基于取样光纤光栅的可调谐窄带滤波器的研究

摘要

可调谐窄带滤波器在光通信和光传感领域具有广泛的应用前景。尤其是在可调谐窄线宽光纤激光器中，结构简单、制作方便、成本低廉的宽调谐范围光纤光栅型窄带滤波器具有极其重要的应用价值。 本文根据可调谐光纤激光器对滤波器的具体技术要求，对基于取样光纤光栅的可调谐窄带滤波器及其在光纤激光器中的应用进行了深入的理论分析和数值仿真研究。主要研究工作包括： 1）在详细推导了光纤光栅模耦合方程及其数值分析方法的基础上，对影响取样光纤光栅输出特性的各种参数（如光栅长度、取样周期、矩形函数占空比、折射率调制强度等）和技术（如切趾、啁啾等）进行了理论分析及数值仿真，得到影响取样光栅反射谱中心波长、信道间隔、反射谱包络3dB带宽等重要特性的关键因素。 2）对光纤光栅的各种应力和温度调谐技术进行了详细的理论分析和对比，研究了各种方法的优缺点。 3）对sinc取样光纤光栅和矩形取样光纤光栅的取样函数及相关参数进行了优化设计，得到了一种反射谱包络3dB带宽达32nm、包含76个波长通道、通道间隔稳定、各通道峰值反射率接近的取样光纤光栅结构。 4）深入研究了由两个不同取样光纤光栅构成的组合型可调谐窄带滤波器的光谱特性和调谐特性，并对其在可调谐窄线宽光纤激光器中的应用进行了分析与研究。结果表明，采用上述取样光纤光栅组合型滤波器可以实现对光纤激光器输出波长的选择和调谐。

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致谢

1 引言

1.1 选题的意义和目的

1.2 研究背景

1.2.1 取样光纤光栅技术

1.2.2 可调谐滤波器技术

1.3 本文主要工作

2 光纤光栅的基本理论

2.1 光纤光栅分类

2.2 均匀光纤光栅

2.2.1 布拉格条件

2.2.2 耦合模理论

2.3 非均匀光纤光栅

2.4 数值方法

2.4.1 传输矩阵法

2.4.2 龙格-库塔法

2.4.3 劳尔德法

2.4.4 数值方法计算准确性

2.5 本章小结

3 取样光纤光栅技术

3.1 取样光纤光栅理论

3.2 振幅取样光纤光栅技术

3.2.1 矩形取样光栅的光学特性

3.2.2 Sinc取样光栅的光学特性

3.2.3 啁啾取样光栅的光学特性

3.3 相位取样光纤光栅技术

3.4 本章小结

4 光纤光栅的波长调谐理论及技术

4.1 光纤光栅的波长调谐理论

4.1.1 应力调谐

4.1.2 温度调谐

4.2 光纤光栅的波长调谐技术

4.3 本章小结

5 调谐窄带滤波器设计及应用

5.1 基于取样光纤光栅的可调谐窄带滤波器

5.2 取样光纤光栅优化设计

5.2.1 Sinc取样光纤光栅的优化设计

5.2.2 矩形取样光纤光栅的优化设计

5.3 组合滤波的数值仿真

5.4 可调谐窄线宽光纤激光器

5.4.1 激光器波长调谐原理

5.4.2 激光器波长输出的数值仿真

5.5 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历