自二十世纪后半叶，光纤光栅作为一种新型无源光子器件，以其安全、灵敏度高等优势在通信与传感领域被广泛应用。随着人们对光纤光栅写制方法的不断探索，写制技术在不断进步，满足了人们对光纤光栅功能的不断提高的需求。与此同时，各种结构特殊、特性新颖、功能众多的光纤光栅成为研制新型光纤光子器件的研究热点。

1996 年，美国ATamp;T 的A.M.Vengsarkar等人用逐点写入法首次在单模光纤（single mode fiber，SMF）中写入了真正意义的长周期光纤光栅（long period fiber grating，LPFG）。

偏芯光纤（eccentric core fiber，ECF）是光纤纤芯偏离中心轴线的单芯特种光纤。根据纤芯偏离中心的不同程度，偏芯光纤会表现出不同的特性。 ECF 的结构为非对称，所以纤芯相较 SMF 来说比较接近外界环境，具有更强的倏逝波，对外界环境变化也更加敏感。这种结构上的特点使ECF在液体液面的测量、温度传感、弯曲传感等方面更有优势。

自从LPFG问世，人们对LPFG的理论分析和实验研究逐渐深入，对LPFG中的模式耦合特性有了更加清晰的认知。如何控制和加强光纤光栅中的模式耦合逐渐成为人们的研究热点。1990年，Meltz等人首次提出了倾斜长周期光纤光栅(Tilted Long．Period Fiber Grating，TLPFG)的模型，之后人们发现倾斜角的引入可以激励起纤芯基模与反向包层模或辐射模的耦合,并具有与普通的LPFG不同的耦合特性。倾斜光纤光栅因倾斜角可根据实际需要进行设计，提高了光栅结构设计的自由度，使其折射率调制的空间分布结构灵活多变；而倾斜折射率调制结构导致其具有新颖的耦合、偏振、色散及感知等特性，进一步丰富了光栅结构设计，为优异光学特性的实现提供了新途径，并成为新型光纤光栅功能器件的研究热点。

本文先理论计算SMF、ECF的模场分布和传播常数，由此参数计算出 SMF、ECF 模式间的耦合系数及其光栅透射谱。然后使用数值法利用COMSOL Multiphysics 求解 ECF模场和有效折射率，基于耦合模理论，利用 Matlab计算建立的耦合模方程，求解偏芯光纤倾斜长周期光栅的耦合特性。然后利用高频CO2激光器在偏芯光纤上写制倾斜长周期光栅，研究倾斜折射率调制对倾斜长周期光栅光谱特性的影响，分析倾斜角对光栅的模式耦合特性的影响，与理论分析相互对照。最后研究偏芯光纤倾斜长周期光栅的特性。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

首先利用耦合模理论分析单模光纤倾斜长周期光栅的耦合机理，构建基于高频CO2激光脉冲写制的新型空间TLPFG理论模型，按照所构建的理论模型，通过改造耦合模理论初步建立新型TLPFG的分析理论，数值模拟新型TLPFG中纤芯基模与各阶次包层模的耦合系数。在此基础上进一步分析偏芯光纤倾斜长周期光栅的耦合特性。

其次利用高频CO2激光器在偏芯光纤上写制倾斜长周期光栅，研究倾斜折射率调制对倾斜长周期光栅光谱特性的影响；分析不同倾斜角对光栅光谱的影响。分析了高频CO2激光脉冲在偏芯光纤上写制倾斜长周期光栅的光谱特性。最后将实验结果与理论分析进行了对比。

最后研究偏芯光纤倾斜长周期光栅对外界参量的响应，如温度、应力、弯曲，折射率等，对其进行实验，作性能分析。然后将实验制作的偏芯光纤倾斜长周期光栅与前面的理论分析进行对比分析，形成系统而全面的特性研究。

研究目标