多模光纖光柵的理論和實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在波分復用(WDM)技術的支撐下,隨著光子器件發(fā)展水平的不斷提高,未來通信骨干網(wǎng)、區(qū)域、城域和接入網(wǎng)將跨入WDM光網(wǎng)的時代,實現(xiàn)WDM光傳送網(wǎng)的關鍵是性能優(yōu)越的光器件.自從摻雜石英光纖的感光效應被發(fā)現(xiàn)以來,單模光纖光柵技術已經(jīng)引起了極大的重視并且被廣泛應用于濾波、色散補償、光纖傳感等領域當中.而在多模光纖中寫入光柵則在近幾年才被提出.多模光纖光柵(MMFG)具有大孔徑、易耦合、可以承受較大的可恢復應變、波長調諧范圍大等多項優(yōu)點,更為重要

2、之處在于具有更寬的反射譜和多個模式的濾波效應.因此,在彎路多、損耗大、多節(jié)點、光功率分路頻繁的短距離通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中MMFG器件具有更多地靈活性和高性價比.本文從理論上和實驗上對多模光纖光柵的制作技術、基本理論、數(shù)值分析方法、光波傳輸特性等方面進行了詳細的研究.第一章首先概括了光網(wǎng)絡及其關鍵光器件技術的發(fā)展,探討了各類光纖光柵技術發(fā)展,分析了多模光纖光柵的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向,總結了光纖光柵技術在光通信和傳感中的應用及其存在的問題.第二章

3、描述了光纖光柵的光學特性.總結和歸納了分析SMFG的基本理論方法以及用于分析MMFG的適用度,針對MMFG多模式工作特點,提出并推導了MMFG主模式分析模型,直觀反映出反射譜特性,所給出的MMFG結構參數(shù)、主模式參量與相位匹配條件的關系,為設計和確定MMFG和導波模、泄漏模、包層模以及輻射模之間的耦合奠定了基礎;建立多模光纖FD BPM模型,對大孔徑多模光纖過渡器進行數(shù)值分析,得出最佳的器件設計參數(shù),為器件的設計研制提供了參考.第三章研

4、究了準三維時域有限差分束傳播法及多模光纖光柵的光譜分析.采用分離圓周角向模式群的方法,獲得圓柱坐標系下的準三維時域標量束傳輸方程,基于ADIM和GD對準三維光波動方程進行離散化處理,建立MMFBG的數(shù)值分析模型;采用圓周模式群功率分配方案,有效分析MMF和MMFBG中的多模式光場分布;同時,研究邊界條件處理和激勵態(tài)對數(shù)值計算的影響,采用正弦激勵源和強制邊界條件對MMF和MMFBG的模擬分析.第四章研究了光脈沖在多模光纖光柵中的傳輸特性.

5、推導多模光纖中角向模式群的時延和色散定義,基于光波傳輸方程,采用傅立葉變換和分離變量法建立了光脈沖在MMFG中的傳輸方程,并有效的仿真模擬光脈沖在MMFG中的傳輸過程;基于多模光纖光柵的色散特性,提出多模光纖光柵的色散補償方案.第五章對多模光纖光柵的研制和性能分析進行了實驗研究.介紹了多模光纖的載氫、光柵的寫入和退火技術;詳細描述了實驗測試系統(tǒng)并討論了誤差分析建議;分別測試了多模光纖Bragg光柵(MMFBG)和長周期光柵(MMFLPG

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