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摘 要

本文主要是讨论了光纤光栅的特性，绪论部分主要介绍了所要研究的光栅的历史背景；第二章简要介绍了本次研究过程中所用到的理论技术和仿真方法，以及对所要进行研究的光栅进行了部分介绍；第三章通过Matlab进行了数值仿真，结合传输矩阵法，得到了各类光谱的反射谱以及时延谱，对这些图像进行了简要分析；第四章中，引入了“重构-等效啁啾技术”，并对这种技术进行了初步的介绍；第五章是对本文内容的总结以及在本次分析过程中所遇到的一些问题；通过本文希望能对传输矩阵法以及光栅光纤特性有个较为全面的把握和正确认识。

关键词：光纤光栅，耦合模理论，传输矩阵法，重构-等效啁啾技术以及等效相移技术

Abstract

This article mainly discusses the characteristics of fiber gratings. The introduction part mainly introduces the historical background of the gratings to be studied; Chapter 2 briefly introduces the theoretical techniques and simulation methods used in this research process, as well as the gratings to be studied. Part of the introduction is carried out; in Chapter 3, numerical simulation is carried out through Matlab, combined with the transmission matrix method, the reflection spectrum and time delay spectrum of various spectra are obtained, and these images are briefly analyzed; in Chapter 4, "heavy" Structure-equivalent chirp technology ", and gives a preliminary introduction to this technology; Chapter 5 is a summary of the content of this article and some problems encountered in this analysis process; Method and grating fiber characteristics have a more comprehensive grasp and correct understanding.

Keywords: Fiber Bragg Grating, coupled mode theory, transmission matrix method, reconstruction-equivalent chirp techniqueAnd the equivalent phase shift technique.

目 录

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第一章 绪论 1

第二章 光纤光栅简介 2

2.1光纤光栅发展历史 2

2.2理论研究基础 2

2.2.1耦合模理论 3

2.2.2传输矩阵法^[14] 5

2.3各类光栅简介 7

2.3.1均匀光栅简介 7

2.3.2切趾光栅简介 8

2.3.3啁啾(Chirped)型光栅简介 9

2.3.4取样(Sampled)型光栅^[31]简介 10

2.3.5相移光栅简介 11

第三章 仿真模拟 13

3.1 均匀光栅仿真结果 13

3.1.1 光栅长度对均匀光栅反射谱的影响 13

3.1.2折射率调制深度对均匀光栅反射谱的影响 14

3.1.3 光栅长度对均匀光栅时延的影响 15

3.1.4 折射率调制深度对均匀光栅时延的影响 16

3.2啁啾光栅仿真结果 17

3.2.1 啁啾变化率对啁啾光栅反射谱的影响 17

3.2.2 光栅长度对啁啾光栅反射谱的影响 17

3.2.3 啁啾变化率对啁啾光栅时延的影响 18

3.2.4 光栅长度对啁啾光栅时延的影响 19

3.3 切趾光栅仿真结果 20

3.3.1 光栅长度对切趾光栅反射谱的影响 20

3.3.2 高斯系数对切趾光栅反射谱的影响 21

3.3.3 光栅长度以及高斯系数对切趾光栅时延的影响 22

3.4相移光栅仿真结果 24

3.4.1 光栅长度对相移光栅反射谱的影响 24

3.4.2 折射率调制深度对相移光栅反射谱的影响 24

3.5 取样光栅仿真结果 25

3.5.1 取样周期对取样光栅反射谱的影响 25

3.5.2 光栅长度取样光栅反射谱的影响 26

3.5.3 占空比对取样光栅反射谱的影响 27

第四章 拓展延伸 29

4.1等效啁啾 29

4.2等效相移 30

4.3光栅的重构 31

4.4光栅的重构——等效方法 32

4.5 仿真结果 32

第五章 总结展望 33

5.1 论文总结 33

5.2 论文写作中遇到的问题 33

参考文献 34

致谢 37

绪论

21世纪是信息时代。信息科学已成为现代科学技术的核心。近几十年来，以光纤通信为代表的信息技术进步卓越，人类迈入了一个新的纪元.光学光纤通信为信息社会的发展奠定了基础，其未来的发展将前途无量 。

如果将光子作为信息载体，那将会其独特的优点。光子器件的开关响应时间比电子器件快4 - 6个数量级，约为10^-12 ~ 10^-15秒。光波的频率是10¹⁴到10¹⁵Hz，比微波或无线电波的频率高几个数量级。这表明，光波比无线电波具有更宽的频带和更大的信息容量。一般来说，光子之间不会相互作用，并且具有并行处理信息的能力。光作为信息载体的优势正在被探索和扩大。

近年来，人们发现了越来越多的光纤光栅的新技术，这也越发的引起人们的好奇。伴随着这一技术的发展，光纤通信、光栅传感等相关领域都取得了很大的进步。光纤光栅技术的将为一些新型器件的出现以及发展发挥不可替代的作用。正如权威机构^[1]所说，“光纤光栅的出现迫使人们重新考虑光通信系统的每一个设计、设计和未来。”光纤布拉格光栅的重要性相当于光学系统中的透镜一般。

光纤光栅简介

2.1光纤光栅发展历史

其发展过程中，人们一开始主要研究布拉格光栅。1978年，加拿大通信研究中心的K.O.Hill^[2]等人首次设计出了内写入法，他们在掺锗光栅中进行研制，发现了世界第一个光纤布拉格光栅，内写入法的光栅反射率可高达到90%以上，反射带的宽度则小于200MHz。但是，受到了特制掺锗光纤的限制，实用性很低。

1988年，Meltz等人^[3]提出了另一种方法——侧写入法：即用两束相干紫外光形成的干涉条纹侧面曝光氢载光纤写入光纤布拉格的横向全息成栅技术。比前人的研究更进了一步。这表明我们既可以通过选择恰当的激光波长，或者是改变任意两束相干光之间的夹角的度数，在任何想要写入光栅的可用波段进行写入，这样会极大的增加所要设计的光栅的价值。但是，只有当光源和周围环境都趋于稳定的情况下，才能使用这种方法，而且这种方式受限于光源的相干长度，因此也无法进行推广。

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