有源光纖光柵耦合器傳輸及開關(guān)特性研究.pdf

1、光纖具有損耗低、傳輸容量大等特點(diǎn)，是一種理想的傳輸介質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中。但現(xiàn)有的光通信網(wǎng)絡(luò)是光電混合網(wǎng)絡(luò)，在中間節(jié)點(diǎn)依舊存在著光/電/光轉(zhuǎn)換，因此通信系統(tǒng)受到電子瓶頸的束縛，限制了傳輸速率的提高。解決該問題的有效途徑是使光信號在全光域進(jìn)行傳輸和處理，也即使傳輸網(wǎng)絡(luò)全光化。網(wǎng)絡(luò)全光化的關(guān)鍵是找到合適的光開關(guān)，因此本文討論兩種具有開關(guān)效應(yīng)的光纖器件——光纖光柵和光纖光柵耦合器。光纖光柵已經(jīng)做過大量的研究，但大部分的研究都集中在

2、無源情況下，本文使用耦合模理論對有源光纖光柵和有源光纖光柵耦合器進(jìn)行研究。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，基于光纖光柵和光纖耦合器的基本知識，推導(dǎo)了光纖光柵和光纖耦合器的耦合模方程，并將其推廣到有源情形，研究這兩種有源器件線性情形下的傳輸特性。研究了有源光纖光柵的色散、濾波和時(shí)延可調(diào)特性。增益對光柵的時(shí)延和濾波特性影響較大，而對色散影響較小。分析了線性情形下有源光纖耦合器的連續(xù)波傳輸特性和脈沖傳輸。在忽略光纖損耗時(shí)，耦合器中的能量

3、在兩個(gè)纖芯中周期轉(zhuǎn)移，加入增益后能量的包絡(luò)呈指數(shù)增長。通過選取適當(dāng)?shù)脑鲆婵梢员ＷC脈沖振幅在有源器件中傳輸時(shí)保持恒定甚至變大。
　　其次，研究了非線性情形下的有源光纖光柵。和普通光柵相比，有源光柵能夠提供更高的非線性系數(shù)，這能夠降低開關(guān)的功率。非線性效應(yīng)使阻帶發(fā)生偏移，增益能夠增大阻帶內(nèi)的反射率，降低自脈沖形成所需要的功率，增大雙穩(wěn)開關(guān)的對比度和雙穩(wěn)環(huán)的寬度。分析了脈沖在光柵中的傳輸，通過調(diào)節(jié)增益系數(shù)可以有選擇地對脈沖放大。加入增益

4、可以降低脈沖開關(guān)的閾值功率，增加開關(guān)的陡峭性。
　　最后，基于耦合模理論對有源光纖光柵耦合器的時(shí)延可調(diào)性和傳輸特性進(jìn)行了研究。論文推導(dǎo)了對稱光纖光柵耦合器的線性解，研究了其色散、濾波和時(shí)延可調(diào)特性，比較了增益對其影響。研究表明，有源光柵耦合器中的增益對濾波特性曲線的對稱性幾乎沒有影響，但光柵的反射率和透射率都會增大，在光子帶隙附近透射率分布的振蕩更加劇烈。當(dāng)失諧量一定時(shí)，通過對增益系數(shù)的改變可以達(dá)到時(shí)延可調(diào)的目的。基于數(shù)值方法，研