相位采样光纤光栅的理论研究和实验制作

论文摘要

光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)是光通信和光传感领域的重要基本器件之一。相位采样FBG的理论和实验研究是目前关于FBG的研究热点。相位采样FBG相比于振幅采样FBG,在设计上多了光栅相位这个可以调节的参数,因此具有更大的设计发挥空间;在特性上,相位采样FBG表现出许多新颖的光谱特性,因而具有广泛的应用前景。本论文是清华大学光通信实验室首次在相位采样光栅方面进行全面深入的研究工作。本次论文工作在相位采样FBG的理论计算、实验制作和实际应用等方面上均取得了一定的研究成果在理论研究中,本论文综述了相位采样FBG的分析方法,并按照采样函数的形式对相位采样FBG分为两类:振幅采样结合相位采样的FBG和纯相位采样FBG。在研究振幅采样结合相位采样的FBG时,提出了几种新的光栅结构;特别是提出了在大啁啾采样FBG中,通过在每两个振幅采样之间引入一定大小的相移,从而实现了利用同一块啁啾相位模板设计具有任意信道间隔的多信道梳状滤波器。这种相位采样的梳状滤波器不但结构简单,在实验上具有可行性;而且其表现出的谱特性在可调谐光纤激光器中具有很好的应用潜力。另外,在纯相位采样FBG的理论分析上,本论文提出了新的设计算法,并设计出许多具有新颖光谱特性的光栅结构。在相位采样FBG的制作方面,一个稳定、精确的相移光栅实验制作平台被成功地搭建。这个平台利用在光栅写入过程中移动相位模板的方法来控制光栅的相移。在这个实验平台的基础上,利用同一块啁啾模板制作出了多个具有不同信道间隔的相位采样梳状滤波器。这种相位采样梳状滤波器表现出大带宽、大信道间隔以及反射谱平坦的特点。在相位采样FBG的应用方面,本论文将研制成的相位采样梳状滤波器用作可调谐光纤激光器的波长选择器,制成了具有大调谐带宽且功率响应均匀的可调谐光纤激光器。通过和其他已有的光栅制作技术的比较,本论文论证了这种相位采样梳状滤波器应用于可调谐光纤激光器的优势。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 采样光纤光栅的国内外研究现状
• 1.1.1 振幅采样光纤光栅的研究现状
• 1.1.2 相位采样光纤光栅的研究现状
• 1.2 本论文研究工作的主要内容
• 第2章 振幅采样结合相位采样光纤光栅的理论分析
• 2.1 分析光纤光栅的理论基础
• 2.1.1 均匀光栅的解析表达
• 2.1.2 非均匀光栅的传输矩阵分析法
• 2.1.3 采样光栅理论基础
• 2.2 振幅采样光纤光栅引入相移来改变信道间隔
• 2.2.1 理论推导和仿真分析
• 2.2.2 改变信道间隔的另一种相移分布方法
• 2.3 振幅采样结合相位采样的啁啾光纤光栅
• 2.3.1 理论推导和仿真分析
• 2.3.2 振幅采样结合相位采样啁啾光纤光栅的优点及应用前景
• 第3章 纯相位采样光纤光栅的理论分析
• 3.1 纯相位采样光纤光栅的理论基础
• 3.2 纯相位采样光纤光栅的算法设计和仿真结果
• 3.2.1 算法设计
• 3.2.2 仿真结果和讨论
• 3.3 纯相位采样光纤光栅的应用前景和实验可行性分析
• 第4章 相位采样光纤光栅的实验研究
• 4.1 相移技术的实验平台
• 4.2 振幅采样结合相位采样的啁啾光纤光栅的实验结果
• 4.3 振幅采样结合相位采样的啁啾FBG 应用于可调谐光纤激光器
• 第5章 结论
• 5.1 论文总结
• 5.2 需要进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢与声明
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果