光纖光柵光譜特性研究

SHANDONGJNIVERSO宦7TECHNOLOGY課程設(shè)計(jì)題目：光纖光柵光譜特性研究所屬課程：應(yīng)用光學(xué)學(xué) 院： 理學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息科學(xué)與工程 學(xué)生姓名： 盧遠(yuǎn) 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： 郭立萍 2015年6月課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)#第1章緒論1.1光纖光柵的基本概念光纖光柵是用光纖材料光敏特性而制作的。光敏性，就是指當(dāng)材料被外部光照射時(shí)，進(jìn)而引起該材料物理或化學(xué)特性的暫時(shí)或永久性變化的特性。 當(dāng)特定波長(zhǎng)光輻射摻鍺光纖時(shí)，這個(gè)光纖的一些物理特性就發(fā)生了永久性的改變，比如折射率、吸收譜、內(nèi)應(yīng)力密度等。在外部光源照射時(shí)，光纖的折射率也隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相對(duì)應(yīng)的變化，變化的大小與光強(qiáng)成線性關(guān)系并可以保留下來(lái)，從而形成光纖光柵。光纖光柵的折射率沿光纖的軸方向并呈現(xiàn)周期性的分布，是典型的折射率型衍射光柵。根據(jù)衍射理論，以角二1入射的光將以角二2衍射，且滿足布拉格衍射方程⑴。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性（外界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起的折射率永久性變化），在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成（利用空間相位光柵的布拉格散射的波長(zhǎng)特性）一個(gè)窄帶的（投射或反射）濾光器或反射鏡。1.2光纖光柵的現(xiàn)狀與應(yīng)用1.2.1光纖光柵的現(xiàn)狀自從1978年KOHill等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫入法制成世界第一個(gè)光纖光柵后。因?yàn)楣饫w光柵所具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。伴隨著光纖光柵制造技術(shù)地不斷完善，光柵應(yīng)用成果的日益增多，而使得光纖光柵變成為目前最有前途、最具有代表性的光纖無(wú)源器件。光纖光柵成為近幾年發(fā)展迅速的光纖無(wú)源器件之一，光柵的問(wèn)世被認(rèn)為是繼摻鉺光纖放大器［2］之后光纖通信領(lǐng)域又一個(gè)具有里程碑意義的革新。光纖光柵不僅僅在光纖通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并且在光纖傳感領(lǐng)域也有非常大的應(yīng)用。就目前來(lái)說(shuō)，光纖光柵已經(jīng)在濾波器、激光器、波分復(fù)用器、放大器、色散補(bǔ)償器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光纖傳感器等許多方面展示出非常重要的應(yīng)用前景?；诠饫w光柵的部分器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化的生產(chǎn)與應(yīng)用。 盡管如此，光纖光柵仍然留給人們大量尚待研究探索的工作。比如，在光敏性方面，人類需要進(jìn)一步揭示光纖光柵光敏性的內(nèi)在原理，制造出更加穩(wěn)定可靠的光纖光柵；在應(yīng)用方面，光纖光柵還有許多潛在應(yīng)用價(jià)值未被發(fā)現(xiàn)，并且許多已有的應(yīng)用方案還待進(jìn)一步成熟與優(yōu)化。122光纖光柵的應(yīng)用傳感器方面的應(yīng)用 」光纖傳感器是利用將待測(cè)事物的物理參數(shù)的變化轉(zhuǎn)化為信號(hào)光在波長(zhǎng)、 強(qiáng)度或相位上的變化，從而對(duì)待測(cè)事物的物理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的器件。光纖傳感器有著眾多種類，并且都具有抗磁、抗腐蝕、體積小、重量輕、易于集成、分辨率高、精度高等許多特點(diǎn)。和傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制型或相位調(diào)制型光纖傳感器相比較， 波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖光柵傳感器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 比如，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等多種因素的影響 ；傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，方便埋入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和大型建筑物內(nèi)部，并且也便于傳感器的集成;使用波分復(fù)用技術(shù)可制成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行大面積的多點(diǎn)測(cè)量與監(jiān)控。激光器方面的應(yīng)用光纖光柵的光纖激光器在光纖通信系統(tǒng)中是有著非常大前途的光源， 這種光源的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：稀土摻雜光纖激光器利用光纖光柵能十分準(zhǔn)確的確定波長(zhǎng)，并且成本低；用作增益介質(zhì)的稀土摻雜光纖生產(chǎn)工藝比較成熟，摻雜過(guò)程較簡(jiǎn)單，光纖損耗小，而且插入損耗低；有著較高的功率密度，光纖結(jié)構(gòu)具有很高的面積體積比，并且散熱效果好；與現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的兼容性好，可以采用多種光纖元件，減少了對(duì)塊狀光學(xué)元件的需 求和光路機(jī)械調(diào)諧的不便，大大的簡(jiǎn)化了光纖光柵激光器的設(shè)計(jì)及制作。寬帶是現(xiàn)代光纖通信的主要發(fā)展趨勢(shì)之一，而光纖光柵激光器可以通過(guò)摻雜了不同的稀土離子，在的寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光輸出，波長(zhǎng)容易選擇并且可調(diào)諧。近年來(lái)，因?yàn)楣饫w的制造工藝進(jìn)步，紫外光光纖光柵寫入技術(shù)等的日益成熟和各類激光器，特別是半導(dǎo)體激光器技術(shù)的近期發(fā)展，光纖光柵激光器和的研究工作進(jìn)展非?？?。 現(xiàn)在已研制出多種光纖光柵激光器，主要可分為單波長(zhǎng)光纖光柵激光器和多波長(zhǎng)光纖光柵激光器。色散補(bǔ)償方面的應(yīng)用伴隨著光纖通信系統(tǒng)速率的提高，色散已經(jīng)成為影響通信質(zhì)量的直接原因，因此采用色散補(bǔ)償技術(shù)顯得十分重要。在光通信中通常采用色散位移光纖(DSF)或者色散補(bǔ)償光纖(DCF)對(duì)光纖通信中的色散進(jìn)行補(bǔ)償。近幾年來(lái)有用光纖光柵作為色散補(bǔ)償器件。目前，通信系統(tǒng)中主要利用的光纖光柵有啁啾光纖光柵，長(zhǎng)周期光纖光柵，均勻周期光纖光柵，取樣光纖光柵和切趾啁啾光纖光柵，不同類型的光纖光柵可以補(bǔ)償不同的色散。無(wú)論用什么方法，其基本原理都是相似的，都是在通信系統(tǒng)中插入具有負(fù)色散系數(shù)的光纖光柵， 平衡系統(tǒng)中積累的正色散，或者用脈沖壓縮的方法將被展寬的脈沖壓窄等。增益控制和增益平坦方面的應(yīng)用在光通信系統(tǒng)中，光器件微小的偏振敏感所產(chǎn)生的積累效應(yīng)都會(huì)引起信號(hào)的偏振漂移，從而造成信號(hào)光功率的波動(dòng)，由于EDFA通常都工作在飽和狀態(tài)，信道數(shù)增加或減少時(shí)，會(huì)使其增益會(huì)相應(yīng)降低或增大，進(jìn)而導(dǎo)致光纖的非線性效應(yīng)增大，所以EDFA的增益控制在光通信網(wǎng)絡(luò)中十分重要。目前我們常用光纖光柵進(jìn)行增益控制，其原理就是利用光纖光柵反射EDFA的ASE光或者雙光柵諧振光作為增益的控制光，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的增益均衡。EDFA幾乎是WDM系統(tǒng)中理想光的放大器，由于其增益與波長(zhǎng)有關(guān)，導(dǎo)致EDFA增益譜的不平坦，因此必需采用增益平坦技術(shù)。目前比較廣泛采用的是利用長(zhǎng)周期光纖光柵進(jìn)行增益平坦，其原理是將不同的長(zhǎng)周期光纖光柵組合，使其光譜特性設(shè)計(jì)成與增益譜相反的波形，最終獲得很好的增益平坦度。1.3光纖光柵的近期研究進(jìn)展從1978年Hill及其同事在摻鍺光纖中制造出全息光柵以后，光纖光柵的研究就引起了人們非常大的興趣。1989年，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心G.Meltz等人最終實(shí)現(xiàn)了光纖Bragg光柵的UV激光側(cè)面的寫入技術(shù)，使光纖光柵的制作技術(shù)出現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。 隨著光纖光柵制造技術(shù)不斷的完善，其應(yīng)用的成果日益增多，無(wú)論是光通信領(lǐng)域，還是光纖傳感領(lǐng)域，都會(huì)由于光纖光柵的實(shí)用化而發(fā)生革命性的改變。隨著現(xiàn)在良好市場(chǎng)前 景的驅(qū)動(dòng)下，全世界各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和公司都大力研究光纖光柵，就單獨(dú)光纖光柵而言，目前已經(jīng)有了十家公司推出其相關(guān)的商業(yè)產(chǎn)品，不包括含有光纖光柵的其它產(chǎn)品?？傊?，現(xiàn)在的光纖光柵領(lǐng)域己進(jìn)入成熟和實(shí)際應(yīng)用的階段，研究熱點(diǎn)已經(jīng)主要集中在光纖布拉格光柵 ［（的封裝及溫度補(bǔ)償技術(shù)、啁啾光纖光柵在色散補(bǔ)償中的應(yīng)用、長(zhǎng)周期光纖光柵在摻餌光纖放大器增益均衡中的應(yīng)用、新型光纖光柵濾波器的設(shè)計(jì)等各方面。1.4研究光纖光柵的光譜特性的目的伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化程度的提高，以光纖通信和光纖傳感技術(shù)為代表的信息技術(shù)和傳感技術(shù)在人們的生活中展示出越來(lái)越重要的作用。 光纖傳感技術(shù)是在光纖光學(xué)和光纖通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的新興技術(shù)。最開始的光纖傳輸損耗非常大，在儀器儀表行業(yè)中，光纖最早只用于短距離的光傳輸和圖像傳輸⑺o1966年7月，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所的英國(guó)籍華人科學(xué)家高餛（K.C.Kao）分析了玻璃光纖損耗大的主要原因，并且預(yù)言只要能夠設(shè)法降低玻璃中的雜質(zhì)就能降低光纖傳輸中的損耗。從此以后大量針對(duì)降低光纖損耗的研究成果被提出，到1979年光纖波段的損耗已經(jīng)降低。光纖以其低損耗和 大帶寬等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)開始用于長(zhǎng)距離通信。低損耗光纖出現(xiàn)后不久，就已經(jīng)出現(xiàn)了光纖 傳感器。因?yàn)楣饫w不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，且當(dāng)光波在光纖中傳輸時(shí)，它的特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等會(huì)因外界因素如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移等值接或間接的發(fā)生變化，從而可將光纖作為傳感元件探測(cè)物理量。光纖傳感技術(shù)就是利用光纖對(duì)某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)。光纖傳感以其靈敏度高、成本低、體積小、能埋入工程結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)而在航天、 航海、石油化工、電力傳輸、核工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域受到越來(lái)越密切的關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用。 而在光纖應(yīng)用中，光纖光柵的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近些年來(lái)，光纖光柵制作技術(shù)引起了人們的很大興趣。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性而在光纖芯層內(nèi)形成的一維周期性結(jié)構(gòu)， 其工作原理是在滿足相位匹配條件的共振波長(zhǎng)處模式間發(fā)生共振禍合， 從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的選擇。光纖光柵傳感器是在光纖光柵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種波長(zhǎng)調(diào)制型光學(xué)傳感器。它不但繼承了普通光纖傳感器的許多優(yōu)點(diǎn) ：如不受電磁干擾、靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、成本低、抗腐蝕、耐高溫等；同時(shí)，光纖光柵傳感器還有一些明顯優(yōu)于普通光纖傳感器的特點(diǎn) ：如波長(zhǎng)編碼、便于復(fù)用、可構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等。以光纖光柵為代表的新型光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，使得光纖型傳感探測(cè)技術(shù)得到了新的發(fā)展空間，因而引起 全世界研究人員的高度重視。所以，由于光纖光柵的各個(gè)行業(yè)所具有的優(yōu)越性， 就形成了現(xiàn)在各個(gè)國(guó)家、企業(yè)去研究光纖光柵的光譜特性，充分了解各個(gè)特性，以便發(fā)明出效率更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)、能耗率更低的光纖光柵的各種器件，并因此促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。第2章光纖光柵理論分析光是電磁波，所以它具有電磁波的通性。因此，光波在光纖中傳輸?shù)囊恍┗拘再|(zhì)都可以通過(guò)求解具有一定邊界條件的麥克斯韋方程組獲得。 波動(dòng)方程的求解可通過(guò)弱導(dǎo)近似簡(jiǎn)化，所謂弱導(dǎo)近似就是認(rèn)為光纖纖芯和包層折射率的差別不大，這樣可將纖芯導(dǎo)模近似為線偏振模，這樣的矢量波動(dòng)方程可簡(jiǎn)化為標(biāo)量波動(dòng)方程。絕大部分用于光通信的光纖都滿足弱導(dǎo)近似的條件，因而弱導(dǎo)近似是合理的。波動(dòng)方程的解給出了光纖中導(dǎo) 模和輻射模的基本的場(chǎng)分布。在未受干擾的情況下，這些模式之間彼此獨(dú)立傳輸，沒(méi)有耦合 ；當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，某些模式之間將會(huì)發(fā)生耦合，研究這一問(wèn)題常用耦合模理論。耦合模理論 ⑹假定微擾存在時(shí)，光纖中的模式不會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)仍然是未受擾時(shí)的模式，這樣，當(dāng)微擾存在時(shí)的光場(chǎng)仍然可以展開為無(wú)微擾情況下光纖中各模式的疊加， 這一假定通常稱為微擾近似。另外，用耦合模理論分析光纖光柵時(shí)，通常還要做同步近似，即認(rèn)為只有相同步的兩個(gè)模式間才會(huì)發(fā)生有實(shí)際效果的耦合作用， 從而忽略其它所有非同步模式的影響。對(duì)于均勻，弦周期性、折射率調(diào)制幅度為常數(shù)的光纖光柵，求解其耦合模方程就能夠得到解析解。對(duì)于復(fù)雜的光纖光柵可采用分段均勻和傳輸矩陣法來(lái)分析，也可用數(shù)值求解耦合模方程的方法來(lái)分析。2.1光纖光柵的光譜特性及其數(shù)值模擬根據(jù)光纖光柵周期T的不同，可以將光纖光柵分為短周期和長(zhǎng)周期光纖光柵兩類:短周期光纖光柵又稱為光纖布拉格光柵(FiberBraggGratingFBG)，其光柵周期T約為0.5卩m;長(zhǎng)周期光纖光柵(LongPeriodicFiberGrating，LPFG)的周期T較大，一般約為100~500um[9]。其中在短周期光纖光柵中有包括均勻光柵、線性啁啾光柵(LinearlyChirpedFiberGrating ，LCFG)、錐形光柵和采樣光纖光柵等。由于均勻光柵、LCFG,錐形光柵和LPFG應(yīng)用最廣，本文中只討論在單模光纖中這四種光纖光柵的光譜特性。

2.1.1均勻光纖光柵在均勻光纖光柵中，模式耦合發(fā)生沿正向和反向傳輸?shù)膶?dǎo)模之間， 并且滿足如下的耦合方程：dA⑺二i「B(z)exp(-2i(C)z)dz<dz 0蘭z蘭L (2.1)dB⑺=—iCA(z)exp(2i^P)z).dz式中A(z)和B(z)分別為正向和負(fù)向傳播的光波振幅， Q為橫向耦合系數(shù)，△B為布拉格失配量，且.八-訂=2“二/■-二/T。neff為纖芯的有效折射率，入為光波在空氣中的波長(zhǎng)，T為光纖光柵的周期，L為光纖光柵長(zhǎng)度。在單模光纖光柵中，有:(2.2)式中△n為光纖光柵的折射率調(diào)節(jié)度。通過(guò)微分方程組可得[10]:丄宦i也PsinhS(L—z)+ScoshS(L—z)+ e"通過(guò)微分方程組可得[10]:丄宦i也PsinhS(L—z)+ScoshS(L—z)+ e"1住QsinhSLz=.oeBleScoshSLksinhSLsZFhSLjScoshSL-z 湎SziScoshSzScoshSLm:sinhSLI叮sinhSL-z]ScoshSL+i也PsinSL_BLesinhSLSsinhSL-z任 sinhSzIScoshSLm:sinSL_(2.3a)(2.3b)式中參數(shù)S滿足關(guān)系式:S2=Q2-AB2。將邊界條件，即A(0)=1和B(L)=0。代入可得光纖光柵的反射率和透射率分別為

2B(0)2B(0)A(°)2A(L)A(0)S2.■:'-2sinh2SL S2cosh2SL2A(L)A(0)S2.■:'-2sinh2SL S2cosh2SL(2.4)2.1.2線性啁啾光纖光柵對(duì)于偏離均勻周期或者均勻折射率的光纖光柵的研究已經(jīng)有了多種方法[11~14]，但由于此時(shí)光纖光柵的耦合方程不再是一個(gè)常系數(shù)線性微分方程，如果直接進(jìn)行求解是非常困難的，必須采用數(shù)值解法才能求得。而采用特征矩陣 [1的方法則可以有效地避免直接求解的困難， 在均勻光纖光柵的基礎(chǔ)上就可以很容2(0)、2(0)、(b(L)」巧22丿(b(o(2.5)式中a(L)=A(L)exp(冷L)，b(0)=B(0)，并且其中的矩陣元素分別等于(2.6)亍干 (2.6)11 -二sinhSLiScoshSL12=2112=21expi2:LQsinh(SL)r：sinhSLiScoshSL(2.7)式(2.5)中的a(0)和b(0)分別用a(L)和b(L)來(lái)表示，就可以得到如下的矩陣表示式，即：fa(fa(0flb(0)」(2.8)式中,-22—SinhSLJSCOShSLexp-22—SinhSLJSCOShSLexp「LiS(2.9)從公式(2.8)可以看出：光纖光柵左端和右端的光波振幅可以分別用矩陣

[a(0)b(0)]T和[a(L)b(L)]T表示，并且兩者可以通過(guò)一個(gè)特征矩陣濺系起來(lái)。 因此對(duì)于偏離均勻周期或者均勻折射率的光纖光柵，可以將折射率調(diào)制度或周期非均勻的光纖光柵看作是m段長(zhǎng)度分別11,12,……lm。的光纖光柵疊加而成，只要分段的數(shù)目m足夠大，就可以認(rèn)為其中的每一小段光纖光柵的折射率調(diào)制度和周期都是均勻的，其反射譜的特性都可以用一個(gè)特征矩陣表示出來(lái)， 那么整個(gè)光纖光柵的特征矩陣就可表示為：(2.10)(2.11)[rl]=[rm] [ r2][r(2.10)(2.11)相應(yīng)的光柵反射譜的反射率就可以表示為b0,■2a0,'中00

ab4m][r中00

ab4m][rm[rLL

/lx/I.

ab

/r— Ik對(duì)于線性啁啾光纖光柵(LinearlyChirpedFiberGrating,LCFG)，其周期函數(shù)可以表示為：Tz=T°「Tz/LO^z^L其中，厶T為光纖光柵周期的最大偏差量。采用上述特征矩陣的方法，可以將光纖光柵分為m段(例如，m=100)，認(rèn)為每一段的周期相同，利用公式(2.8)~(2.11)就可以很容易地求出其反射光譜分布。LCFG的重要用途就是利用不同波長(zhǎng)在光纖光柵中的時(shí)延特性進(jìn)行色散補(bǔ)償［16~18］，其時(shí)延可由下式計(jì)算［19］，即：(2.13)其中，T為不同波長(zhǎng)的時(shí)延值，入為傳輸波長(zhǎng)，①為光波傳輸?shù)南辔坏?章結(jié)果與討論3.1均勻光纖光柵從公式(2.2)(2.4)可以看出：對(duì)于均勻光纖光柵，其反射譜的特性由纖芯的折射率調(diào)制度△n和光纖光柵長(zhǎng)度L決定。當(dāng)△n大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨光纖光柵長(zhǎng)度的改變而變化的情況如圖所示。由圖可知，當(dāng)光纖光柵長(zhǎng)度 L減小時(shí)，其峰值反射率逐漸減小。圖2.1(a)，(b)，(c)和(d)的中反射譜的FWHM值分別為：0.074, 0.081, 0.097, 0.158nm，其值逐漸增大，反射譜逐漸展寬。_5L=20mm 如=5*101.5498 1.5499 1.5499 1.55 1.55 1.5501 1.5501 1.5502 1.5502Wavelength_5L=20mm 如=5*101.5498 1.5499 1.5499 1.55 1.55 1.5501 1.5501 1.5502 1.5502Wavelength_6X10(a)_5L=15mm山=5*100.90.80.70.60.50.40.30.20.1111i■11-「-一-/i1i-1-iiillI]一-I[一-111-I1一-|11-|1v JfX「1/1/ _-(1VihIV1101.5498 1.5499 1.54991.551.551.5501 1.5501 1.5502 1.5502Wavelength-6X10(b)_5L=10mm如=5*10VVL^lcprLe1.5498 1.5499 1.5499 1.55 1.55 1.5501 1.5501 1.5502 1.5502Wavelength_6X10(c)L=5mm_5△1=5*10yiiomDR001.5498 1.5499 1.54991.55 1.55 1.5501 1.5501 1.5502 1.5502-6X-6X10(d)圖2.1△n大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨光纖光柵長(zhǎng)度 L的改變而變化的情況當(dāng)L大小一定時(shí)，光纖光柵的反射譜隨折射率調(diào)制度△n的改變而變化的情

況如圖2.2所示。同樣，當(dāng)△n減小時(shí)，其峰值反射率逐漸減小。圖2.2(a),(b),

(c)和(d)的中反射譜的FWHM值分別為：0.224, 0.124, 0.094,0.074nm，逐漸減小，反射譜逐漸變窄。L=20mm 如=2*101.551.55Wavelength-61.5501 1.5501 1.5502 1.55021.5498 1.5499 1.5499_4X10(a)_4L=20mm An=1*101.551.55Wavelength1.5501 1.5501 1.5502 1.5502-61.5498 1.5499 1.5499VVL^lcprLeX10(b)L=20mm An=7*100.90.80.70.60.50.40.30.20.11.551.55Wavelength11i.iL-61.5501 1.5501 1.5502 1.550201.5498 1.5499 1.5499_5X10(c)L=20mm 如=5*10_51.5498 1.5499 1.5499 1.55 1.55 1.5501 1.5501 1.5502 1.5502Wavelength-6VVL^lcprLeX10(d)3.2線性啁啾光纖光柵當(dāng)?shù)扔?.2時(shí)其相應(yīng)的反射譜如圖所示。從圖2.3(a)可以看出：相對(duì)于均勻光纖光柵，LCFG的反射譜的寬度明顯增加，反射率與相同參數(shù)的均勻光纖光柵顯著下降，而且在反射譜寬度內(nèi)存在明顯的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于 LCFG而言，由于不同波長(zhǎng)的光波在光纖光柵的不同位置處發(fā)生反射， 而且其光纖光柵的周期沿長(zhǎng)度方向變化是線性的，因此在LCFG帶寬范圍內(nèi)其時(shí)延值隨波長(zhǎng)的變化幾乎是線性增加的。⑻延時(shí)Wavelength/nm⑻延時(shí)Wavelength/nm圖2.3線性啁啾光纖光柵的光譜響應(yīng),L=10mmn=1 10-4結(jié)論在藕合模理論的基礎(chǔ)上，利用傳輸矩陣法，數(shù)值仿真出線性啁啾光纖光柵的反射譜和時(shí)延特性曲線，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合。同時(shí)我們給出求解問(wèn)題算法的完整仿真程序代碼。這對(duì)深入了解線性啁啾光纖光柵的光學(xué)特性是大有幫助的。相對(duì)于均勻光纖光柵，LCFG勺反射譜的寬度明顯增加，反射率與相同參數(shù)的均勻光纖光柵顯著下降，而且在反射譜寬度內(nèi)存在明顯的振蕩現(xiàn)象。 同時(shí)，對(duì)于LCFG而言，由于不同波長(zhǎng)的光波在光纖光柵的不同位置處發(fā)生反射，而且其光纖光柵的周期沿長(zhǎng)度方向變化是線性的，因此在 LCFG帶寬范圍內(nèi)其時(shí)延值隨波長(zhǎng)的變化幾乎是線性增加的。參考文獻(xiàn)1?王惠文，光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用 [M]，北京：國(guó)防一1:業(yè)出版社，2001:12?廖延彪，光纖光學(xué)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2000:197198W.W.Morey,G.Meltz,W.H.Glenn.FiberopticBragggratingsensors[A],ProceedingSPIE[C],1989,1169:98-107A.D.Kersey,T.A.Berkoff,Multiplexedfibergratingstrain-sensorsystemwithaFabry-Perotwavelengthfilter[J],OpticsLetters,1993,18(16):13701372G.A.Ball,W.W.Morey,P.K.Cheo,FiberLasersource/analyzerforBragggratingsensorarrayinterrogation[J],JournalofLightwaveTechnology,1994,]2(4):700703D.Jackson,A.B.Lobo,L.Ribeiro,J.L.Reekie,Archambault,Simplemultiplexingschemeforafibergratingsensornetwork[J],OpticsLetters,1993,18(14):11921193M.Song,B.Lee,S.B.Lee,S.S.Choi,Interferometrictemperature-insensitivitystrainmeasurementwithdifferent-diameterfiberBragggratings[.I],OpticsLetters,1997,22(11):790792M.A.Davies,A.D.Kersey,ApplicationofafiberFouriertransformspectrometertothedetectionofwavelength-encodedsignalfromBragggratingsensors[J],JournalofLightwaveTechnology,1995， 13(7): 1289129541 .R.Isabelle,FiberBragggratingsforopticaltelecommunications[J],ComptesRendusPhysique,2003,4(1):41}49R.Isabelle,FiberBragggratingsforopticaltelecommunications[J],ComptesRendusPhysique,2003,4(1):41}49MyoMyintOhn,FiberBragg-intragratingmeasurementandcontrolandtheirapplicationtosensingandtelecommunications[J],AppliedImage,Inc,1993:4345K.O.Hill,Aperiodicdistributed-parameterwaveguideforintegratedoptics[J],AppliedOptics,1974,13(8):18531856D.Kennisch.Nonuniformsinusoidallymodulateddielectricgratings[J],JournalofOpticalSocietyofAmerica,1969,59(11):14091414L.A.Weller-Brophy,D.G.Hall,Analysisofwaveguidegratings:applicationofRouard'smetho