非对称光纤布拉格光栅构成的单腔及多腔结构透射特性研究
发布时间：2021-02-10 10:59
高功率、窄带宽、高集成化的单频光纤激光器,以及波长可选或可同时输出的多波长光纤激光器在光通信、高精度光谱和波分复用等领域都具有广泛的应用。谐振腔作为激光器的核心组成部分,通过设计合适的腔结构以实现上述不同的功能是非常重要的一种手段。在各种腔结构中,最常见的是法布里-珀罗（Fabry-Peort,F-P）腔,并且光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings,FBG）是光纤光学中非常重要的光学元器件之一,所以相应地,由FBG构成的F-P腔是光纤激光器中十分关键的谐振腔结构。在本文中,基于非对称FBG构成的F-P腔结构,我们讨论了单波长、双波长乃至多波长光纤激光器的实现并进行了深入的理论分析和数值计算。运用耦合模理论与传输矩阵法,我们重点分析了非对称FBG构成的单腔和多腔结构的透射光谱特性。具体工作如下:（1）提出了一种基于两个非对称FBG的F-P腔全光纤结构,能够在设计波长处实现窄带宽单纵模透射。两个FBG之间的光栅周期（或布拉格波长）不同,从而导致它们的反射禁带部分重叠,重叠区域的大小可以通过调节FBG的周期控制,使得重叠区域只允许一个波长通过谐振腔结构,从而实现单纵模透射。...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＤＢＲ光纤激光器示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＤＢＲ?ｆｉｂｅｒ?ｌａｓｅｒ??窄带宽单频光纤激光器在掺杂光纤和光栅结构被深入研宄后受到了大量的关注
栅折射率调制深度。??（３）?—?Ｌ＝５ｍｍ??＾?１?—Ｌ＝１０ｍｍ＇??＞?Ｙ?＼?一?Ｌ＝２０ｍｍ??｜?〇－５－?－??ｑ????１５４９．６?１５４９．８?１５５０?１５５０．２?１５５０．４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ／ｎｍ??（ｂ）?????—?Ａｎ＝ｌｘｌ０＂４??＾?ｆ￣了＂＂＂＂ｘ￣＾￣Ａｎ＝２ｘｌＯ＂４??Ｌ?ａ?ｆｎｕ一??１５４９．６?１５４９．８?１５５０?１５５０．２?１５５０．４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ／ｎｍ??图２．２光纤布拉格光栅的反射光谱。（旬光栅长度不同；（ｂ）光栅折射率调制深度不同??Ｆｉｇ．２．２?Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ＦＢＧｓ．?（ａ）?ｔｈｅ?ｌｅｎｇｔｈｓ?ｏｆ?ＦＢＧｓ?ａｒｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ??ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＦＢＧｓ?ａｒｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??在光栅折射率调制很弱时，则满足４？？＾，反射禁带的带宽与光栅长度呈正相关。??Ｌ??反之，在光栅折射率调制很强时，则满足Ａ／７？＾，但此时反射禁带与光栅长度无关，??Ｌ??只与折射率调制深度成正比。这是由于在强折射率调制时，波长在反射禁带范围内的光??不需要穿透整个光栅就己经被反射，并且第一零点带宽的大小己经非常接近光栅的半高??
华东理工大学硕士学位论文?第１７页??全宽，这是由于在强折射率调制下，光栅禁带范围内的反射率己经接近１００％，反射主??峰从波包的形状转化为矩形分布。??在本文中，我们的研宄基于ＦＢＧ的光谱特性，即反射率、光栅中心波长和反射禁??带等，为了实现特定的光谱特性就需要设计对应的光栅参数。图２．２是根据ＦＢＧ的反射??率表达式（２－２２），固定Ｂｒａｇｇ波长为１５５０ｎｍ，有效折射率％?＝１．４５，计算得到均匀??ＦＢＧ的反射光谱。图２．２（ａ）中，选取光栅折射率调制Ａ？＝１０＇分别对比光栅长度为５ｍｍ、??１０ｍｍ、２０ｍｍ时的光谱分布。从图中可以发现增大光栅长度，光栅反射率会逐渐增加，??但禁带宽度却逐渐减小，并且整体反射主峰呈现矩形结构。当光栅长度足够长之后，对??于光栅反射光谱的影响将会非常小，这是因为光波未通过全部的光栅结构就己经几乎完??全被反射；在图２．２（ｂ）中，固定光栅长度为１０ｍｍ，分别对比折射率调制Ａｎ为ｌｘｌ（Ｔ、??２ＸＨＴ４、３ｘｌ〇＿４时的反射光谱。当增加光栅折射率调制时，从图中可以发现其反射率会??随之增加，而且反射禁带宽度也逐渐增加，同时两边侧峰的反射率也会随之增加。总体??来说，光栅折射率调制较弱时，光栅长度是影响反射光谱主要的参数，而通过折射率调??制可以有效地增加反射率和禁带宽度。观察分析图２．２，还可以发现增加光栅长度或折??射率调制，都能得到光栅的高反射率。根据式（２－２５），可以分析得到光栅中心波长在波??导有效折射率固定的情况下，只随着光栅周期的变化而改变。??２．３传输矩阵法??通过耦合模理论分析均匀ＦＢＧ中传输模式之间的耦合，可以得到ＦＢＧ的光谱特性，??但对于结构复杂
本文编号：3027251
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＤＢＲ光纤激光器示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＤＢＲ?ｆｉｂｅｒ?ｌａｓｅｒ??窄带宽单频光纤激光器在掺杂光纤和光栅结构被深入研宄后受到了大量的关注
栅折射率调制深度。??（３）?—?Ｌ＝５ｍｍ??＾?１?—Ｌ＝１０ｍｍ＇??＞?Ｙ?＼?一?Ｌ＝２０ｍｍ??｜?〇－５－?－??ｑ????１５４９．６?１５４９．８?１５５０?１５５０．２?１５５０．４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ／ｎｍ??（ｂ）?????—?Ａｎ＝ｌｘｌ０＂４??＾?ｆ￣了＂＂＂＂ｘ￣＾￣Ａｎ＝２ｘｌＯ＂４??Ｌ?ａ?ｆｎｕ一??１５４９．６?１５４９．８?１５５０?１５５０．２?１５５０．４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ／ｎｍ??图２．２光纤布拉格光栅的反射光谱。（旬光栅长度不同；（ｂ）光栅折射率调制深度不同??Ｆｉｇ．２．２?Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ＦＢＧｓ．?（ａ）?ｔｈｅ?ｌｅｎｇｔｈｓ?ｏｆ?ＦＢＧｓ?ａｒｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ；?（ｂ）?ｔｈｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ??ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＦＢＧｓ?ａｒｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??在光栅折射率调制很弱时，则满足４？？＾，反射禁带的带宽与光栅长度呈正相关。??Ｌ??反之，在光栅折射率调制很强时，则满足Ａ／７？＾，但此时反射禁带与光栅长度无关，??Ｌ??只与折射率调制深度成正比。这是由于在强折射率调制时，波长在反射禁带范围内的光??不需要穿透整个光栅就己经被反射，并且第一零点带宽的大小己经非常接近光栅的半高??
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