.4.3 GA 用于EDFA 增益平坦的长周期光栅设计123-125
  • 6.5 小结125-126
  • 总结126-128
  • 参考文献128-136
  • 攻读博士学位期间发表和待发表的论文136-138
  • 致谢138

【引证文献】
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1 罗建花;光纤光栅有源传感技术的研究[D];南开大学;2008年
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1 王志国;光纤Bragg光栅应变检测技术研究[D];南京理工大学;2011年
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5 姜波;光纤列车计轴技术的研究[D];武汉理工大学;2008年
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 姚若亚,崔翔,李长胜,张卫东;电光调制器在光波偏振态检测中的应用[J];传感技术学报;1997年02期
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7 项阳;掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的研究[D];南开大学;2003年
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10 董兴法;阵列化光纤光栅传感器技术研究[D];南开大学;2005年
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10 曹晖;时域有限差分法在光纤光场中的应用[D];华中师范大学;2001年
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2 赵明富;黄德翼;罗彬彬;矫雷子;周斌;;光纤Bragg光栅倏逝波传感器[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2010年10期
3 王蓟;王国政;赵崇光;刘洋;;相位掩膜法制作光纤布拉格光栅的研究[J];长春理工大学学报;2006年01期
4 江毅,陈伟民,杨礼成,黄尚廉;光纤光栅用于应变/温度传感初探[J];传感技术学报;1997年03期
5 关柏鸥,刘志国,开桂云,葛春风,董孝义;光纤光栅温度传感器[J];传感技术学报;1999年02期
6 童峥嵘,黄勇林,蒙红云,董新永,开桂云,董孝义;一种新颖的光纤光栅位移传感的研究[J];传感技术学报;2002年01期
7 李立新;吴飞;蔡璐璐;李志全;;Bragg光纤光栅法布里-珀罗应变传感器研究[J];传感技术学报;2006年03期
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3 刘波;光纤光栅传感系统的研究与实现[D];南开大学;2004年
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4 陈根祥,刘春宁,李唐军,张劲松,简水生;长周期光纤光栅的研究[J];光学学报;2000年05期
5 张东生,姜莉,张伟刚,李丽君,范万德,袁树忠,开桂云,董孝义;长周期光纤光栅谐振波长与曝光量的变化关系[J];物理学报;2003年12期
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7 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年
8 张材;薄带坯铸轧板形智能识别与控制系统研究[D];中南大学;2004年
9 田方;遗传算法的改进研究及其在压缩机性能分析与优化中的应用[D];东北大学;2006年
10 谷峰;柔性作业车间调度中的优化算法研究[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王勇;宽带拉曼光纤放大器增益平坦特性的研究[D];西南交通大学;2005年
2 孙晓丽;基于遗传算法的既有线平面及纵断面整正优化设计[D];中南大学;2010年
3 冯秋霞;解最小生成树问题的新的遗传算法[D];西安电子科技大学;2010年
4 郭佳;基于遗传算法的认知无线网络资源分配技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
5 宋品;基于改进遗传算法的波束形成技术研究及其应用[D];西安电子科技大学;2010年
6 朱奉梅;遗传算法在高校排课系统中的研究与应用[D];东北大学;2009年
7 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
8 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
9 梁云静;基于遗传算法的主题爬虫搜索策略研究[D];湖北工业大学;2010年
10 高建兵;基于遗传算法的模糊推理控制系统的参数优化研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
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