长周期光纤光栅模式与耦合系数的研究

从耦合模理论出发,采用三层介质光纤模型,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅纤芯模和包层模的有效折射率,一阶低次包层模的耦合系数随波长以及阶次的变化关系.研究发现,低次包层模的最大耦合系数对应的模次随波长增大而减小,不同光纤参数下耦合系数随波长变化的规律不同.耦合系数直接影响到光栅透射谱损耗峰峰值,这对长周期光栅的设计有一定的参考价值.     

长周期光纤光栅的耦合模理论

为了分析长周期光纤光栅的耦合机制和光栅特性，基于耦合模理论，对长周期光纤光栅中纤芯导模与包层模间的模式耦合进行了研究，推导出长周期光纤光栅的传输率、耦合系数等多个公式；基于Matlab软件编程，研究得到比较可行的长周期光纤光栅传输谱仿真模拟方法，模拟结果与实验观测相符。     

金属包层光纤的包层模式

为了研究金属包层长周期光纤光栅(LPFGs)的特性，需要研究金属包层光纤的包层模．根据金属包层光纤的特点，给出了金属包层光纤包层模的本征方程，讨论了这一复本征方程的求解方法，并研究了不同金属包层对包层模传播常数和损耗的影响．结果表明，对低电阻率的金属如金、银等，介电常数的虚部对低阶模的传播常数影响较小，尤其是对HE模影响更小，对铝、镍等影响稍大．金属包层对包层模的损耗，与光波长、包层模序和金属类型有关．介电常数虚部大(绝对值)，而且包层模序也大时，损耗较大．     

长周期光纤光栅传输模理论分析方法

综述了长周期光纤光栅传输模的各种理论分析方法,介绍了国内外近年来在这一领域的研究进展.主要以光纤三层模型为例讨论了正弦和矩形两种折射率调制型的长周期光纤光栅,并详细解释了均匀和非均匀情况下其传输谱的求解过程.在求解包层模色散方程得到各阶包层模式的传播常数的基础上,对均匀折射率调制型光栅,利用耦合模理论进行分析;对于非均匀光栅,在均匀情况的基础上,再结合基础矩阵法进行分析,或者直接采用传输矩阵法分析.最后讨论了长周期光纤光栅中纤芯基模到辐射模的耦合问题.     

长周期光子晶体光纤光栅折射率传感

长周期光子晶体光纤光栅使得光纤芯模与同向传输的包层模发生耦合。溶液或气体可以渗入光子晶体光纤的空气孔中,影响光纤包层模,从而可利用光纤光栅的传输谱监测被测物的化学性质。本文综述了光子晶体光纤光栅的制作以及长周期光纤光栅在生物化学中的传感应用。     

长周期光纤光栅折射率传感的研究

由光栅周期的不同,光纤光栅可分为布喇格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG).FBG的周期约为几百纳米,主要特性是将某一频段的光反射回去,形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器,LPG的周期通常为几十到几百微米,主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉,是一种透射型光纤器件.LPG对于温度、应力、外界折射率等参数的变化都有很高的响应灵敏度,研究表明,LPG对于温度的调协范围约为FBG的7倍,而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅.由光纤场分布形式可知,光纤对于包层模的束缚性较芯模为弱,高阶模的束缚性较低阶模弱.也就是说当环境参数发生变化时,包层模式传播常数、有效折射率等参数的变化要大于芯模,高阶模式各参数的变化大于低阶模式.相位匹配条件的变化将会引起耦合谐振峰中心波长位置的改变,而FBG的谐振峰是由前向芯模和后向芯模耦合而成,而长周期光栅的谐振峰是由前向芯模和同向包层模耦合而成.因此长周期光纤光栅对于环境参数的敏感性要高于一般的光纤光栅,在光纤传感测量方面具有很高的实用价值.     

长周期光纤光栅的耦合特性及模拟分析

本文基于三层光纤模型和耦合模理论,数值计算了弱导阶跃单模光纤中写入的非倾斜均匀长周期光纤光栅对透射谱的影响.计算结果表明:随着长周期光纤光栅周期数的增加,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小;随着折射率调制的增大,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小,损耗峰向长波方向漂移;随着光栅周期的增大,损耗峰向长波方向漂移.     

长周期光纤光栅包层模场分布及其耦合系数

基于简化的三层模型分析了单模光纤的包层模理论.研究了长周期光纤光栅的包层模场分布及其与基模的耦合系数.利用计算机建模,采用Matlab对实用的SMF-28TM单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的包层模在沿光纤半径方向的光密度分布情况,及其与纤芯内的基模耦合系数的计算结果.证明了一阶低次奇、偶包层模在光纤纤芯内部的能量分布具有不同的特点,奇次包层模在纤芯内的能量远大于偶次包层模,因而奇次包层模与基模的耦合系数远大于偶次包层模与基模的耦合系数     

长周期光纤光栅包层模场分布及其耦合系数

基于简化的三层模型分析了单模光纤的包层模理论。研究了长周期光纤光栅的包层模块分布及其与基模的耦合系数。利用计算机建模,采用Ｍａｔｌａｂ对实用的ＳＭＦ－２８＾ＴＭ单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的层包模在沿光纤半径方向的光密度分布情况,及其与纤芯内的基模耦合系数的计算结果。证明了一阶低次奇、偶包层模在光纤纤芯内部的能量分布具有不同的特点,奇次包层模在纤芯内的能量远大于偶次包层模,因而奇次包层模     

长周期光纤光栅拐点对外界折射率的敏感性

应用耦合模理论,研究了长周期光纤光栅拐点传感对外界折射率的敏感性,包括耦合波长、耦合系数以及透射谱随外界折射率变化的情况.     

Suppression of Cladding Mode Coupling by B/Ge Codoped Photosensitive Fiber With Photosensitive and Depressed Inner Cladding

Excess loss on the short wavelength side of the Bragg resonant wavelength caused by cladding mode coupling limits wide use of grating in the fiber communication system, especially in densed wavelength division multiplexing (DWDM) system.A novel photosensitive fiber design that have depressed cladding and photosensitive inner cladding in the same fiber is proposed, which can suppress cladding mode coupling greatly.Using MCVD method B/Ge codoped fiber with depressed cladding was fabriceted out, which was also doped in boron and germanium and had the photosensitivity.Finally, the transmission spectrum of written grating in this fiber by phase mask method verified its larger photosensitivity and greatly suppression of cladding mode coupling.     

布拉格光纤光栅等效芯径和折射率的测量

提出一种通过布拉格光纤光栅传输谱线计算其纤芯直径和折射率的方法.实验中采用较短波长的相位掩模板及紫外光照射载氢的单模光纤来写布拉格光栅.通过测量LP01模与反向传输的LP01、LP02模耦合所对应的损耗峰,并将对应的两中心波长分别带入色散方程,来计算同时满足布拉格光栅相位匹配条件的解,即可求出该光纤光栅纤芯直径和折射率.这种方法为测量光纤光栅参数提供了一种新的途径.     

克尔型非线性梯度折射率光纤轴对称模的传播常数

导出了克尔非线性梯度折射率光纤轴对称模传播常数的解析公式．结果表明：在非线性梯度折射率光纤中，光束功率对传播常数有很大影响，对基模的传播常数有显著影响．所得公式可简化为已知的线性结果     

长周期光纤光栅的温度特性研究

文中对长周期光纤光栅的温度特性做了详细的理论分析和数值模拟。模拟结果表明,长周期光纤光栅耦合的谐振波长的漂移和温度的变化具有较好的线性关系,而其耦合的谐振波长既可向长波长处漂移也可向短波长处漂移,这决定于具体光纤的参数(尤其是光纤纤芯和包层的热光系数)和光栅的周期(决定其耦合的模式次数)。     

长周期光纤光栅谐振波长的研究

用三层模型的标量近似的分析方法，通过对长周期光纤光栅的各阶包层模的有效折射率的数值计算，分析了谐振波长与光栅周期的关系，并总结了谐振渡随环境折射率的变化规律。     

声光光纤模式耦合的分析

光纤声光器件是基于光纤中的超声光栅引起的两个光波同向模式间的耦合,此文比较了声切变波和疏密波激发的光纤超声光栅对双模光纤中对称模LP01,非对称模LP11间模式耦合的影响,得到一个重要结论：除了光纤超声光栅的周期必须满足这两个耦合模式间的相位匹配条件小,该光纤超声光栅还必须要破坏这两个模式间径向电场的正交性,这一结论为光纤声光器件控制光纤超声光栅产生有效的模式耦合提供了理论依据。     

Effects of three coupling coefficients on the spectrum characteristics of superstructure fiber grating

For the superstructure fiber grating (SFG) consisting of fiber Bragg grating (FBG) and long-period fiber grating (LPFG), there exist three kinds of coupling: the contra-directional coupling between forward propagating core mode and backward propagating core mode, the contra-directional coupling between core mode and cladding mode, and the co-directional coupling between core mode and cladding mode. By using the similarity transformation method for the coupled mode equations, the effects of three coupling coefficients κ _co L, κ _cl L, and κ _S L on the transmission and reflection spectra of SFG have been investigated. The simulations show that the overall intensity of the transmission spectrum of SFG is decided by LPFG, that the main lobes of the transmission and reflectivity spectra of SFG are decided by coupling coefficients κ _co L an κ _S L, and that the side lobes of the transmission and reflectivity spectra are decided by coupling coefficients κ _cl L and κ _S L. Biography: YUAN Yinquan (1964–), male, Professor, Ph.D., research direction: fiber optical sensors.