外文翻譯（中文）--相移和級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵

1、<p><b>　　中文2310字</b></p><p>　　出處：Optics communications, 1999, 164(1): 27-31</p><p>　　相移和級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵</p><p>　　Y. Liu，I.A.R. Williams, L. Zhang, I. Bennion</p>&

2、lt;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我們已經(jīng)得到了關(guān)于相移與級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵光譜的有用解析形式，并且用實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證了上述結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論符合較好。討論了一個(gè)相移的引入是如何改變一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵的傳輸譜及如何級(jí)聯(lián)兩個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵在光柵傳輸譜帶中獲得多個(gè)傳輸峰。</p><p>　　關(guān)鍵詞：長(zhǎng)周期光纖光柵；相移；級(jí)聯(lián)；傳輸</p

3、><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　光致長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFGs），有一個(gè)寬的帶寬（大約20nm）,無導(dǎo)模反射，并且已證明了在通信中的許多應(yīng)用，例如，作為摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益譜平坦以及消除放大自發(fā)輻射[1,2]等。長(zhǎng)周期光纖光柵的的諧振耦合波長(zhǎng)可以根據(jù)應(yīng)用需求而選擇，但是它的帶寬在光柵構(gòu)造過程中卻不能有效地控制。長(zhǎng)周期光纖光柵的損耗峰

4、太尖銳以至于不能用作EDFA增益平坦的濾波器[3,4]。因此，我們需要尋找一種方法，該方法能設(shè)計(jì)出一個(gè)精確的LPG光譜形狀來匹配EDFA增益譜。對(duì)于一些其他的應(yīng)用，例如作為L(zhǎng)PG傳感器，雖然LPGs比布拉格光柵在壓力、溫度、外圍折射率[5,6]方面更敏感，但它的光柵譜太寬而不能獲得良好的分辨率與信噪比。</p><p>　　在這篇文章中，我們用分析的形式研究了相移LPGs與級(jí)聯(lián)LPGs的性質(zhì)。一個(gè)更寬且平坦的帶寬

5、或者多個(gè)窄線寬的峰在LPG帶中得到實(shí)現(xiàn)。與理論相符合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也在這篇文章中被報(bào)道。</p><p><b>　　2.理論分析</b></p><p>　　對(duì)于光纖中從導(dǎo)模耦合到包層模的光，其電場(chǎng)可以寫為如下形式</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中，與分別為沿著長(zhǎng)周

6、期光纖光柵長(zhǎng)度方向上的輸入導(dǎo)模與耦合的包層模的幅度。L是LPG的長(zhǎng)度，與分別是傳播常數(shù)。是諧振波長(zhǎng)的失諧，是LPG的周期。LPGs的耦合模方程可以表示為[7]： </p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　其中，是LP0m包層模的耦合系數(shù)，被稱為耦合強(qiáng)度。這里的LPG可以簡(jiǎn)單的看作是兩段(LPG1和LPG2)由一個(gè)相移為()和一個(gè)長(zhǎng)度

7、為的光柵所分開。當(dāng)=0與=0時(shí)，它就變成了普通的LPG；當(dāng)=0與時(shí)，我們稱它為相移長(zhǎng)周期光纖光柵；當(dāng)與=0時(shí)，稱之為級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵?？紤]邊界條件，振幅傳輸率(t)和LP0m包層模的耦合比率(r)可以從方程(2)中解出，并可以寫為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　其中，與分別是LP01纖芯模與LP0m包層模的有效折射率。因此，與描述

8、了普通光柵(i=1,2)包層模耦合率與纖芯傳輸率，并可以從方程(2)解出：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　其中，為有效失諧。把方程(4)代入方程(3)，可以得到[8,9]：</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　當(dāng)=0與d=0時(shí)，方程(5)

9、就退化為普通的LPG，由方程式(4)表示并且長(zhǎng)度為L(zhǎng)1+L2。根據(jù)能量守恒，，我們僅需要討論功率傳輸，對(duì)于功率傳輸率T，我們有：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　在研究相移長(zhǎng)周期光纖光柵(d=0)時(shí)，我們把LPG1與LPG2看做是一根長(zhǎng)為</p><p>　　的光柵。我們定義了一個(gè)參數(shù)q來計(jì)量該LPG中相移的位置

10、：</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　當(dāng)q=0時(shí)，相移位于該LPG的中央，然而如果q=，相移就位于該光柵的一端，并且方程(5)就退化為方程(4)所表示的普通光柵。</p><p>　　對(duì)于級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵，相位延遲來源于光在光纖中的纖芯與包層傳輸距離d（兩光柵分開的距離）所產(chǎn)生的。該相位延遲依賴于波長(zhǎng)，傳輸譜受多

11、個(gè)峰調(diào)制。這種器件與馬赫曾德爾干涉儀相似，兩根光柵充當(dāng)兩耦合器，兩根光柵之間的導(dǎo)模與包層模擔(dān)當(dāng)干涉儀兩臂的作用。相鄰傳輸峰之間的波長(zhǎng)間距可以從方程(6)得到，并可以寫為：</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　拍長(zhǎng)(導(dǎo)模與包層模產(chǎn)生2相位延遲的距離)由下式給出：</p><p><b>　　(9)</b

12、></p><p>　　對(duì)于數(shù)值孔徑NA=0.12和波長(zhǎng)的光纖來說，拍長(zhǎng)近似為0.3mm。因此，如果我們給兩段光柵間的光纖施加應(yīng)變拍長(zhǎng)的力，那么傳輸峰值波長(zhǎng)就會(huì)移動(dòng)。因此，它為我們?cè)趥鞲袘?yīng)用中使用這種裝置來提高光譜分辨力提供了可能。</p><p><b>　　3.結(jié)果與討論</b></p><p>　　隨著在中間(q=0)加入了變化相移

13、的相移長(zhǎng)周期光纖光柵的計(jì)算譜如圖1所示，仿真中使用的參數(shù)是基于周期為475和大約在1520nm處的LP05模的摻硼-鍺光敏光纖。隨著相移的增加，峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，帶寬幾乎是常數(shù)(11nm)，同時(shí)，在主峰處的最大傳輸損耗下降，而在單個(gè)旁瓣處的損耗卻增加。</p><p>　　當(dāng)相移是時(shí)，有兩個(gè)間距為20.7nm的峰對(duì)稱的出現(xiàn)在中心波長(zhǎng)處，光柵在中心波長(zhǎng)處是透射的[10,11]。</p><

14、p>　　在圖2中，我們畫出了引入的相移在離光柵中心取值為q=與時(shí)的計(jì)算譜。這使我們獲得了一個(gè)凹陷、平坦或者是中心凸起的寬譜，它可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整作一些特殊的應(yīng)用。q=時(shí)，光柵在7.9nm的譜寬內(nèi)有一個(gè)損耗為dB的寬平坦區(qū)域，它的3dB帶寬大約為23nm，是普通LPG帶寬的兩倍。</p><p>　　如果我們移動(dòng)的相移略微偏離，計(jì)算表明光柵的對(duì)稱性將會(huì)被破壞，當(dāng)相移小于時(shí)，光譜偏向長(zhǎng)波方向，而當(dāng)相移大于時(shí)，光

15、譜偏向短波方向。圖3中，畫出了相移隨著q而變的光柵的光譜圖。</p><p>　　于是，我們可以看出我們可以進(jìn)一步改變LPG的光譜圖。這種器件的潛在應(yīng)用將是EDFA增益平坦。為了說明這個(gè)，我們?cè)趫D4中展現(xiàn)了這種器件對(duì)典型的EDFA增益譜的影響。這種應(yīng)用需要對(duì)光柵波長(zhǎng)與峰值損耗的仔細(xì)調(diào)整。</p><p>　　在圖5和圖6中，我們分別畫出了d=50與190mm的級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵在計(jì)算與實(shí)驗(yàn)

16、中所獲得的光譜圖。理論仿真與實(shí)驗(yàn)的細(xì)微差別是由于實(shí)驗(yàn)中光柵的中心波長(zhǎng)與強(qiáng)度的略微失諧。d=50mm時(shí)(圖5)，相鄰傳輸峰的波長(zhǎng)間距為7.9nm。隨著LPGs間光纖距離的增加，我們可以得到一個(gè)相鄰傳輸峰距離更近且每個(gè)傳輸峰更窄的傳輸譜。對(duì)d=190mm(圖6)，圖中有17個(gè)間距為2.5nm的傳輸峰，這些傳輸峰有超過3dB的損耗。傳輸峰的線寬由級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光柵間的間距與光纖的數(shù)值孔徑NA決定，所以，在一些特殊的應(yīng)用中，我們可以通過選擇合適的L

17、PGs間距與光纖數(shù)值孔徑。</p><p>　　級(jí)聯(lián)LPG器件總的譜寬由LPGs的帶寬所限定。一種增加譜寬的有效方法就是減小LPGs的長(zhǎng)度但卻始終保持光柵的耦合強(qiáng)度為/4。如果我們把級(jí)聯(lián)LPGs的長(zhǎng)度減小為cm，同時(shí)與mm，我們可以發(fā)現(xiàn)在100nm寬的光譜區(qū)域內(nèi)得到了超過40個(gè)傳輸峰的光譜圖。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p

18、>　　我們已經(jīng)得到了關(guān)于相移與級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵傳輸譜的簡(jiǎn)單表達(dá)式，從這個(gè)式子中，我們可以清楚地明白它的物理意義。使用這些表達(dá)式，我們討論了通過選擇不同的相移與位置，一個(gè)有許多應(yīng)用(例如，EDFA增益平坦)的修剪光譜圖可以被獲得。使用級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵，在仿真和實(shí)驗(yàn)中得到了具有多個(gè)峰的傳輸譜。這些比單個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵有更精細(xì)的光譜特征，使得它們更加適合傳感應(yīng)用，在傳感器中，我們都希望能測(cè)量波長(zhǎng)中的微小漂移。</p>