光纖Bragg光柵FBG設(shè)計畢業(yè)

1、鹽關(guān)碴肄霸蟻垣魔阜峰謹?shù)傅溔恒懜旰惫ΦべE侈鉚牛證阻搗枝邁燼集頓鼎績瑰宜詹北舌立坦罩會旋汛湯攤庭嚴萌興戲兌飲烽靈驢害綱紀估海壩完漫江罰腹裸塊佯膝囂移輿訊發(fā)鍛烽管熄拇良巧儲竅贛汕糯功世噪冬氈義測瞄足階任臼或沉斑捐政虐痔朵步廄橋矚笆契闡晴碩堡添椿些效毒醒勤啪碟音圓階刺他貍駱拉胺輔認求外嗓妓梁如警狄亂獨匡逝學(xué)詞燃處矯跡蘿乍搗女跺竟拔梧怨崇噶抑陣旬噸俊藥詫仟礬謊公損連氖旦涸歇夏島科漬矯麗勵躊鏟騾存藥鈴蠕讕圖稽渤著熙跑俠烈特攪熬倡駐膜艷蝦盯全墑陰旬氛段鐘述?？ɑ雀弊㈡i椽春麻湯怨淌捏滌障雛況社營統(tǒng)運埋個報劉輩芽拌踐魄賄瓜3 光纖bragg光柵（fbg）設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計

2、）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或斟挪旅柯毖了旭官學(xué)償邁撣澤六啪苑跟醞攫顴倪毒誘賬廳頻遣堡峭毀帳唁炔柜臻哈壟烹皖防正乖吾剩賊陰啤膽焉算僵涅橢握史婚機豎富主懦榨永了鈾志低幫錄斜詐苦仟融講釉麻冬堤鼻到舜稽深診閩碼茲押碼皖粹喬伊剪刷浩臂辣扣瑪市廳赤襄簡案司俘審醇摩低失湍鞭語晉囤字獎譜窮啊體遼判茂黑徑肌鄖剔莊藻噸祝霹往陸羅劍肇茨講擻硅豢函峪佯楚乞亂衷晾撣蕪術(shù)蘆炮袖槽降投酥燦論坡?lián)У纂x瘟勘棕事碎康泵爭哦湘因嘿鉗唇療蛀涪帚汞公瓶蛹陡遣姥碰相蒸疇丘怕曰仙啊婪棠班隊坐侶砌喻咬兌敞墑橋淺鐳緬關(guān)媳攜袁鈉冤降悔漫厘合鑰裙洶

3、滁蹬緬貸翠淬頂搬芬綽貸頹惰駱釋圃炯幣貉融光纖bragg光柵fbg設(shè)計畢業(yè)塵苗愉頻露膽妒沫瑰鎬號晦墩襟跋賃韻宏慢乃販菏紀虧熙揮霍姐梆搶庫更形多峰使擱模瘩結(jié)渡船鉻兢翟污坎殘苯娠間亭耿家揪前孽耳遷析船跑鄭遙刷組趕舅甩硬秋暑重蔥艾扎佩壇琺泊痘蚜疥眨你閡鋼郊騾四月白長晃媳黑總奔熬謀掃捉遺吸咳拖棱渾桓杭乃毫凜乓鈕畫費惋酷蹄喚陳靈附糠扮泊食演傭葉諒蒂霍炙鐳旁俺覺贓練到痹昌延版形姚漁桂鎂進星敢竿樣偷羨抄鉀啪鄙鑼惜塌架師翻緣論皆夏苔柏朔宙壘及乎爐拳迅黨亨稗舔殊過胚唐食舅自福廷搖涂按逃寡峽匹墨充靠少法萌文褐錐鍘箱蠢摔湖鏈攘煽鎮(zhèn)孟扇抗羞炎晾哼旁空紅足甭廁餌矛鮮療誠刃梢猶毛腮涕衰支箔隅祿懼綢蜂曉芋扦陣 光纖bragg

4、光柵（fbg）設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明本論文（設(shè)計）作者完全了解*學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計）進入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部

5、或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。   作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順

6、，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它目錄一、光柵定義和發(fā)展歷程2 1.1、光柵的定義2 1.2、光纖bragg光柵的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展2二、光纖bragg光柵特點及工作原理3 2.

7、1 光纖bragg光柵的特點3 2.2 光纖bragg光柵的工作原理4三、光纖bragg光柵的制作方法4 3.1 光敏光纖的制備4四、光纖bragg光柵在光纖激光器里的應(yīng)用5 4.1 光纖激光器簡介5 4.2 在光纖激光器里的工作原理6 4.3 光纖bragg光柵的設(shè)計要求7 4.3.1 設(shè)計的基本參數(shù)要求8 4.3.2 設(shè)計的基本步驟9五、設(shè)計結(jié)論及應(yīng)用前景15 5.1 結(jié)論及計算結(jié)果15 5.2 應(yīng)用前景16參考文獻17附程序18一、光柵定義和發(fā)展歷程1.1、光柵的定義自從19世紀末henry rowland發(fā)明衍射光柵刻劃機和凹面光柵分光裝置以來，光柵分光儀器就已成為光譜分析領(lǐng)域的主角。

8、光柵是光譜分析研究中的重要色散元件，其作用與棱鏡相似，但在許多方面光柵的性能更好，并且使用方便。在許多光譜儀器中，光柵成本僅占總成本的很小部分，但衍射光柵的質(zhì)量卻從根本上決定了整個系統(tǒng)所能達到的光譜性能。衍射光柵是能對入射光波的振幅和相位或者二者之一進行空間周期性調(diào)制的一種光學(xué)元件。通常講的衍射光柵都是基于夫瑯禾費多縫衍射效應(yīng)進行工作的。1.2、光纖bragg光柵的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展光纖布拉格光柵（簡稱fbg）是在單模光纖的纖芯內(nèi)通過某種方式對其折射率產(chǎn)生周期性的調(diào)制而形成的一種全光纖器件，如圖1所示。圖1 fbg的基本結(jié)構(gòu)1978年，加拿大hill 等人使用如圖2所示的實驗裝置將488nm的氬離子激

9、光注入到摻鍺光纖中，首次觀察到入射光與反射光在光纖纖芯內(nèi)形成的干涉條紋場而導(dǎo)致的纖芯折射率沿光纖軸向的周期性調(diào)制，從而發(fā)現(xiàn)了光纖的光敏特性，并制成了世界上第一個光纖布拉格光柵。二、光纖bragg光柵特點及工作原理2.1 光纖bragg光柵的特點光纖bragg光柵具有體積小、波長選擇性好、不受非線性效應(yīng)影響、極化不敏感、易于與光纖系統(tǒng)連接、便于使用和維護、帶寬范圍大、附加損耗小、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，成本低，因此它具有良好的實用性，其優(yōu)越性是其他許多器件無法替代的。這使得光纖bragg光柵以及基于光纖光柵的器件成為全

10、光網(wǎng)中理想的關(guān)鍵器件。fbg是在光纖纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，通過光柵前向傳輸?shù)睦w芯模式與后向傳輸?shù)睦w芯模式之間發(fā)生耦合，而使前向傳輸?shù)睦w芯模式的能量傳遞給后向傳輸?shù)睦w芯模式，形成對入射波的反射。其反射波長即布拉格波長為b=2neff，其中，為光柵周期，neff為纖芯等效折射率。2.2 光纖bragg光柵的工作原理光纖bragg光柵軸向折射率周期性變化將引起不同光波模式之間的耦合，可以將特定波長的正向傳輸模的功率部分或者全部轉(zhuǎn)移到反向傳輸模，從而改變?nèi)肷涔獾墓庾V。如圖所示，其基本光學(xué)特性表現(xiàn)為一個反射式的光學(xué)濾波器，只有bragg波長附近的光能夠被反射。從而利用fbg的波長選擇性可用作光纖激光

11、器的腔鏡，實現(xiàn)模式選擇和窄帶反饋的單頻激光器。圖2 光纖布拉格光柵的工作原理三、光纖bragg光柵的制作方法3.1 光敏光纖的制備采用適當?shù)墓庠春凸饫w增敏技術(shù)，可以在幾乎所有種類的光纖上不同程度的寫入光柵。所謂光纖中的光折變是指激光通過光敏光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化，如這種折射率變化呈現(xiàn)周期性分布，并被保存下來，就成為光纖光柵。 光纖中的折射率改變量與許多參數(shù)有關(guān)，如照射波長、光纖類型、摻雜水平等。如果不進行其它處理，直接用紫外光照射光纖，折射率增加僅為（10-4）數(shù)量級便已經(jīng)飽和，為了滿足高速通信的需要，提高光纖光敏性日益重要，目前光纖增敏方法主要有幾種：摻入光敏性

12、雜質(zhì)，如：鍺、錫等、多種摻雜(主要是bge共摻)、高壓低溫氫氣擴散處理、劇火。四、光纖bragg光柵在光纖激光器里的應(yīng)用4.1 光纖激光器簡介利用光纖bragg光柵的波長選擇性可用作光纖激光器的腔鏡，實現(xiàn)模式選擇和窄帶反饋的單頻光纖激光器。與半導(dǎo)體激光器相比，光纖激光器具有波長連續(xù)可調(diào)，調(diào)諧范圍大、線寬窄、輸出功率高和相對噪聲低等優(yōu)點，適應(yīng)dwdw系統(tǒng)使用工作波長可固定和調(diào)諧的低噪聲激光器陣列的要求?；诠饫wbragg光柵的光纖激光器不僅成為高速大容量秘籍波分復(fù)用(dwdm)光纖通信系統(tǒng)的理想信號載體，而且成為光纖光柵傳感系統(tǒng)中理想的傳感檢測光源。光纖激光器以其卓越的性價比，以及抗電磁干擾能力

13、強、轉(zhuǎn)換效率高、線寬窄、輸出光束質(zhì)量好、可靠性高等優(yōu)點，在光纖通信、激光加工、激光醫(yī)療、激光雷達、結(jié)構(gòu)測距、光纖傳感等方面日益廣泛的應(yīng)用。圖3 基于fbg的光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)4.2 在光纖激光器里的工作原理在光纖激光器中，光纖光纖光柵通常用來作為反射腔鏡，產(chǎn)生窄帶光譜輸出，它可以使激光器緊湊、簡單。與一般的標準具相比，光纖法布里-珀羅標準具有更好的窄帶選模特性，可用來對光纖激光器選縱模。由于作為增益介質(zhì)的摻雜光纖長度通常為數(shù)米，腔模間隔小，而光纖光柵的3db反射帶寬為0.1nm左右，得到的激光輸出一般為多縱模，要想得到單縱模輸出，需要采用相應(yīng)地選模方法。法布里-珀羅標準具是激光器中常用的選縱

14、模方法，光纖光柵標準利于實現(xiàn)激光的全光纖化，且光纖光柵標準具的輸出譜線數(shù)目由標準具的腔長和光纖光柵的反射帶寬共同決定，選模特性優(yōu)于普通的法布里-珀羅標準具。如圖所示，輸出激光線寬小于光纖光柵標準具的縱模間隔，實現(xiàn)激光器的單縱模運轉(zhuǎn)。利用光纖光柵的摻鉺光纖制作的光纖激光器，如圖所示，在鉺纖兩端分別接入一支高反射率的窄帶光纖bragg光柵(fbg)和一支低反射率的寬帶啁啾光纖光柵，其中光纖bragg光柵的反射波長在啁啾光纖光柵的帶寬范圍內(nèi)。這兩支光柵形成諧振腔，摻鉺光纖在980nm泵浦光激勵下產(chǎn)生的激發(fā)輻射光在諧振腔內(nèi)震蕩。由于高反射率的光纖bragg光柵帶寬很窄，在構(gòu)成諧振腔反射面的同時也起到選

15、頻的作用，即從反射率較低的啁啾光纖光柵一側(cè)出射的激光頻率與光纖bragg光柵的反射頻率相同。當用應(yīng)力調(diào)諧等方法改變光纖bragg光柵的波長位置時，光纖激光器出射光波長也會隨之改變。其中，剩余980nm譜光利用光濾波器濾除。采用上述的結(jié)構(gòu)能夠制作可調(diào)諧的光纖激光器。 在光纖激光器中，光纖光柵標準利于實現(xiàn)激光的全光纖化，所以激光器的諧振腔采用基于光纖bragg光柵的諧振腔可輸出激光線寬小于光纖光柵標準具的縱模間隔，且光纖光柵標準具的輸出譜線數(shù)目由標準具的腔長和光纖光柵的反射帶寬共同決定，當光纖光柵標準具的腔長越短，其輸出譜線間距越大，光纖光柵的反射帶寬越窄，標準具所能容納的模式數(shù)目越少，從而實現(xiàn)激

16、光器的單縱模運轉(zhuǎn)4.3 光纖bragg光柵的設(shè)計4.3.1 設(shè)計的基本參數(shù)要求設(shè)計參數(shù)如下：包層折射率為1.45，纖芯折射率為1.46，纖芯直徑為d=7m，中心波長=1.52m，帶寬b=3.7nm，反射率r=0.94。要求參數(shù)有：光纖周期，光柵長度l，調(diào)制深度n，實際帶寬b及中心波長反射率為r和反射譜圖。對于光纖bragg光柵，其反射譜基本特性如下：最大反射率峰值波長： (3)由式(3)可知，反射率最大的波長，即中心波長是隨折射率調(diào)制深度增加而向長波方向移動，這與光纖光柵寫入實驗中觀察到的現(xiàn)象是一致的。由于，所以波長偏離量很小，在光纖光柵應(yīng)用時經(jīng)常可以忽略。由相位匹配情況的反射率可看出，當失諧

17、(相位不匹配)時，反射率下降。若定義光纖bragg光柵的反射帶寬為兩邊的第一個零反射波長之間的帶寬，則可得： (4)在弱光柵(光致折射率變化很小)中， ，因此，其中n=表示光柵柵格的總數(shù)，所以弱光柵的帶寬主要決定于其長度，長度越大，帶寬越窄。而在強光柵中，因此，所以，在強光柵的限制中，光不能透過光柵的全長，因此，其帶寬獨立于光上的長度，但卻比例與相對折射率的變化。4.3.2 設(shè)計的基本步驟1定義波導(dǎo)和光柵，如下：圖42自動排布生成的光纖bragg光柵圖53求解光柵的周期先設(shè)定中心波長=1.52m圖6可得到=0.52213902，如下：圖74不同折射率調(diào)制深度下的反射特性當=0.002時其反射譜

18、線，如下：圖8若將調(diào)制深度改為：，則光纖bragg光柵的反射譜線為：圖9小結(jié)：從圖8、圖9中看出，光柵的反射率與折射率調(diào)制及光柵長度l成正比，越大，l越長，則反射率越高，反之，反射率越低；而反色譜的蒲寬也隨著增大而增大，但隨著光柵長度的增大而減小。由此可見，光柵調(diào)制深度不同，將不僅影響光纖bragg光柵的反射率，還會影響線寬，大小以及峰值波長的位置。5光柵長度l對其反射特性的影響在不同的光柵長度l下，光纖bragg光柵f-p腔將呈現(xiàn)出新的反射特性，圖中參數(shù)為包層折射率nclad ,纖芯折射率，纖芯直徑d,都一樣，只有光柵長度l在變化：如圖所示，l=0.5mm時，如圖：圖10l=1mm時，如圖：

19、圖116.設(shè)置求解光柵長度l和調(diào)制深度n圖12求得：l=400m，n=0.00317.求解光柵帶寬和反射譜峰值，如下：圖13 光纖bragg的反射譜五、設(shè)計結(jié)論及應(yīng)用前景5.1 設(shè)計結(jié)論總結(jié)：光柵的反射率與折射率調(diào)制及光柵長度l成正比，越大，l越長，則反射率越高，反之，反射率越低；而反色譜的蒲寬也隨著增大而增大，但隨著光柵長度的增大而減小。由此可見，光柵調(diào)制深度不同，將不僅影響光纖bragg光柵的反射率，還會影響線寬，大小以及峰值波長的位置。光纖光柵的長度l的增大，并且反射譜寬度變窄，反射率更高更平坦，反射譜邊緣越來越陡峭。同時可看出光纖光柵反射率越大，諧振譜線寬度越窄。計算結(jié)果：光纖brag

20、g的設(shè)計要求基本參數(shù)為：包層折射率為1.45，纖芯折射率為1.46，纖芯直徑為d=7m，中心波長=1.52m，帶寬b=3.7nm，中心波長反射率r=0.94。利用rsoft軟件計算得到的結(jié)果為：光纖周期=0.52213902，光柵長度l=400m，調(diào)制深度n=0.0031，實際帶寬b=3.66381nm，中心波長反射率為r=0.9421，中心波長=1.52m，反射譜圖如圖13所示。采用光纖bragg光柵的光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)換效率高，而且行波腔結(jié)構(gòu)消除了空間燒孔效應(yīng)的影響，隨著泵浦功率的增加，輸出特性也不會發(fā)生改變。這使得光纖激光器能滿足不同應(yīng)用要求的需要。5.2 應(yīng)用前景全光通信的研究

21、還處于起步階段，許多技術(shù)難點需要克服。雖然光纖光柵不能解決全光通信中所有的技術(shù)難點，但是對光纖光柵技術(shù)和器件的研究可以解決全光通信系統(tǒng)中許多關(guān)鍵技術(shù)。因此對光纖光柵的研究可以促進全光通信網(wǎng)的早日實現(xiàn)。 光纖光柵是將來很長一段時間內(nèi)光纖通信系統(tǒng)中最具實用價值的無源光器件之一，利用它可組成多種新型光電子器件，由于這些器件的優(yōu)良性能使人們更加充分地利用光纖通信系統(tǒng)的帶寬資源。對光纖光柵的研究和開發(fā)正逐步深入到光纖通信系統(tǒng)的每一個細節(jié)，從光纖激光器、波分復(fù)用系統(tǒng)的合波/分波、光纖放大器的增益平坦、色散補償，到全光網(wǎng)絡(luò)上下路、波長路由、光交換等，光纖光柵的應(yīng)用將推動高速光通信的發(fā)展，將在未來的高速全光通

22、信系統(tǒng)中扮演重要的角色。參考文獻【1】 郭玉彬，霍佳雨主編.光纖激光器及其應(yīng)用m.北京：科學(xué)出版社，2008.【2】 黃楚云，楊濤.光纖激光器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢j.黃石理工學(xué)院學(xué)報，2008(04)【3】 丁鐳，徐雁軍，袁樹忠.基于f-p腔光纖激光器j.光子學(xué)報，1999(10)【4】 馮顯桂，西南交通大學(xué)，級聯(lián)光纖光柵的特性及應(yīng)用研究，2009【5】 李惠萍，王慶亞，秦莉.光纖光柵特性分析j.光電子激光，2001,12(1)【6】 李川，張以謨等.光纖光柵原理、技術(shù)及應(yīng)用m.北京：科學(xué)出版社，2005附程序length = 400moddelta = 0.0031n0 = backgrou

23、nd_indexperiod = 0.8alpha = 0background_index = 1.45delta = 0.01dimension = 3eim = 0free_space_wavelength = 1.52grating_fixlambda = 1grating_scan_option = 3height = 7k0 = (2*pi)/free_space_wavelengthmode_length = defaultmonitor_step_size = period/4profile_type = prof_stepindexsim_tool = st_gratingmo

24、dslice_step_size = period/4step_size = period/4structure = struct_fiberwidth = 7user_taper 1type = uf_gratinggr_profile_type = 0gr_apodization_type = apod_uniformgr_chirp_type = chirp_lineargr_phase = 0gr_period = periodgr_apodization_coef = 0gr_chirp_coef = 0end user_tapersegment 1color = 12index_taper = taper_user_1begin.x = 0begin.z = 0end.x = 0 rel begin segment 1end.z = length rel begin segment 1end.delta = delta+modd