学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

单轴晶体材料构成的光纤光栅特性研究

作　者: 吕丁成
导　师: 张晓萍
学　校: 兰州大学
专　业: 无线电物理
关键词: 光纤光栅 耦合模理论 单轴晶体材料 电光效应 光纤光栅传感 光开关
分类号: TN253
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 86次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文提出了一类由单轴晶体材料作为光纤光栅包层或者芯层、其光轴平行于光栅主轴（z轴）的新型光纤光栅模型，这些模型包括：单轴晶体为包层的短周期和长周期光纤光栅、单轴晶体为芯层的短周期和长周期环形光纤光栅。从经典电磁理论出发分析了各个模型的场分布，应用线性和非线性耦合模理论研究了该类新型光纤光栅的线性和非线性特性。研究结果表明单轴晶体材料对该类光纤光栅的线性与非线性特性均有显著影响，其影响的大小与单轴晶体的主轴折射率比参量Kcl的取值密切相关。其中单轴晶体芯层长周期环形光纤光栅线性特性受主轴折射率比参量Kcl的影响最大，当Kcl从0．9变化到1．1时，该类光纤光栅的谐振波长变化达到65nm，这种对应关系可以用于单轴晶体材料折射率特性测量。对于单轴晶体为包层的布拉格光纤光栅非线性特性研究表明：当折射率比参量从0．6变化到1．6，输入脉冲峰值功率为160kW时，布拉格波长的红移从0．22nm增加到0．34nm；当折射率比参量Kcl从0．6变化到1．6，输入脉冲峰值功率为1．5kW时，透射率从0．25增加到0．95。研究结果表明，采用正单轴晶体制作光栅包层，可以更有利于实现光栅在非线性领域的应用，Kcl越大，非线性特性越明显。同时在理论上分析了电光效应对这类新型光栅线性特性的影响，研究发现，对作为光纤芯层或者包层材料的单轴晶体上施加沿光栅轴向分布的外加电场可以改变光栅的谐振波长或者布拉格波长以及透射谱或者反射谱。本文设计了3种不同单轴晶体材料（分别为LiTaO3、LiNbO3、KDP）为包层或者芯层的光纤光栅，并分别计算得到短周期光纤光栅中布拉格波长和反射光谱随外加电场变化关系以及长周期光纤光栅中谐振波长随外加电场的变化关系。研究表明单轴晶体芯层长周期环形光纤光栅线性特性受外加电场的影响最大，当轴向外加电场从1×106V／m变化到8×106V／m时谐振波长变化达到3．5nm。在不改变光栅结构参量的情形下，通过改变单轴晶体材料的折射率比参量或者施加外加电场可以明显改变光纤光栅的线性与非线性特性，这一与普通光纤光栅显著不同的特性预示了这种新型光栅有良好的应用前景。本文研究为制作新型场强传感器、电调谐光滤波器以及新型光开关奠定了理论基础。

全文目录


论文摘要  4-5
Abstract  5-8
1 引言  8-24
  1.1 研究背景  8-21
    1.1.1 光纤光栅在传感和光纤通信领域的应用  8-19
    1.1.2 光纤光栅的非线性效应  19-20
    1.1.3 各向异性材料构成的光波导  20-21
  1.2 本文的研究思路和创新性  21-24
    1.2.1 研究思路  21-22
    1.2.2 创新性  22-24
2 单轴晶体包层短周期啁啾光纤光栅  24-54
  2.1 理论推导  25-44
    2.1.1 理想正规模本征方程  27-31
    2.1.2 线性耦合模振幅方程  31-36
    2.1.3 均匀光纤光栅中的耦合模振幅方程和耦合系数  36-37
    2.1.4 传输矩阵  37-39
    2.1.5 啁啾光栅特性参量  39-40
    2.1.6 曲线拟合的最小二乘法  40-42
    2.1.7 电光效应和弹光效应  42-44
  2.2 数值分析  44-52
    2.2.1 单轴晶体包层材料对光栅特性的影响分析  44-48
    2.2.2 电光效应和弹光效应对光栅特性影响分析  48-52
  2.3 研究小结  52-54
3 单轴晶体材料芯层环形短周期光纤光栅特性研究  54-69
  3.1 理论推导  55-64
    3.1.1 单轴晶体芯层环形短周期光纤光栅模型  55-56
    3.1.2 理想环形光纤的特征方程  56-58
    3.1.3 单轴晶体芯层环形光纤场表达式  58-60
    3.1.4 单环Bragg光纤光栅的耦合系数  60-62
    3.1.5 单环Bragg光纤光栅的基模耦合振幅方程  62-63
    3.1.6 单轴晶体芯层环形Bragg光纤光栅的反射率  63-64
  3.2 数值分析  64-67
    3.2.1 K_(cl)对布拉格反射光谱和布拉格波长影响分析  64-66
    3.2.2 外加电场对反射光谱和布拉格波长的影响  66-67
  3.3 研究小结  67-69
4 单轴晶体外包层长周期光纤光栅谐振波长特性数值研究  69-78
  4.1 理论推导  70-75
    4.1.1 单轴晶体外包层LPFG模型  71-72
    4.1.2 谐振波长  72
    4.1.3 本征场分布  72-75
  4.2 数值分析  75-77
    4.2.1 单轴晶体材料对谐振波长的影响  75-76
    4.2.2 外加电场对谐振波长的影响  76-77
  4.3 研究小结  77-78
5 单轴晶体芯层长周期环形光纤光栅谐振波长特性数值研究  78-86
  5.1 理论推导  78-82
    5.1.1 单轴晶体芯层环形LPFG模型  78-79
    5.1.2 芯层模和包层模本征方程  79-81
    5.1.3 谐振波长  81-82
  5.2 数值分析  82-86
    5.2.1 谐振波长随K_(cl)的变化关系  82-84
    5.2.2 外加电场对谐振波长的影响  84-85
    5.2.3 研究小结  85-86
6 单轴晶体包层对光纤光栅非线性特性的影响  86-97
  6.1 理论分析  86-91
    6.1.1 理想正规模本征方程  86-88
    6.1.2 非线性耦合模方程  88-91
  6.2 数值模拟与分析  91-95
    6.2.1 参量K_(cl)对非线性布拉格波长移动的影响  91-92
    6.2.2 参量K_(cl)对输出功率的影响  92-94
    6.2.3 参量K_(cl)对透射率的影响  94-95
  6.3 研究小结  95-97
7 应用分析  97-104
  7.1 可调谐光滤波器  97-100
    7.1.1 几种常用的可调谐光滤波器  97-100
    7.1.2 与本文单轴晶体材料构成的光纤光栅电调谐光滤波器比较  100
  7.2 场强(电压)传感器  100-102
    7.2.1 传统电光型电压传感器  101
    7.2.2 与本论文电光型光栅电压传感器的比较  101-102
  7.3 单轴晶体特性测量  102
  7.4 非线性光开关  102-103
  7.5 应用小结  103-104
8 结论  104-106
参考文献  106-119
致谢  119
在读期间科研成果  119

相似论文

  1. 长周期光纤光栅光谱特性及传感特性的研究,TP212
  2. 基于光子晶体光纤光栅的谱特性及其传感应用研究,TP212
  3. 基于SPPs波导的光学特性研究,TN252
  4. 基于光纤光栅的索力传感器的研制与应用,TU317
  5. 基于周期性极化铌酸锂电光效应的全光逻辑门,O439
  6. 光纤陀螺偏振误差及关键器件的研究,TN253
  7. 折射率可调的光子晶体微腔设计与特性研究,O734
  8. 基于荧光强度比的光纤布拉格光栅温度应变传感器,TP212.14
  9. 光纤Bragg光栅复用解调系统研究,TN253
  10. 基于液晶技术的波长阻塞器研究,TN929.1
  11. 利用啁啾光纤光栅的色度色散补偿方案的研究,TN929.11
  12. 广州珠江新城西塔结构施工过程应变监测研究,TU196.1
  13. 光波导阵列电光扫描器的馈电特性研究,TN252
  14. 光纤Bragg光栅传感技术在动态称重中的应用研究,U492.32
  15. 自感知光网络实验系统的硬件设计与实现,TN929.1
  16. 基于光纤光栅的开关柜温度在线监测系统的开发及应用,TM591
  17. 光突发交换核心节点串扰研究,TN929.1
  18. 基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统,TP212.11
  19. 手性光纤模式及其耦合特性,TN253
  20. 基于特殊结构光纤光栅的慢光孤子理论与实验研究,O437
  21. 光纤光栅的反射光谱特性与色散特性的研究,TN253

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
© 2012 www.xueweilunwen.com