3光纤光栅光谱特性的数值模拟 

3。1 均匀光纤光栅的反射谱和时延特性 14

3。2 非均匀光纤光栅的数值模拟…16

4对飞秒激光逐点刻写光纤布拉格光栅的仿真

4。1 飞秒激光逐点写入光栅的实验现象及其分析 19

4。2 COMSOL仿真飞秒激光逐点写入光栅的双折射和偏振模现象…20

4。3 折射率调制区域对双折射效应的影响…23

5总结与展望

5。1 全文总结27

5。2 研究展望28

致谢 … 29

参考文献30

1引言

光纤是一种利用光全反射效应引导光的传播，材料以玻璃和有机材料为主的波导介质。1966年，华裔科学家高琨在其发表的一篇论文中论证了光纤损耗可以减小到允许长距离信息传输的程度。此后光纤技术发展日新月异，并以其损耗小、带宽大、不受电磁干扰等诸多优势，发展为当今通信网络中最重要的传输媒质。同时，人们发现光纤对多种物理量敏感，并且它可以同时用作敏感原件和信号传输介质，加之灵敏度高、抗干扰、可埋入等优势，光纤传感得到广泛应用。光纤通信和传感技术的快速发展极大地改变了我们的生活，促进了当今世界的繁荣前进[1][2]。

光纤技术的发展离不开光子器件的支持，而光纤光栅的问世和迅速发展则给光纤通信技术和光纤传感技术带来一场。正如传统光学离不开镜片，当今乃至将来的光通信系统将离不开光纤光栅。

1。1光纤光栅发展概况

光纤光栅自其问世以来，随着写入技术的改进而不断发展，其应用也逐渐广泛化和多元化。

1978年，加拿大通信研究中心的K。O。 Hill[18]等人提出了驻波干涉法，即利用掺锗光栅的光敏特性，用激光器产生的驻波干涉条纹使光纤的折射率产生永久性变化，制成了世界上第一个光纤光栅。它对某一带宽内的入射光具有反射作用，并且可以通过布拉格衍射理论进行解释，因此该光栅被称为布拉格光栅。用该种方法制造光栅，对光源的要求很高（写入光波长须和反射波长一致且光源形成驻波时要非常稳定），同时需要较高的掺锗量以确保光敏性，而用该方法制造出的光栅热稳定性也较差，所以该方法逐步被淘汰。

1989年，美国东哈特福德联合技术研究中心的G。Meltz [19]等人提出了横向全息成栅技术，即用波长为244nm的紫外光形成的干涉条纹从侧面曝光从而在光纤刻入光栅。该方法的改进之处在于，可以通过调节两束干涉光的夹角写入不同周期的光纤光栅，写入效率和灵活性都有所提高，但是由于该方法需要相干性极好的光源，以及十分稳定的环境，所以其使用性也收到了限制。

1993年，Hill[20]等人又提出了相位掩模法，即用紫外激光照射预制的相位掩模板，利用形成的衍射条纹对载氢光纤曝光从而刻入光栅。该方法的优势在于写入光栅的周期仅仅和掩模板的周期有关，对于写入光的相干性好坏以及波长大小都没有严格要求。提高了生产效率，降低了生产成本，再加上载氢技术的出现提高了光纤的光敏性，使得光纤光栅真正走向实用化，也是目前被广泛采用的制作工艺。当然该方法也并非完美，单块掩模板生产费用较高，并且用特定掩模板生产出的光栅的周期基本固定。

初期布拉格光纤光栅一直占据研究热点，直到1996年长周期光栅才走入人们的视野，与前者不同的是，其周期较长（一般在数十到数百），能够进行纤芯基模到包层模的耦合。这一年，美国AT&T贝尔实验室的A。M。Vengsarkar等人[21]利用紫外激光照射振幅掩模板，制成了首个传统意义上的长周期光纤光栅。1997年，T。Erdogan在Lightwave Technol和Opt。Soc。Am上[22][23]发表文章，提出至今仍广泛采用的理论模型——耦合模理论，并采用传输矩阵法，深入地研究了不同折射率分布条件下光栅的光谱特性，从而奠定了长周期光栅的理论基础。