单点相移光纤光栅传输特性及其应用的研究

论文摘要

随着科技的进步、研究的深入、以及应用的需求,不同结构和不同功能的光纤光栅被制作出来。相移光纤光栅是在均匀光纤光栅中引入一个或多个突变相移,致使其传输谱线在阻带形成一个或多个线宽极窄的相移峰,凭借着独特的优点,使其在波分复用系统、光纤传感、窄线宽激光器等方面受到广泛的关注。本文首先通过阅读大量的参考文献,对光纤光栅的发展进程,分类,应用进行了梳理,在此基础上引出了相移光纤光栅,详细的介绍了相移光纤光栅的特性以及其在各个领域的应用。然后利用耦合模理论分析了均匀光纤光栅的传输特性,而对于相移光纤光栅则采用了传输矩阵法推导出了其反射率和透射率方程。采用控制变量法,利用Matlab仿真出了单点相移光纤光栅的透射谱,详细讨论了相移量的大小、相移点的位置、光纤光栅长度、纤芯有效折射率对其透射谱的影响。分析得到了影响其相移峰透射率,相移峰的线宽,相移峰的位置的主要因素。这些结论,对于单点相移光纤光栅的制作具有重要的参考价值。随后分析了单点相移光纤光栅温度和应力的传感原理,基于此分别搭建了探究单点相移光纤光栅的温度和应力传感特性的实验。通过实验分析,得到此单点相移光纤光栅对温度灵敏度为10.65pm/~o C,对应力灵敏度为0.12pm/με,并且光谱具有很好的稳定性,因此使得单点相移光纤光栅在传感方面会有很好的应用前景。最后根据单点相移光纤光栅良好的滤波特性和温度传感特性,利用单点相移光纤光栅透射谱相移峰与光纤布拉格光栅的反射峰相匹配,采用环形腔结构,提出了一种可调谐窄线宽掺铒光纤激光器的方案。通过实验得到了单峰激光的输出,在25~oC至85~oC时,激光输出波长可调范围为0.7nm,并测得该激光器阈值功率43mW、输出3dB线宽为0.01nm、最大输出功率为300uW。并对输出激光的稳定性进行了测试,获得输出功率最大波动范围为0.26dB,表现出良好的稳定性。同时对整个系统进行了优化,分析了影响激光器输出的各种因素,得到了最适掺铒光纤长度和最佳输出耦合比,为窄线宽激光器的制作提供一种新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 前言
•   1.2 光纤光栅的简介
•     1.2.1 光纤光栅的发展
•     1.2.2 光纤光栅的分类
•   1.3 相移光纤光栅的概述
•     1.3.1 相移光纤光栅的简介
•     1.3.2 相移光纤光栅的应用
•   1.4 国内外窄线宽激光器的研究现状
•   1.5 论文主要研究内容及结构安排
• 第二章 光纤光栅的传输理论
•   2.1 模耦合振幅方程分析
•   2.2 光纤光栅理论模型分析
•   2.3 均匀光纤光栅理论分析
•   2.4 非均匀光纤光栅理论分析
•   2.5 本章小结
• 第三章 相移光纤光栅传输特性分析
•   3.1 单个相移量大小的影响
•   3.2 相移点位置的影响
•   3.3 光栅长度的影响
•   3.4 纤芯有效折射率的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 相移光纤光栅的温度和应变传感特性分析
•   4.1 相移光纤光栅传感原理
•   4.2 相移光纤光栅温度传感特性
•   4.3 相移光纤光栅温度传感实验方案设计
•     4.3.1 实验系统结构的搭建
•     4.3.2 关键器件的介绍
•     4.3.3 实验结果与分析
•   4.4 相移光纤光栅应力传感特性
•   4.5 相移光纤光栅应力传感实验方案设计
•     4.5.1 实验系统结构的搭建
•     4.5.2 关键器的件介绍
•     4.5.3 实验结果与分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 相移光纤光栅在光纤激光器中的应用
•   5.1 掺铒光纤激光器的原理
•     5.1.1 掺铒光纤激光器基本组成结构
•     5.1.2 铒离子的能级结构分析
•   5.2 掺铒光纤激光器实验方案的设计
•   5.3 实验关键器件的介绍
•   5.4 实验步骤与结果分析
•     5.4.1 实验步骤
•     5.4.2 实验结果分析
•   5.5 系统优化分析
•     5.5.1 输入不同泵浦功率
•     5.5.2 输出端耦合比的不同
•     5.5.3 掺铒光纤长度的不同
•   5.6 系统损耗分析
•   5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨思玉

导师: 万生鹏

关键词: 单点相移光纤光栅,传输矩阵法,透射谱,环形腔,掺铒光纤激光器

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 南昌航空大学

分类号: TN253

总页数: 89

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