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《吉林大学》 2006年
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啁啾光纤光栅的优化设计与光纤光栅模拟软件的开发

王国东  
【摘要】:本文首先概述了光纤光栅的发展历程和它在许多领域中的广泛应用,并简要介绍了几种用来分析光纤光栅特性的方法。从周期性介质的耦合模理论出发,推导了Bragg光纤光栅和长周期光纤光栅的耦合模方程。在只考虑两个同向或反向模式耦合的情况下,给出了光纤光栅的快速传输矩阵算法。利用耦合模方程和快速传输矩阵算法对几种光纤光栅的特性进行了分析,给出了可用于多通道色散补偿的取样啁啾光纤光栅的优化设计结果。提出了一种光纤包层半径按照分段双曲函数变化的应变梯度结构来提高光纤光栅反射谱的边缘陡峭度,利用这种结构对啁啾光纤光栅进行了优化设计,使光栅的反射谱接近矩形并且具有平滑的时延曲线。提出了一种新的长周期光纤光栅折射率调制类型――梯形折射率调制类型。该调制类型可以有效地降低长周期光纤光栅所需要的折变量,并可以模拟正弦和矩形折射率调制长周期光纤光栅的特性。在完善理论模型的基础上,开发了光纤光栅计算机辅助分析软件,为广大的光纤光栅设计者和制造者提供一个预设计和优化设计的工具,避免设计和实验中的盲目性。
【关键词】:
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN253;TP391.9
【目录】:
  • 第一章 绪论10-24
  • 1.1 光纤光栅的发展及分类10-13
  • 1.2 光纤光栅的应用13-19
  • 1.2.1 光纤光栅在激光器中的应用13-14
  • 1.2.2 光纤光栅在传感领域中的应用14-16
  • 1.2.3 光纤光栅在通讯领域中的应用16-19
  • 1.2.4 光纤光栅在其他领域中的应用19
  • 1.3 用于光纤光栅的常用分析方法19-21
  • 1.4 本论文的主要工作及创新点21-24
  • 第二章 光纤波导理论24-44
  • 2.1 光波导的波动理论24-27
  • 2.1.1 麦克斯韦方程组24-25
  • 2.1.2 波动方程25-26
  • 2.1.3 亥姆霍兹方程26-27
  • 2.2 正规光波导中的模式27-28
  • 2.3 光纤中的波动方程28-32
  • 2.4 三层阶跃折射率光纤的模式场32-43
  • 2.4.1 三层阶跃折射率光纤的结构32-33
  • 2.4.2 光纤中的芯层模式33-36
  • 2.4.3 光纤中的包层模式36-43
  • 2.5 小结43-44
  • 第三章 耦合模理论与光纤光栅的特性分析44-75
  • 3.1 周期性介质的耦合模理论44-48
  • 3.2 Bragg 光纤光栅的耦合模方程48-56
  • 3.2.1 模式间的耦合系数48-50
  • 3.2.2 耦合模方程50-51
  • 3.2.3 快速传输矩阵算法51-56
  • 3.3 几种光纤光栅的特性分析56-63
  • 3.3.1 均匀Bragg 光纤光栅56-57
  • 3.3.2 切趾Bragg 光纤光栅57-58
  • 3.3.3 相移光纤光栅58-60
  • 3.3.4 取样光纤光栅60-63
  • 3.4 长周期光纤光栅的分析与梯形折射率调制类型的提出63-73
  • 3.4.1 长周期光纤光栅的耦合模方程63-67
  • 3.4.2 梯形折射率调制类型长周期光纤光栅的提出67-70
  • 3.4.3 梯形折射率调制类型的分析70-73
  • 3.5 小结73-75
  • 第四章 啁啾光纤光栅的优化设计75-91
  • 4.1 啁啾光纤光栅的理论分析75-79
  • 4.1.1 啁啾光纤光栅色散补偿原理75-76
  • 4.1.2 光栅参数对啁啾光纤光栅特性的影响76-79
  • 4.2 啁啾光纤光栅的优化设计79-90
  • 4.2.1 问题的提出79-81
  • 4.2.2 包层双曲函数刻蚀应变梯度结构81-84
  • 4.2.3 包层双曲函数刻蚀应变梯度结构的分析84-90
  • 4.3 小结90-91
  • 第五章 光纤光栅计算机辅助分析软件的开发91-101
  • 5.1 FBGCAD概述91
  • 5.2 一个简单的均匀Bragg 光纤光栅模拟实例91-96
  • 5.2.1 坐标设置92-93
  • 5.2.2 光纤波导参数设置93-94
  • 5.2.3 光栅结构设置94-95
  • 5.2.4 模拟计算与结果分析95-96
  • 5.3 非均匀光纤光栅的分析96-100
  • 5.3.1 相移光纤光栅的分析96-97
  • 5.3.2 啁啾光纤光栅啁啾函数的选择97-98
  • 5.3.3 光纤光栅包层刻蚀与应力分析98-100
  • 5.4 总结100-101
  • 结论101-104
  • 参考文献104-115
  • 致谢115-116
  • 攻读博士学位期间发表的论文116-118
  • 摘要118-121
  • Abstract121-124

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