光载波经过光纤延迟线时会产生延迟时间，获得延迟时间的方式有两种。一种是利用光纤的长度，产生的延迟时间与光程大小和光载波在光纤中的传输速度有关。当经过一段长度为L，折射率为n的光纤后，光波获得的延迟时间大小可以表示为：

(1。2)

式中，表示光波在光纤中的群速度，c为光波在真空中的传播速度。对于普通的掺锗石英光纤，折射率约为1。46，故光载波在1mm的光纤中传输所消耗的时间大约是4。89ps。

另一种获得延迟时间的机理是色散延迟。当经过具有色散性质的光纤时，如色散光纤，光纤光栅等，不同波长的光会产生时延差。由色散引起的时延差可以表示为：

(1。3)

式中，Dm表示色散型光纤的色散值，两光波的波长差为。对于啁啾光纤光栅，尤其是用于色散补偿的啁啾光纤光栅，色散值可以达到-2800ps/nm[7]。

1。3光纤延迟线技术现状

1。3。1基于光开关或棱镜的光纤型延迟线

1。3。2基于光纤光栅的色散型延迟线

1。4本文研究内容

本文主要研究了基于压电陶瓷调谐的光纤光栅的光纤延迟线。主要包括对光纤光栅和压电陶瓷的原理进行介绍，分析了啁啾光纤光栅应力作用下的传输特性，对该延迟线系统的原理介绍和结构设计。设计实验对该延迟线系统的延迟量进行测量，标定压电陶瓷伸长量与电压的关系，以及对啁啾光纤光栅反射谱平移进行测量。

    首先，在文章开头对光纤延迟线的研究背景，基本原理和国内外技术现状进行介绍。

然后，从光纤光栅的结构出发，介绍光纤光栅的工作原理，分析其在应力作用下的光谱特性。同时，对压电陶瓷的结构进行介绍，分析其逆压电效应工作原理。设计一种基于压电陶瓷调谐的啁啾光纤光栅的光纤延迟线结构，对该结构的性能指标提出要求，选取实验中需要的器件。

其次，分别使用矢量网络分析仪和示波器对光纤光栅延迟线系统的延迟时间进行测量，分析测量结果。 

    最后，利用白光干涉原理对压电陶瓷伸长量进行测量，标定电压与压电陶瓷伸长量之间的关系曲线。用光谱仪对啁啾光纤光栅随压电陶瓷调谐产生的光谱平移进行测量，画出光谱平移量随相对应变量的关系曲线，论证压电陶瓷调谐啁啾光纤光栅延迟线的可行性。

2  基于压电陶瓷调谐的光纤光栅延迟线结构设计

2。1光纤光栅

光纤光栅的本质其实就是一段特殊的光纤，光纤在蓝光或紫外光强激光照射下，其光学特性会发生永久改变。利用光纤的光敏特性，通过特定的方法在光纤纤芯的轴向方向上写入信息，使其轴向折射率发生周期性改变，从而在光纤线路中形成一段衍射光栅。写入光栅的主要方法有双光束全息法、相位掩膜法、单点写入法等[16]。利用相位掩膜法制作光纤光栅的示意图如图2。1所示。紫外光束被相位掩膜板衍射成不同级次，主要是利用其0级、-1级、+1级干涉级次在光纤上形成干涉条纹，使光纤纤芯沿轴向方向的折射率发生周期性变化。

图2。1  相位掩膜法制作光纤光栅示意图

按照光纤光栅折射率周期的长短可以将光纤光栅分为短周期光纤光栅和长周期光纤光栅。短周期光纤光栅中两个传输方向相反的模场发生能量耦合，是一种反射式光纤元件。长周期光纤光栅中能量耦合发生在两个同向传输的模场中，是一种透射式传输光纤。在光纤延迟线中使用的光纤光栅为短周期光纤光栅，可以看成一种反射式带通滤波器。光纤光栅结构示意图如图2。2所示。