基于特种布拉格光栅的模式转换器和滤波器的研究

摘要

布拉格（Bragg）光栅具有结构紧凑、制作容差大、可通过对结构参数的直接设计而实现灵活的滤波等优点，其在光通信、光纤传感和全光信号处理领域中迅速发展。本论文围绕着Bragg光栅的滤波特性和相向传输的不同导模间的耦合特性，开展了对基于有源光纤Bragg光栅滤波的光纤激光器和全光可调谐多通道色散补偿器、基于倾斜少模光纤Bragg光栅和波导光栅耦合器的模式转换器和模式复用/解复用器的理论和实验研究，并以基于频域滤波的调制格式转换、时钟恢复等应用为例对Bragg光栅的变迹函数进行了理论设计，具体内容如下：
　　(1)分别讨论了Bragg光栅特性分析和物理结构逆向设计的基本理论、方法。
　　(2)搭建并完善了基于紫外曝光和相位掩模技术的光纤光栅制备平台，并实现了对平台的自动化控制；完成了有源、保偏、少模/多模光纤Bragg光栅，以及倾斜、相移光栅等特种光纤光栅的制备，并对光谱特性进行了分析。
　　(3)将自主制备的掺铒光纤 Bragg光栅作为窄带滤波器应用于布里渊掺铒光纤激光器中，实现了低泵浦阈值、单纵模、可调谐、窄带宽的稳定运行；以 G-T（Gires-Tournois）标准具结构的重构原理为基础，提出了一种基于有源光纤Bragg光栅的全通相位滤波器，实现了全光可调谐多通道色散补偿。
　　(4)从耦合模理论出发，分析了多模 Bragg光栅中相向传输的不同模式间发生耦合的条件；实验论证了基于微倾斜少模光纤Bragg光栅（T-FMFBG）的模式转换，并理论上对其进行了带宽扩展和多波长/多模式系统的模式解复用拓展。设计并制备了基于非对称多模Bragg光栅耦合器的片上硅基两模复用/解复用器。
　　(5)利用离散分离剥层法和空间-频率映射理论，由预设滤波器复传递函数，分别对均匀周期和线性啁啾Bragg光栅的折射率调制变迹函数进行理论设计；分别从幅度滤波、相位滤波、幅度相位同时滤波的角度，理论论证了基于Bragg光栅滤波的高速RZ-OOK到NRZ-OOK的调制格式转换、RZ-OOK时钟恢复和THz三角波产生。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 特种Bragg光栅的应用研究现状

1.3 本论文的主要研究内容及创新点

1.4 本课题的来源及受资助情况

2 光栅的理论基础

2.1 Bragg光栅的基本结构

2.2 Bragg光栅的分析方法

2.3 Bragg光栅的滤波特性

2.4 Bragg光栅结构的逆向设计方法

2.5 本章小结

3 光纤布拉格光栅的制作与测试

3.1 光纤光栅的制作方法

3.2 基于紫外曝光和相位掩模技术的光栅制备平台

3.3 光栅平台的部分制作工艺成果及测试结果

3.4 本章小结

4 有源光纤光栅的设计及应用

4.1 单纵模布里渊掺铒光纤激光器

4.2 全光可调谐多通道色散补偿器

4.3 本章小结

5 基于光纤光栅和波导光栅耦合器的模式转换与复用/解复用

5.1 基于光纤布拉格光栅的模式转换

5.2 基于非对称波导光栅耦合器的模式转换与复用/解复用

5.3 本章小结

6 基于光纤Bragg光栅滤波的全光信号处理

6.1 幅度滤波

6.2 相位滤波

6.3 幅度、相位同时滤波

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 研究内容总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文