光纖光柵功能型濾波特性及其在光脈沖生成中的應用研究.pdf

1、作為一種典型的全光纖式無源器件，光纖光柵(FBG)具有體積小、易與光纖耦合、損耗小等特點，在光纖通信和傳感器領域有著重要應用和廣闊前景。因而FBG濾波性能與器件的持續(xù)深入研究、優(yōu)化，對于提升其性能和應用領域、對于更好地服務于光通信與信號處理有著重要意義。目前，雖然FBG的研究已取得一系列的理論和實驗成果，但是伴隨著新型光信息技術的發(fā)展和用戶需求的不斷增加，其濾波性能和應用面臨著許多新的挑戰(zhàn)和機遇。本文在已有的研究成果基礎上，圍繞FBG的

2、新穎濾波性能及特色應用開展工作，大致分為三部分:FBG多信道濾波特性研究、FBG的特殊反射譜的設計、基于FBG的脈沖壓縮和脈沖序列生成。
　　 在本文研究過程中，先后采用了相位等效、傅里葉變換、傳輸矩陣法、泰勒級數(shù)展開等理論方法和仿真手段。首先，以相位空間的等效性，結合線性啁啾與相移技術，建立頻域Talbot效應的通用化相位條件，以混合技術達到多信道密集化的效果;運用傅里葉變換法建立光柵折射率調制與反射譜之間的關聯(lián)，設計得到余弦

3、、二次函數(shù)型、直角梯形特殊反射譜;在上述設計結果的基礎上，采用傳輸矩陣法對方案和性能進行驗證，并為FBG在信號生成領域的應用提供了理論指導。其次，利用泰勒級數(shù)展開法分析光相位調制的頻率啁啾特性，而后提出以高階色散補償（比如二階、四階色散）方案來補償頻率啁啾，實現(xiàn)脈沖壓縮和生成。本文的主要取得的成果如下:
　　 新型FBG濾波特性研究，集中在多功能型多信道濾波器、具有特殊函數(shù)型響應的光濾波器兩個方向。推導得到通用化相位條件作為混合

4、技術的基礎;由于在通用化相位條件中，啁啾系數(shù)和相移對相位條件的貢獻是等效的，可以通過啁啾系數(shù)和相移的不同排列來設計多信道濾波器，實現(xiàn)不同的信道間隔、色散補償值。并且，可通過動態(tài)調節(jié)插入的相移值來實現(xiàn)可調色散補償器。此后，基于對折射率調制的傅里葉變換分析，設計了具有特殊幅頻響應、時延響應的多種FBG。特殊幅頻響應包括非對稱斜率三角形，二次函數(shù)型和四次函數(shù)型，指數(shù)函數(shù)型，直角梯形;特殊時延響應包括:線性、二次函數(shù)型、三次函數(shù)型，甚至可以拓展

5、到更為復雜的形狀。而后，基于傳輸矩陣法對濾波性能進行仿真驗證，所獲得結果和理論預期基本一致，達到了預期的效果。此類光柵可應用于高階色散補償、微波信號光子學產(chǎn)生、光脈沖信號生成、以及光電傳感與解調中。
　　 結合相位調制及啁啾FBG，提出并設計了多倍頻（二倍頻、四倍頻等）重復速率的光脈沖序列生成方案。即一束光經(jīng)相位調制后被分解為具有正交偏振態(tài)的兩路信號，分別從相反方向注入一個啁啾光纖光柵的兩端，由于干涉效應，奇數(shù)階邊帶被消除，產(chǎn)生

6、了一個具有偶數(shù)階邊帶的歸零碼脈沖序列，生成兩倍頻重復速率歸零碼脈沖序列，其脈沖占空比為33％。進一步地，利用正弦信號調制線性偏振光，其偏振角相對于偏振調制器的主軸成45°;該信號輸入到啁啾FBG，反射光經(jīng)過偏振分束器將產(chǎn)生四倍頻重復速率的脈沖序列。
　　 基于相位調制和高階色散補償?shù)墓饷}沖壓縮與生成。針對外光相位調制的頻率啁啾特性進行解析分析，對被調制光同時進行二階色散和四階色散補償，被調制光的頻率啁啾在一個相對更大的帶寬中被補