线性啁啾布拉格光栅的光学特性研究

作     者：任海翠 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈历学

授予年度：2007年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：线性啁啾布拉格光栅 耦合模理论 传输矩阵法 反射谱 

摘      要：线性啁啾光纤布拉格光栅是一种特殊结构的光栅,其特点是它不仅具有均匀光栅的结构特性,即折射率呈周期性分布,而且具有自己特有的性质,即其周期不是均匀分布而是沿光栅长度方向线性变化,所以它可以反射一系列波长(频率)的输入光。它的这些特点使它在光纤通信领域得到了广泛的应用,如作为色散补偿器,带通滤波器;在光纤激光器中,它可作为激光器谐振腔的端面反射器。本文利用耦合模理论和传输矩阵法对线性啁啾光纤布拉格光栅的光学特性进行了理论分析和数值模拟。 耦合模理论是用来描述两种模式之间相互作用的理论方法。入射到线性啁啾光纤布拉格光栅中的光波受到光栅周期结构的微扰作用而产生了反向波和前向波,这两种波的相互作用是由耦合模理论描述的。本文中从麦克斯韦方程组出发,对线性啁啾光纤布拉格光栅中的非线性耦合模方程进行了详细推导,并且利用求解均匀光纤光栅中的非线性耦合模方程的方法,推导出了啁啾光纤光栅中的非线性耦合模方程的解析解。 传输矩阵法通过传输矩阵描述了光栅中某一层的模式与紧邻一层模式的关系。对于线性啁啾光纤布拉格光栅,在此方法中,光栅被分成数段,每段光栅的长度远大于其周期且被看作是均匀的,因此每段光栅由传输矩阵按均匀光栅描述,而整个光栅由各矩阵相乘得到的全局矩阵描述。此方法主要用来编写程序,对线性啁啾布拉格光栅的光学特性如反射谱、时延曲线以及色散曲线进行数值求解。在本文中着重分析了线性啁啾光纤布拉格光栅的反射谱随光栅的折射率调制度、啁啾参数以及长度的变化而变化的特性,同时得到了一些具有规律性的结论:反射带宽随这三个参数的增大而增宽,但带内的振荡随折射率调制度和长度的增大而变小,随啁啾参数的增大而变得明显,同时带宽内的反射率大小随折射率调制度和长度的增大而增大,随啁啾参数的增大而变小。这些结论对于其在光纤通信领域的应用具有一定的意义,例如在光纤光栅滤波器中用线性啁啾光纤布拉格光栅代替均匀光纤布拉格光栅可以得到较大的阻带宽度。