菲波纳契准周期超结构光纤光栅制备与特性研究

论文摘要

本论文的主要工作是设计并制作了菲波纳契准周期超结构光纤光栅并对其特性进行了研究。首先对光纤光栅的发展、种类、制备及其应用作了概括介绍。其次,从麦克斯韦方程组出发,对光纤纤芯与包层的模式的色散关系及电磁场分量的表达式进行了严格的推导。以此为基础,通过耦合模理论推导出了光纤光栅的耦合模方程以及布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅的反射率和透射率的解析解。应用光纤光栅耦合模方程及适当的边界条件,推导出了超结构光纤光栅中子光栅和相移部分的传输矩阵。首次用差分方法推导出了在考虑纤芯与包层模式耦合的情况下,计算超结构光纤光栅透射谱的4×4传输矩阵,该方法目前尚未见有文献报道。第三,设计了菲波纳契准周期超结构光纤光栅,并用传输矩阵法对其反射谱和透射谱进行了数值模拟,从理论上验证了其具有六循环及自相似等独特的光学特性。第四,用相位掩模版扫描的方法制备了费氏序数为S3-S10菲波纳契准周期超结构光纤光栅,并通过对实验过程的模拟将参数进行了优化,实验结果与理论数值模拟符合良好。最后,并对该超结构光纤光栅在分布式温度及应变传感领域的应用进行了探讨,同时设计了可应用于密集波分复用系统的广义菲波纳契类准周期超结构光纤光栅滤波器。该器件可以被用作C波段具有分形光谱的光纤滤波器,随机光纤激光器的谐振腔,分布式温度和应变传感器以及密集波分复用滤波器等。据我们所知,关于菲波纳契准周期结构在光纤中的应用尚未见实验报道。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 引言
• 1.1 光纤光栅发展概况
• 1.1.1 光纤光栅简介
• 1.1.2 光纤光栅制备技术
• 1.1.3 光纤光栅种类
• 1.2 超结构光纤光栅
• 1.2.1 长周期超结构光纤光栅
• 1.2.2 Bragg超结构光纤光栅
• 1.2.3 超结构相移光纤光栅
• 1.3 本论文工作
• 参考文献
• 第2章 超结构光纤光栅理论分析
• 2.1 光纤的模式理论
• 2.1.1 光纤结构
• 2.1.2 光纤模式理论
• 2.2 光纤光栅耦合模理论
• 2.2.1 光纤简正模式
• 2.2.2 光纤光栅耦合模理论
• 2.2.3 布拉格光纤光栅耦合模方程
• 2.2.4 长周期光纤光栅耦合模方程
• 2.3 超结构光纤光栅传输矩阵法
• 2.3.1 超结构光纤光栅纤芯模式耦合传输矩阵法
• 2.3.2 超结构光纤光栅包层模式耦合传输矩阵法
• 参考文献
• 第3章 准周期超结构光纤光栅设计与理论分析
• 3.1 菲波纳契准周期晶体
• 3.1.1 菲波纳契准周期晶体结构特点
• 3.1.2 一维斐波纳契准周期晶体光谱特性分析
• 3.1.3 一维斐波纳契准周期晶体色散特性
• 3.2 菲波纳契准周期超结构光纤光栅设计与理论分析
• 3.2.1 菲波纳契准周期超结构光纤光栅结构
• 3.2.2 准周期超结构光纤光栅反射谱特性分析
• 3.2.3 准周期超结构光纤光栅透射谱特性分析
• 参考文献
• 第4章 菲波纳契准周期超结构光纤光栅制作及其特性分析
• 4.1 菲波纳契准周期超结构光纤光栅制备与特性分析
• 4.1.1 菲波纳契准周期超结构光纤光栅实验系统及制备
• 4.1.2 Fibonacci准周期超结构光纤光栅参数优化及结果分析
• 4.2 菲波纳契准周期超结构光纤光栅传感特性分析
• 4.2.1 菲波纳契准周期超结构光纤光栅温度传感特性分析
• 4.2.2 菲波纳契准周期超结构光纤光栅应变传感特性分析
• 4.3 广义菲波纳契类超结构光纤光栅设计与分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的文章
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract