基于光纤光栅的光延迟及其调谐技术的研究

发布时间：2020-05-08 07:13

【摘要】：基于光纤延迟线的光控相控阵技术解决了传统雷达波束偏斜、瞬时带宽受限的问题,受到广泛的关注与研究。而光纤光栅作为光纤延迟线的核心器件,理论完备,刻写工艺成熟,在光通信和光纤传感领域具有很高的实践价值。本文主要研究基于线性啁啾光纤光栅(LCFBG)的光纤延迟线。首先,基于耦合模理论和传输矩阵法分析了光纤光栅(FBG)的传输特性,重点研究了折射率调制深度、栅区长度和啁啾系数对LCFBG传输特性的影响,并以高斯切趾为例,研究了切趾技术对LCFBG反射震荡和时延抖动的影响。接下来,研究了应力对光纤光栅的调谐原理,并以此为理论基础,提出一种光致形变材料镧改性锆钛酸铅(PLZT)调谐光纤光栅的新方法,推导出反射波长改变量与光强的线性关系式。然后,设计了基于双波束光源和LCFBG混合调谐的四通道波分复用延迟线,并分析了其时延特性。最后,进行了单根未切趾和切趾啁啾光栅延迟线的对比实验,前者延时量调谐大于150ps,局部线性抖动大于10ps,重复性时延精度小于5ps;后者延时量调谐大于100ps,稳定性时延精度小于2ps。进行了 PLZT调谐光纤光栅实验,通过改变光强,均匀FBG反射波长向长波方向平移了 0.98nm,LCFBG平移了 1.02nm。进行了基于双波束光源和LCFBG混合调谐的四通道波分复用延迟线实验,系统所用啁啾光栅为未切趾光栅,四路信号等时延差输出,输出范围为:Ops、±25ps、±50ps、±75ps,误差均小于4ps。
【图文】：

光纤光栅,均匀光纤光栅,布拉格,光纤

模式z1合发生在两个同向传输的模场中，是一种透射式传输光纤。本文使用的光纤逡逑光栅则属于短周期光纤光栅，，可以看成是反射式带通滤波器。光纤光栅的结构示意图如逡逑图１．２所示。逡逑－２００邋Ｊｉｍｓ邋ｌｉｉｆｌＷｊｉｔｉｉ邋：＞逡逑，、５０（｝ｎｍ邋ｉ邋拉格＞逡逑＿邋＜邋ｉ逡逑｜邋？邋｜逡逑Ａ￣￣￣｝ｉ邋ｔ邋Ａ逡逑ｉ邋０ｊ＾ｔＴｆｌＴｆＴＩ＾３［：：Ｄ邋ｊ逡逑＼邋ｊ逦ｉＭ邋５００ｍｍ逦＼逦＼逦／逡逑？逦＾邋逦Ｖ＇－ｖ逦．逡逑折射宇高ｒ封芯的ｋ．域逡逑图１．２光纤光栅结构示意图逡逑按照光纤光栅折射率周期的分布可以将光纤光栅分为均匀光纤光栅（光纤布拉格光逡逑栅）和非均匀光纤光栅。均匀光纤光栅的折射率分布是均匀的，光栅的布拉格反射波长逡逑是恒定值，且一般在光栅的末端反射；非均匀光纤光栅的折射率分布是一个变化值，不逡逑同波长的光在光栅的不同位置被反射，不同波长的光获得相应于自身波长的延时量，从逡逑而产生色散，按照其折射率调制形式的不同，又可以分为：啁啾光纤光栅、切趾型光栅、逡逑取样光栅［１８］、分散相移光栅等等。均匀光纤光栅和啁啾光纤光栅的折射率分布示意图如逡逑图１．３所示。逡逑ｉｌｌ邋ＡＭＩ逡逑均匀光纤光栅逦啁啾光纤光栅逡逑图１．３光纤光栅的折射率分布示意图逡逑按照光纤光栅的形成机理分类，又可以分为利用光敏性形成和利用弹光效应形成的逡逑光纤光栅。前者将光纤放置于蓝光或紫外光形成的空间干涉条纹中进行曝光，使其折射逡逑率发生周期性改变

示意图,折射率分布,光纤光栅,示意图

模式z1合发生在两个同向传输的模场中，是一种透射式传输光纤。本文使用的光纤逡逑光栅则属于短周期光纤光栅，可以看成是反射式带通滤波器。光纤光栅的结构示意图如逡逑图１．２所示。逡逑－２００邋Ｊｉｍｓ邋ｌｉｉｆｌＷｊｉｔｉｉ邋：＞逡逑，、５０（｝ｎｍ邋ｉ邋拉格＞逡逑＿邋＜邋ｉ逡逑｜邋？邋｜逡逑Ａ￣￣￣｝ｉ邋ｔ邋Ａ逡逑ｉ邋０ｊ＾ｔＴｆｌＴｆＴＩ＾３［：：Ｄ邋ｊ逡逑＼邋ｊ逦ｉＭ邋５００ｍｍ逦＼逦＼逦／逡逑？逦＾邋逦Ｖ＇－ｖ逦．逡逑折射宇高ｒ封芯的ｋ．域逡逑图１．２光纤光栅结构示意图逡逑按照光纤光栅折射率周期的分布可以将光纤光栅分为均匀光纤光栅（光纤布拉格光逡逑栅）和非均匀光纤光栅。均匀光纤光栅的折射率分布是均匀的，光栅的布拉格反射波长逡逑是恒定值，且一般在光栅的末端反射；非均匀光纤光栅的折射率分布是一个变化值，不逡逑同波长的光在光栅的不同位置被反射，不同波长的光获得相应于自身波长的延时量，从逡逑而产生色散，按照其折射率调制形式的不同，又可以分为：啁啾光纤光栅、切趾型光栅、逡逑取样光栅［１８］、分散相移光栅等等。均匀光纤光栅和啁啾光纤光栅的折射率分布示意图如逡逑图１．３所示。逡逑ｉｌｌ邋ＡＭＩ逡逑均匀光纤光栅逦啁啾光纤光栅逡逑图１．３光纤光栅的折射率分布示意图逡逑按照光纤光栅的形成机理分类，又可以分为利用光敏性形成和利用弹光效应形成的逡逑光纤光栅。前者将光纤放置于蓝光或紫外光形成的空间干涉条纹中进行曝光，使其折射逡逑率发生周期性改变
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】