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《西南交通大学》 2014年
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相位取样型光纤光栅多信道幅频与相频滤波性能研究

周丰洲  
【摘要】:光纤光栅具有灵活的滤波性能、易于光纤系统融合、插入损耗低、制作简单等特点,因而成为国内外研究的热点。相位取样光纤光栅是光纤光栅技术不断发展的产物,不但频谱上表现出梳状的多信道,而且通过对折射率分布的相位、幅度等进行调制可以得到更多新颖的频谱特性,因此在滤波、传感、动态色散补偿等领域具有重要的应用价值。本文以此背景为切入点选题,着重研究和分析了基于相位取样型光纤光栅的常规带宽多信道滤波器和窄带多信道滤波器的幅频响应和相频响应。首先,分析了取样光纤光栅的结构和常用的光纤光栅理论模型(傅里叶级数模型),在此基础上结合传输矩阵法仿真分析了取样周期、占空比、折射率调制值等对取样光纤光栅频谱特性的影响,同时对相位取样光纤光栅折射率调制过程及分析方法进行简单的介绍。其次,利用模拟退火算法设计出了常规带宽多信道光纤光栅滤波器。从离散型和连续型相位取样原理出发,结合模拟退火算法分别实现了离散型和连续型相位取样情况下相位值优化分布结果,设计出的常规带宽多信道滤波器的幅频响应表现为具有较好的一致性且衍射效率较高;离散取样下设计得到的9信道和连续取样下设计得到5信道的3dB带宽分别为0.15nm、0.18nm。每个信道的时延谱是平坦的,为了拓展其相位处理能力,考虑引入线线性啁啾。相频响应表现为每个信道对应的时延谱中出现了一定的线性区域,通过数值拟合,得到离散和连续取样情况下的色散值分别为540-570ps/nm之间和680-720ps/nm之间,可用于色散补偿。另外,每个信道的3dB带宽明显增加了。最后,为设计得到窄带多信道滤波器,分别在离散型和连续型取样多信道光纤光栅中引入单个或多个π相移,进而在每个信道内形成一个窄带透射峰,即;获得了多个窄带透射信道。随着相移数目的增加,窄带透射信道的幅频响应表现为每个信道对应的3dB带宽在增加。以9信道滤波器为例,单个相移时的幅频响应带宽达到1GHz;多个相移时的幅频响应带宽约为6GHz,同时形状系数得到改善。相频响应表现为引入相移后出现了波动,随着相移数目的增加,波动趋于平稳。
【关键词】:纯相位取样 光纤光栅 傅里叶级数模型 幅频响应 相频响应
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN253
【目录】:
  • 摘要6-7
  • 英文摘要7-11
  • 第1章 绪论11-15
  • 1.1 光纤光栅研究的背景及意义11-12
  • 1.2 取样光纤光栅研究现状12-14
  • 1.3 本文的主要工作14-15
  • 第2章 取样光纤光栅理论基础15-25
  • 2.1 取样光纤光栅结构及傅里叶级数模型15-18
  • 2.2 幅度取样光纤光栅频谱特性分析18-21
  • 2.3 相位取样光纤光栅频谱特性分析21-22
  • 2.4 幅度取样结合相位取样光纤光栅频谱特性分析22-24
  • 2.5 本章小结24-25
  • 第3章 相位取样光纤光栅型常规带宽多信道滤波器的设计与仿真25-39
  • 3.1 多信道相位取样型光纤光栅的理论基础25-29
  • 3.2 模拟退火算法29-31
  • 3.3 基于模拟退火算法设计相位取样光纤光栅型多信道滤波器31-38
  • 3.3.1 离散相位取样下多信道幅频与相频响应32-34
  • 3.3.2 连续相位取样下多信道幅频与相频响应34-36
  • 3.3.3 引入啁啾后的多信道幅频与相频响应36-38
  • 3.4 本章小结38-39
  • 第4章 相位取样光纤光栅型窄带多信道滤波器的设计与仿真39-51
  • 4.1 光纤光栅中的π相移及其理论39-40
  • 4.2 单个π相移型相位取样光纤光栅窄带多信道滤波器40-44
  • 4.2.1 离散相位取样下窄带多信道幅频响应41-42
  • 4.2.2 连续相位取样下窄带多信道幅频响应42-44
  • 4.3 多个π相移型相位取样光纤光栅窄带透多信道滤波器44-47
  • 4.3.1 离散相位取样下窄带多信道幅频响应44-46
  • 4.3.2 连续相位取样下窄带多信道幅频响应46-47
  • 4.4 π相移对窄带多信道相频响应的影响47-50
  • 4.5 本章小结50-51
  • 结论51-52
  • 致谢52-53
  • 参考文献53-57
  • 攻读硕士学位期间完成与发表的论文及科研成果57

【参考文献】
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