特种光纤光栅理论和实验研究

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光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件。具有复杂折射率分布的特种光纤光栅,其特殊的光谱特性,在光纤通信和光纤传感领域具有巨大的应用潜力,并已经成为当前的一个研究热点。本文重点研究了均匀倾斜光纤Bragg光栅和相移光纤光栅这两种特种光纤光栅,在数值模拟分析和实验制作两方面取得了一定的研究成果。在理论研究方面,本文介绍了耦合模理论和传输矩阵法这两种常用的分析光栅特性的方法,并使用它们模拟和分析了几种常见的非均匀光纤光栅的光谱特性,重点分析了均匀倾斜光纤光栅和相移光纤光栅的光谱特性。讨论了倾斜角度对均匀倾斜光纤光栅反射谱特性的影响以及相移点和相移大小对相移光纤光栅特性的影响,分析结果能很好地指导光栅的制作。在光栅的制作方面,成功地制作出了具有特定倾斜角度的光纤光栅,并发明了制作相移光纤光栅的新方法。在总结和比较了一些常用的制作相移光纤光栅方法的基础上,提出了两种新的制作相移光纤光栅的方法:叠加法和光纤局部温度调制法。这两种方法具有普遍的适用性,将现有的制作光纤Bragg光栅的设备稍加改造就可以用来制作相移光纤光栅。本文还尝试在有源光纤上制作光纤光栅,成功地在掺铒光纤上制作了Bragg光纤光栅,在双包层光纤光栅上制作了相移光纤光栅,并使用前者构造了DBR光纤激光器。对于光纤激光器中伴生的绿色荧光,本文首次在详细光谱分析的基础上,研究了它的发光机理和特性。
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