新型長周期光纖光柵形成機理及理論初步研究.pdf

1、導師饒云江教授首次發(fā)明了高頻CO2激光脈沖寫入長周期光纖光柵的方法。該方法具有脈沖能量集中、單個脈沖加熱時間短、加熱效率高的優(yōu)點，能高效率高質量地寫入低成本的長周期光纖光柵。這些新型長周期光纖光柵有許多新的不同與以往的特性，并且已經用在應力、橫向負載、彎曲、扭曲、溫度的傳感中，另外在它的某圓周角度進行彎曲或橫向負載可以進行EDFA的增益平坦。這些特性無法用現(xiàn)存的理論進行分析，甚至新型長周期光纖光柵寫入的機理也沒有得到解釋。本文在本團隊以

2、前工作的基礎上，深入研究了光纖內應力的形成、吸收CO2激光脈的機理、溫度分布、內應力釋放的特性以及模式耦合理論，并對一些前人沒有解決的問題提出解決的方法。主要工作和成果如下： 1、對高頻CO2激光寫入的長周期光纖光柵的機理進行了研究，光纖由于各層材料的不同，拉制過程的熱應力會最終保留在光纖中，并且由于各層間彈性應變與非彈性應變的共同作用，光纖中也會殘存機械應力。由于光纖材料主要是SiO2，SiO2晶格的振動會造成10.6 CO2

3、激光的吸收，使光纖曝光區(qū)的溫度升高，殘余機械內應力釋放，并且由于彈光效應曝光區(qū)折射率變化，光纖最終在縱向會形成周期性的折射率變化，形成光纖光柵。 2、對高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵的模式耦合特性進行了研究，由于新型長周期光纖光柵的形成是來自于CO2激光的單側曝照，因此在橫截面上的折射率分布是不均勻的，即光纖上部分的折射率改變要大于下半部分折射率的改變，這種新型的長周期光纖光柵將不能再用以前的模式耦合理論進行分析。本文從

4、麥克思韋原始方程開始推導，推導出適用于新型長周期光纖光柵的耦合理論。在橫截面上不同的位置，在光纖縱向進行傅立葉變換，考慮了折射率的平均分量、一次諧波分量、以及高次諧波分量對諧振波長的影響，研究發(fā)現(xiàn)折射率的平均分量的引入使得 、 偏振態(tài)的諧振波長有一個分離，而高次諧波分量的引入將會使諧振波長的分析更加精確。 3、利用新型長周期光纖光柵的模式耦合理論解釋了長周期光纖光柵彎曲時的方向相關性。對高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵進行