基于光纤光栅的光通信器件与光纤非线性效应的理论与实验研究

摘要

该文对光纤光栅的透射色散特性、非线性特性和调谐特性、稀土掺杂光纤光学上转换、铒镱共掺光纤光栅上转换进行了研究,主要内容包括(其中黑体字内容为创新性工作):1.总结了光纤光栅的形成机理、制造方法及工作原理,综述了其在通信领域的应用;2.介绍了描述光纤光栅的基本理论方法.3.研究了光纤光栅的基本特性,与黄永清副教授合作在国内首次测量了光纤光栅的透射相位、时延、色散和群速度;4.进行了压力致光纤光栅双折射的实验,观测到了压力致均匀光纤光栅Bragg波长移动,并测量了压力导致线性啁啾光纤光栅双折射时延差;5.首次提出一种基于均匀光纤光栅透射机制的偏振模色散补偿器,具有补偿量大、连续可调、可调谐、结构紧凑简单等优点;6.首次提出一种基于均匀光纤光栅级联的DWDM系统多信道在线偏振模色散补偿方案,可以应用于0.8nm间隔的多信道同时在线补偿,补偿量大且连续可调,具有可调谐性,采用透射机制结构紧凑简单;7.提出并论证了基于弯曲作用下光纤光栅双折射效应的偏振模色散补偿方案;8.研究了强高斯脉冲在光纤光栅带外高色散区的演化规律并研究了高斯脉冲之间的非线性相互作用,发现了低强度脉冲的合并现象,9.研究了光纤光栅带外高阶孤子特性,首次提出了基于三阶孤子效应的产生压缩脉冲对的方法,该方法可以实现脉冲压缩、信号复制和速率倍增的功能;10.从实验上获得了铒镱共掺光纤的高非线性折射率系数,较普通石英光纤非线性折射率系数高106倍以上;11.实现了全光调谐致光纤光栅Bragg波长移动0.204nm的最高记录,并获得了12dB的开关效应;12.实现了基于铒镱共掺光纤光栅的马赫—曾德尔干涉仪型全光开关,消光比为8dB;13.实验研究了4种掺铒光纤的光学上转换效应,在980nm激光的泵浦下,得到了520nm-546nm的绿色上转换发光,并首次观测到435nm的上转换辐射;14.研究了载氢、载氢并紫外曝光对上转换的影响,实现了对掺铒光纤光学上转换的抑制;在没有上转换的铒镱共掺光纤中产生了强的光学上转换,并得到从紫外到绿色的6条强上转换谱带;15.在研究上转换发光的基础上,提出了微结构光纤上转换激光器的设想并设计了具体的方案.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究意义和内容

1.2论文结构安排

参考文献

第二章光纤光栅

2.1光纤光栅的基本概念

2.2光纤光栅的基本分类

2.2.1布拉格光纤光栅(Braggfiber grating)

2.2.2长周期光纤光栅(Long Period Grating，LPG)

2.2.3闪耀光纤光栅(Blazedfiber grating)

2.2.4光纤光栅的切趾技术

2.3光纤光栅的制作机理与方法

2.3.1光纤的光敏性

2.3.2光纤光栅的制作方法

2.3.3利用近紫外光制作光纤光栅的方法

2.3.4长周期光纤光栅的制作方法

2.3.5微结构光纤光栅的制作方法

2.4光纤光栅的基本应用

2.4.1光纤光栅用于激光光源

2.4.2光纤光栅用于光纤通信系统[83-85]

2.4.3光纤光栅作为滤波器

2.4.4光纤光栅用于色散补偿

2.4.5光纤光栅传感器[83-85，93]

2.4.6光纤光栅的其它应用

参考文献

第三章光纤光栅基本理论与均匀光纤光栅的基本性质

3.1光纤光栅的基本原理

3.2光纤光栅的理论描述

3.2.1耦合模理论

3.2.2光纤光栅的非线性理论描述

3.2.3光纤光栅的非线性薛定谔方程

3.2.4非线性薛定谔方程的数值解法

3.2.5传输矩阵法

3.3均匀光纤光栅的基本性质

3.3.1均匀光纤光栅的反射特性

3.3.2均匀光纤光栅的光子禁带

3.3.3均匀光纤光栅的调谐特性

参考文献

第四章均匀光纤光栅的透射特性的实验研究

4.1均匀光纤光栅的透射基本性质

4.1.1均匀光纤光栅的透射谱

4.1.2均匀光纤光栅的透射色散

4.2均匀光纤光栅透射色散的实验测量

4.3均匀光纤光栅透射的群速度特性

4.4均匀光纤光栅透射特性的应用

参考文献

第五章基于均匀光纤光栅的偏振模色散补偿技术的研究

5.1光纤中的偏振模色散

5.1.1光纤中偏振模色散的产生

5.1.2偏振模色散的描述

5.1.3偏振模色散对光纤通信系统的影响

5.1.4偏振模色散的补偿技术

5.2基于均匀光纤光栅偏振模色散补偿的基本原理

5.2.1均匀光纤光栅的透射时延特性

5.2.2侧向挤压致光纤光栅双折射

5.2.3侧向挤压致光纤光栅Bragg波长的移动

5.2.4侧向挤压致光纤光栅时延差

5.3基于均匀光纤光栅的偏振模色散补偿器

5.4 DWDM系统中多信道偏振模色散的补偿

5.5基于光纤光栅弯曲的偏振模色散补偿方案

参考文献

第六章普通光纤光栅非线性效应的研究

6.1光纤光栅中的非线性效应

6.1.1非线性效应的产生机理

6.1.2非线性效应导致的宏观现象

6.1.3提高光纤光栅非线性的方法

6.2光纤光栅带外孤子

6.2.1光纤光栅中高斯脉冲的演化

6.2.2光纤光栅中脉冲的非线性相互作用

6.2.3光纤光栅孤子的特点

6.3基于光纤光栅的脉冲压缩

6.3.1三阶孤子的演化

6.3.2基于三阶孤子的压缩脉冲对的产生

6.3.3光纤光栅压缩器的特点

6.4基于非线性相互作用的脉冲压缩

6.4.1非线性互作用脉冲压缩的原理

6.4.2非线性互作用脉冲压缩的性能

6.4.3光纤光栅压缩器的特点

参考文献

第七章稀土掺杂光纤及光纤光栅非线性效应的实验研究

7.1稀土掺杂光纤的谐振增强型非线性

7.1.1稀土掺杂光纤谐振增强型非线性的基本原理

7.1.2掺镱光纤及其它稀土掺杂光纤的非线性

7.1.3铒镱共掺光纤的非线性

7.2铒镱共掺光纤光栅Bragg波长移动的实验研究

7.2.1 Bragg波长随光强移动的基本原理

7.2.2基于铒镱共掺光纤光栅的Bragg波长移动的实验

7.3基于马赫-曾德尔干涉仪结构的全光开关

7.3.1实验原理

7.3.2实验结果

7.4光学上转换的基本理论

7.4.1光学上转换的原理

7.4.3稀土掺杂光纤光学上转换激光器

7.5掺铒光纤光学上转换的实验研究

7.5.1 EDF-LRL掺铒光纤光学上转换实验

7.5.2 L1500掺铒光纤光学上转换实验

7.5.3 LF1402掺铒光纤光学上转换实验

7.5.4 LF3000掺铒光纤光学上转换实验

7.5.5小结

7.6铒镱共掺光纤光学上转换的实验研究

7.7铒镱共掺光纤光栅光学上转换的实验研究

7.7.1上转换现象

7.7.1上转换光谱

7.8微结构光纤上转换激光器

7.8.1微结构光纤的特性

7.8.2基于微结构光纤的上转换激光器

参考文献

致谢

攻读博士学位期间完成的论文