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光纤耦合器是最重要的光纤无源器件之一,在光纤通信及光纤传感领域应用非常广泛。本文就光纤耦合器基本原理、模型构建、结构设计、器件研制以及应用等方面进行了系统研究,获得了一些创新性研究成果。论文的主要工作如下:
1、系统总结了光纤耦合器的发展历程,归纳提炼出各个阶段的标志性事件；详细阐述了光纤耦合器的耦合类型、制作方法和性能参数。全面评述了三种光纤耦合器的基本分析理论:耦合模理论、有效折射率法、光束传播法。在此基础上,全面分析了光栅型和光子晶体光纤型等典型光纤耦合器的基本结构、工作原理及耦合特性,对光纤耦合器的设计和研制提出了展望性和指导性建议。
2、对长周期光纤光栅(LPFG)和超长周期光纤光栅(ULPFG)的模式耦合机理进行了深入研究,采用数值模拟的方法对影响LPFG/ULPFG耦合特性的参数进行了详细研究和分析,并通过理论模拟给出超长周期光纤光栅的透射谱。同时利用耦合模理论和传输矩阵法,对相移长周期光纤光栅的光谱特性也进行了比较详细的分析。
3、采用高频CO2激光脉冲法,在1550nm单模光纤上进行写制长周期光纤光栅(LPFG)和超长周期光纤光栅(ULPFG)的实验研究。实验中成功写制出均匀的LPFG/ULPFG和线性啁啾的LPFG/ULPFG,以及引入1个π相移和两个π相移的超长周期光纤光栅(ULPFG),并对所写制出的LPFG/ULPFG的光谱特性进行了研究和分析。
4、基于实验室写制的超长周期光纤光栅(ULPFG),提出并设计了超长周期光纤光栅耦合器,采用耦合模理论对LPFG/ULPFG耦合器的耦合机理进行分析,利用高频CO2激光脉冲法写制的长周期光纤光栅(LPFG)和超长周期光纤光栅(ULPFG)研制耦合器,并对所研制的LPFG耦合器和超长周期光纤光栅耦合器的耦合特性进行了探索性的实验研究。
5、对基于应力、位移、空间角度的多参数光纤光栅的波长调谐进行了研究,阐述了其调谐原理,并推导出相关的调谐公式。采用圆柱悬臂梁结构,设计并实现了一种新型的基于应力、位移、空间角度的光纤光栅波长调谐器,该调谐器件的调谐灵敏度高、结构简单、操作方便、性能良好,因而具有广泛的应用前景。