光纤光栅轴向光功率分布（空域特性）分析与重构研究

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1、国内图书分类号：TN253国际图书分类号：621．39西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级二雯一一级姓名量堡笠申请学位级别亟±专业通信皇值，皇丕统指导老师鱼臣塞堡量』塾援二零一四年五月ClassifiedIndex：TN253U．D．C：621．39l

2、IIIIIIIIllllllllllllUllilliIIIliUIY2574590SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisAnalysisandSynthesisofPower／FieldDistributionofFibe

3、rBraggGratingsAlongthePropagationAxis(SpatialCharacteristics)Grade：2011Candidate：W．eiweiGeAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpeciality：CommunicationandInformationSystemSupervisor：AssociateProf．XihuaZouMay,2014西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机

4、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密d使用本授权书。(请在以上方框内打“v”)学位论文作者签名：．艾雠日期：加峄筚j闫27日艚剥磁各爷彳嗍嘶多月叩西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．分析了光纤光栅的频域及空域特性。在频域特性上着重讨论了啁啾光纤光栅的频谱及时延特性，并建立理论模

5、型研究了啁啾光纤光栅群时延纹波对微波信号滤波处理的影响。在空域特性上，通过传输矩阵分别研究了均匀／切趾、啁啾光纤光栅的轴向光功率分布情况。2．提出并数值验证了一种具有任意轴向光功率分布(空域特性)的光纤光栅设计方法。从给定的光纤光栅轴向光功率分布出发，对光纤光栅进行分段处理，结合光纤光栅的边界条件和能量守恒定律，推导得到谐振波长处光栅内部的前向传输模、后向传输模的幅度。同时，在均匀周期条件下推导出谐振波长处前向传输模、后向传输模的相位信息。立足于已得到的前向／后向传输模的幅度和相位，重构出光纤光栅的结构参数(折射率调制函数)，完

6、成具有任意轴向光功率分布的光纤光栅设计。在此基础上，分别对平项型(差分形式)、高斯型、洛伦兹型、鞍型和阶梯型轴向光功率分布的光纤光栅进行了重构设计。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：≮伴午～日期：锣蜂午5日叩内西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要光纤光栅具有灵活的滤波性

7、能、易与光纤系统融合、插入损耗低、制作简单等特点，因而在光通信、光信号处理、微波光子学、光纤传感等领域有着广泛的应用。而在不同应用场合中，对光纤光栅的特性要求也不尽相同的。除了众所周知的频域特性(幅频响应和相频响应)外，光纤光栅的空域特性(轴向光功率分布)也是其关键性能之一；目前有关频域特性的研究及应用很多，而有关空域特性的报道较少，还存在许多科学问题与技术方法亟待解决。本论文以此为切入点选题，着重研究光纤光栅的空域特性分析和重构研究。本文首先根据光纤光栅的折射率分布特性，得到了描述光纤光栅基本原理的简化耦合模方程。结合此方程，

8、推导并给出了分析光纤光栅的传输矩阵法，能够对均匀、相移、啁啾等光纤光栅进行滤波性能分析和研究。同时详细论述了基于时间因果律的剥层算法，可以实现从频域上对光纤光栅进行重构设计；并以矩形光谱响应为例，实现了任意光谱形状的光纤光栅重构。其次，分析了光纤光栅的频域及空域特性。在频域特性上着重讨论了啁啾光纤光栅的频谱及时延特性，并对啁啾光纤光栅的群时延纹波进行了详细的说明。同时研究了啁啾光纤光栅群时延纹波对微波信号滤波处理的影响，并建立理论模型定量分析了光纤光栅群时延纹波对微波光子滤波器的影响。光纤光栅群时延纹波对微波光子滤波性能的影响体

9、现为：在相干和非相干光源型滤波器中，群时延纹波导致陷波点频率偏移和线性相位畸变；在多抽头情形下，群时延纹波导致边模抑制比下降和消光比劣化。在空域特性上，通过传输矩阵分别研究了均匀／切趾、啁啾光纤光栅的轴向内部光功率分布情况。对于均匀／切趾光纤光栅，其内部光功率分