摘 要

取样光纤光栅与相移光纤光栅分别在波分复用/解复用器件、窄带滤波器、掺铒激光放大器以及分布反馈激光器等中有众多的应用。因此对取样光纤光栅和相移光纤光栅的特性做出详细的研究，不仅可以带领我们深入了解这两类光纤光栅，而且还有着一定的实用性。

本文首先利用耦合模法以及传输矩阵法导出了关于反射率以及时延函数，而后重点利用matlab对于取样光纤光栅和相移光纤光栅进行了传输性质的仿真，对于不同的参量设置了几组不同数据，并利用这些不同的数据组，详细地分析不同的参量对两种光纤光栅的反射谱以及时延特性曲线的影响，并且在这基础之上做出了创新点。

本文的创新点即特色之处在于在完成了matlab的编译之后还完成了一个脱离matlab的人机交互的程序，不仅省去了matlab的安装内存，而且与matlab相较运行所需时长更短，操作界面也更加的简洁明了，使用起来更加方便。

关键词：取样光纤光栅；相移光纤光栅；传输矩阵法；反射谱；时延

Abstract

Sampled fiber gratings and phase-shifted fiber gratings are widely used in WDM/demultiplexing devices, narrowband filters, erbium-doped laser amplifiers and distributed feedback lasers, respectively. Therefore, a detailed study of the characteristics of the sampled FBG and phase-shifted FBG can not only lead us to a deeper understanding of these two types of FBG, but also have a certain practicability.

Firstly, the reflectivity and time-delay function are derived by coupling mode method and transfer matrix method. Then, the transmission properties of sampled FBG and phase-shifted FBG are simulated by matlab. Several different sets of data are set for different parameters. Using these different data sets, the reflection spectra of different parameters to two kinds of FBG are analyzed in detail. And the influence of time-delay characteristic curve, and on this basis made innovative points.

The innovation of this paper is that after the compilation of matlab, a program of human-computer interaction is completed, which is separated from matlab. It not only saves the installation memory of matlab, but also takes shorter time to run compared with matlab, and the operation interface is more concise and convenient to use.

Key Words：Sampled Fiber Bragg Grating; Phase-shifted Fiber Bragg Grating; Transfer Matrix Method; Reflection Spectrum; Time Delay

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.1.1 光纤光栅的基础知识 1

1.1.2 取样光纤光栅和相移光纤光栅 3

1.2 取样光纤光栅和相移光纤光栅的研究进展 4

1.3 本文的主要内容及章节安排 4

第2章 光纤光栅特性分析方法 6

2.1 耦合模法 6

2.1.1 介质波导中耦合模方程 6

2.1.2 均匀光纤光栅的耦合模方程 7

2.2 传输矩阵法 9

2.2.1 取样光纤光栅的传输矩阵 10

2.2.2 相移光纤光栅的传输矩阵 11

2.3 本章小结 13

第3章 取样光栅和相移光栅特性的模拟分析 14

3.1 取样光纤光栅的反射谱及影响因素 14

3.1.1 调制折射率变化 14

3.1.2 占空比不同 14

3.1.3 光纤光栅长度变化 15

3.1.4 取样周期变化 15

3.2 相移光纤光栅的反射谱及影响因素 16

3.2.1 相移变化 16

3.2.2 光纤光栅长度变化 17

3.2.3光纤光栅交流耦合系数 18

3.3 取样与相移光纤光栅的时延特性 19

3.4 本章小结 21

第4章 光纤光栅特性模拟程序的GUI设计 22

4.1 取样光纤光栅的GUI设计 22

4.2 相移光纤光栅的GUI设计 23

4.3 本章小结 24

第5章 结论 25

参考文献 26

1. 绪论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 光纤光栅的基础知识

（1）光纤的光敏特性

光纤的光敏性是指当光纤纤芯在受到特定波长和高于一定强度的激光照射时，折射率会发生永久性变化，光敏性主要取决于纤芯材料^[1]。

下面我们来了解一下光敏性的发展历程，人们第一次发现光纤的光敏性是在使用488nm的激光来照射光纤的时候。之后在不断的研究之下终于被人们发现这种现象与双光子过程有关系，而在这之后所发明的横向写入光纤布拉格光栅的方法是利用了波长为240nm的激光来横向的扫射光纤，这是发现了它的吸收带是和锗硅玻璃中的缺陷相关的，吸收带中一致的照射波长导致了其他中心波长的产生，这样也就导致了折射率发生了变化。再后来的研究与实验中人们发现如果在光纤光栅写入之前加入氢那么光纤的光敏特性就会被提升两个数量级，但是这种特性在240nm的吸收带中却没有出现，而观看了有些实验的报道，其中又说用240nm和193nm的光波来照射，在我们之前所说的两种情况之外，即是在低氢载而且锗的含量也是比较少的情况之下也会发生折射率发生变化的情况[1]。并且近年来人们在用不同的波长的紫外激光来照射锗硅玻璃的时候，也会出现上面所介绍的双光子的过程。

（2）光纤光栅的发展背景