论文摘要
光纤光栅是利用石英光纤的紫外光敏特性将光栅直接写在光纤上而形成的光纤无源器件,它具有插入损耗低、抗电磁干扰、易于同光纤系统集成等优点,在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域得到了广泛的应用,尤其是在相控阵雷达的波束形成网络中,用光纤光栅代替传统相控阵雷达中的微波移相器,通过调谐光纤光栅实现波束发射角的扫描,可以解决传统相控阵雷达的瞬时信号带宽受孔径效应和孔径渡越时间限制的问题。本文针对光纤光栅的调谐及在相控阵雷达中的应用而展开研究,主要的研究成果如下:首先,从光纤光栅的光栅方程出发分析了应力、温度、磁场对光纤光栅的影响,推导了相应的波长调谐关系式。其次,分析了基于简支梁、压电陶瓷微位移器和磁致伸缩棒的光纤光栅调谐原理。对用简支梁、压电陶瓷微位移器和磁致伸缩棒调谐光纤光栅进行了实验研究。用简支梁调谐时,光纤光栅的反射谱谱宽随简支梁弯曲量的增大而变宽;用压电陶瓷微位移器调谐时,若对光纤光栅进行均匀拉伸,光纤光栅的中心反射波长随压电陶瓷微位移器驱动电压的增加向长波长方向移动,反射谱谱宽不变;若对光纤光栅进行非均匀拉伸,光纤光栅的反射谱谱宽随压电陶瓷微位移器驱动电压的增加而变宽;用磁致伸缩棒调谐时,在均匀磁场驱动下,光纤光栅的中心反射波长随线圈驱动电流的增加向长波长方向移动。最后,对用简支梁、压电陶瓷微位移器和磁致伸缩棒调谐的可调光纤光栅的时延特性进行了实验研究和模拟仿真,并对它们在相控阵雷达中的应用进行了分析。用简支梁调谐时,光纤光栅时延曲线的斜率随简支梁弯曲量的增大而变小;用压电陶瓷微位移器对光纤光栅进行均匀拉伸时,固定波长光载波的时延随压电陶瓷微位移器驱动电压的增加而变大;用多个压电陶瓷微位移器调谐时,光纤光栅时延曲线的斜率随加在相邻两段压电陶瓷微位移器上电压差的增加而变小;用磁致伸缩棒调谐时,在均匀磁场驱动下,光纤光栅的时延曲线发生平移,斜率基本不变。