使用Rsoft对FBG光纤光栅的光谱仿真
光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术
光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术电子传感器数十年来一直作为测量物理与机械现象的标准机制。
尽管具有普遍性，却因为种种限制，在许多应用中显得缺乏安全、不切实际或无法使用。
基于光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术，利用“光”作为介质取代“电”，使用标准光纤替代铜线，从而克服种种的挑战：由于光纤不导电且电气无源的良好特性，可以消除由电磁干扰(EMI)引起的噪声影响，并且能在少量损耗乃至不损耗信号完整性的前提下远距离传输数据。
此外，多个FBG传感器可沿一根光纤通过菊花链(daisy chain)方式连接，极大减少了测量系统的尺寸、重量和复杂性。
1.FBG 光学传感器基础1.1概述近几十年以来，电气传感器一直作为测量物理与机械现象的标准设备发挥着它的作用。
尽管它们在测试测量中无处不在，但作为电气化的设备，他们有着与生俱来的缺陷，例如信号传输过程中的损耗，容易受电磁噪声的干扰等等。
这些缺陷会造成在一些特殊的应用场合中，电气传感器的使用变得相当具有挑战性，甚至完全不适用。
光纤光学传感器就是针对这些应用挑战极好的解决方法，使用光束代替电流，而使用标准光纤代替铜线作为传输介质。
在过去的二十年中，光电子学的发展以及光纤通信行业中大量的革新极大地降低了光学器件的价格，提高了质量。
通过调整光学器件行业的经济规模，光纤传感器和光纤仪器已经从实验室试验研究阶段扩展到了现场实际应用场合，比如建筑结构健康监测应用等。
1.2光纤传感器简介从基本原理来看，光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其传播的光波的一个或几个属性，比如强度、相位、偏振状态以及频率等。
非固有型 (混合型) 光纤传感器仅仅将光纤作为光波在设备与传感元件之间的传输介质，而固有型光纤传感器则将光纤本身作为传感元件使用。
光纤传感技术的核心是光纤–一条纤细的玻璃线，光波能够在其中心进行传播。
光纤主要由三个部分组成：纤芯(core)，包层(cladding)和保护层(buffer coating)。
浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用
2018年第10期教育教学2SCIENCE FANS 浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用*刘春兰，魏…………勇，苏于东（重庆三峡学院…………电子与信息工程学院，重庆…………404120）【摘 要】光学作为理学类专业的一门基础学科，在本科生教育中占有非常重要的地位，近年来光纤光学已被引入了本科及研究生课堂。
本文提出了在光纤光学教学中使用Rsoft软件进行仿真分析，结合该软件的使用特点，采用软件仿真的实验教学方式，将光纤传播理论中难懂的理论知识转变为可视化的图像显示，直观的反应光纤传光特点，帮助学生理解和分析，有效提高教学质量和教学效率。
【关键词】Rsoft；仿真；光纤光学【中图分类号】G612 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）10-0002-02近年来，光纤技术发展迅速，已广泛应用于通信、生物、化学、医学等各个领域。
“光纤光学”是光学专业研究生的专业课，是本科生“高等光学”学科中的主要章节，具体内容涉及了光纤通信、光纤传感、薄膜光学等众多学科，具有内容广泛、理论深厚、知识更新快速、理论与实际紧密联系等特点[1]。
在教学中我们发现，光纤光学成为高等光学学科中最为难懂的一部分内容，因目前的教科书就这部分内容给出长篇大论的理论推导，学生理解十分困难，从而导致失去学习兴趣，影响教学效果。
为解决这一实际问题，我们在实验课程中引入Rsoft软件进行仿真教学，将理论分析结果可视化，通过参数设置帮助学生理解数学模型中各个参量的实际意义，使计算结果生动、直观的展示在学生面前，激发学生独立思考的学习兴趣，提高学生逻辑思维和动手能力。
此外，通过该仿真软件的学习，还可帮助研究生在学习理论知识之外掌握基本科学研究的理论学习方法，为研究生从事科研项目奠定基础。
1 利用Rsoft进行光纤传感仿真仿真是指利用数学建模的方法，复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或存在设计中的系统。
光纤布拉格光栅的透射光谱
光纤布拉格光栅的透射光谱光纤布拉格光栅是一种基于光纤的传感器装置，利用光纤中的布拉格光栅结构来实现光信号的调制和传输。
它具有便携性、高灵敏度和低损耗的特点，在光通信、光传感、光谱分析等领域得到广泛应用。
光纤布拉格光栅的原理是利用光纤中的光折射率周期性调制的特性，产生布拉格光栅。
在光纤中引入一束激光，经过光纤中的折射率调制区域，光信号将被调制后传输到另一端。
光纤布拉格光栅的关键部件是光纤中的折射率调制区域，通常是通过刻蚀、光敏效应或热效应等方法制作的。
光纤布拉格光栅的透射光谱是指光信号透过光纤布拉格光栅后的光谱分布。
光纤布拉格光栅由于其特殊的光学结构，具有准连续的光谱分布。
通过分析光纤布拉格光栅的透射光谱，可以获取光信号的频率、强度、相位等信息。
光纤布拉格光栅的透射光谱受到多个因素的影响，如光纤布拉格光栅的周期和形态、光纤材料的折射率、光纤布拉格光栅的长度和形状、光信号的波长和功率等。
其中，光纤布拉格光栅的周期和形态是决定透射光谱特征的关键因素。
光纤布拉格光栅的周期决定了光信号的频率分布，而光纤布拉格光栅的形态决定了透射光谱的波形。
一般情况下，光纤布拉格光栅的透射光谱呈现出多个峰的特征。
这是由于光纤布拉格光栅的周期性结构导致光信号在光纤中发生干涉，形成多个反射波，最终在输出端形成多个光峰。
光纤布拉格光栅的峰值波长与光纤布拉格光栅的周期有关，通过改变光纤布拉格光栅的周期，可以调节透射光谱的峰值波长。
除了周期影响外，光纤布拉格光栅的长度和形状也会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的长度决定了光信号在光纤中传输的距离，不同长度的光纤布拉格光栅会导致不同的光传输特性，进而影响透射光谱的形状和强度。
光纤布拉格光栅的形状也会影响透射光谱的形态，例如，光纤布拉格光栅的端面反射率、光纤的曲率等都会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的透射光谱不仅可以用于光信号的频率分析，还可以用于光信号的强度测量。
通过测量透射光谱的峰值强度，可以获取光信号的功率信息。
布拉格光栅反射光谱的数值仿真
题 专 班 学 学 目 光纤布拉格光栅反 射光谱的数值仿真 业 光信息科学与技术 级 光信 091 号 3090242007 生 丽 副教授
指导教师 汪
二○一三 年
I
布拉格光栅反射光谱的数值仿真 摘 要
光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）是一种利用光纤材料的光敏性，在纤芯 内形成空间相位的光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反 射镜。从上世纪七十年代末诞生以来，经过三十年的发展，它凭借体积小、易与光纤耦合、 可与其它光器件兼容成一体、低耗传输、工作稳定性高、带宽更窄且不受环境尘埃影响等一 系列优异性能，在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域广泛应用。对于反射式光栅布拉 格光栅来说，反射率谱是其特性的重要指标和评估指标，反射率谱的性能是光栅布拉格光栅 的重要性能参数。通过使用耦合模理论推导和传输矩阵推导，我们已经得出了光栅布拉格光 栅反射率谱的理论算方法，可以看出光栅布拉格光栅反射率谱是多个参量的函数，反射率谱 是各个制作参量共同作用的结果。因此，分析不同参数对光栅布拉格光栅反射率谱的影响， 并对不同参数对光栅布拉格光栅反射率谱的影响进行比较，可以帮助我们得到清晰的认识， 获得一种理想的光栅布拉格光栅设计方法，更容易得到想要获取的光栅布拉格光栅的参数。 例如：地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学和化学行业等。正 是基于它独特的工作特性以及广泛的应用，对于FBG的特性研究显得十分重要。 关键词：光纤布拉格光栅、光敏性、光栅、FBG
I
目录
布拉格光栅反射光谱的数值仿真...........................................................................
Bragg光纤光栅的光谱仿真课程设计
目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3)3.1光纤光栅波导的全局设置 (3)3.2光纤光栅的绘制 (4)3.3光路的设置 (7)4光纤光栅的仿真 (9)4.1光栅XZ切面图 (9)4.2波形仿真 (10)4.3参数扫描 (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，BeamPROP是一款实用性非常强的光学应用软件，本文包含了BeamPROP软件的介绍、光纤光栅的原理以及进行光谱分析及仿真。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This article describes the software through Beamprop fiber grating spectral simulation, Beamprop is a very strong practical optical applications, this article contains Beamprop software introduction, the principle of fiber Bragg grating and spectral analysis and simulation.Keywords: fiber grating; Beamprop; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）简称为FBG。
使用Rsoft对FBG光纤光栅的光谱仿真
课程设计任务书学生姓名：陈湘宝专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：葛华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：〔1〕学习beamprop软件。
〔2〕设计Bragg光纤光栅的光谱仿真〔3〕对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按?武汉理工大学课程设计工作标准?要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图标准。
时间安排：2021.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2021.6.25-6.28学习beamprop软件，查阅相关资料，复习所设计内容的根本理论知识。
Bragg光纤光栅进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2021.7.6 提交课程设计报告，进行辩论。
指导教师签名：年月日系主任〔或责任教师〕签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3) (3) (4) (7)4光纤光栅的仿真 (9) (9) (10) (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。
本文包含了光纤光栅的根本原理、BeamPROP软件介绍、以及进行光谱仿真的具体步骤。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅〔Fiber Bragg Grating〕简称为FBG。
使用Rsoft对FBG光纤光栅地光谱仿真
课程设计任务书学生姓名：陈湘宝专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：葛华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习beamprop软件。
（2）设计Bragg光纤光栅的光谱仿真（3）对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2012.6.25-6.28学习beamprop软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。
2012.6.29-7.5对Bragg光纤光栅进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2012.7.6 提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3)3.1光纤光栅波导的全局设置 (3)3.2光纤光栅的绘制 (4)3.3光路的设置 (7)4光纤光栅的仿真 (9)4.1光栅XZ切面图 (9)4.2波形仿真 (10)4.3参数扫描 (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。
本文包含了光纤光栅的基本原理、BeamPROP软件介绍、以及进行光谱仿真的具体步骤。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）简称为FBG。
光纤布拉格光栅(fbg)反射谱和投射谱
光纤布拉格光栅(fbg)反射谱和投射谱光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）是一种在光纤中制造的周期性折射率调制结构。
它可以实现对光信号的反射和透射控制，因此在光通信、光传感和光纤激光器等领域有着广泛的应用。
FBG的反射谱和投射谱是FBG的重要特性之一，下面将对其进行详细介绍。
1.反射谱FBG的反射谱是指当光信号入射到FBG上时，被FBG反射的光的频谱特性。
当光信号穿过光纤进入FBG后，根据FBG的周期性折射率变化，会发生部分光的反射。
这些反射光的波长取决于FBG的周期和折射率调制情况。
反射谱可以通过光谱仪或光频谱分析仪来测量和观察。
典型的FBG反射谱是一个窄带滤波器，其反射峰的位置和宽度与FBG的物理参数和环境条件相关。
由于FBG 的周期性调制结构，反射谱通常呈现出周期性重复的特点。
2.投射谱FBG的投射谱是指当光信号经过FBG时，透射到光纤另一侧的光的频谱特性。
由于FBG具有特定的反射特性，它可以作为一个选择性滤波器，在特定的波长范围内使光透射，而在其他波长处进行反射或吸收。
投射谱的形状和特性取决于FBG的设计和制备参数，包括周期、折射率调制情况等。
通过调整这些参数，可以实现不同的投射谱特性，如带通滤波、带阻滤波、多通道滤波等。
3.应用FBG的反射谱和投射谱在许多应用中发挥着重要作用：-光通信：FBG可用作光纤传感器，通过测量反射谱变化来检测温度、压力、形变等物理量。
-光纤传感：利用FBG的反射谱特性，可以实现对光纤周围环境的监测，如油气管道的泄漏检测、结构的应力监测等。
-光纤激光器：FBG可用作激光器的频率选择性元件，调节反射谱特性来实现激光器的单模操作和波长选择。
总之，FBG的反射谱和投射谱是FBG的重要特性之一，它们描述了FBG对光信号的反射和透射特性。
通过测量和分析反射谱和投射谱，可以实现对FBG的性能和应用进行评估和优化，为光纤通信、光传感和光纤激光器等领域的应用提供基础支持。
FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势
FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势FBG（Fiber Bragg Grating）布拉格光纤光栅传感技术是一种基于光纤传感器原理的测量技术。
它通过在光纤的光学纤芯中添加一个周期性折射率改变的光栅结构，实现了对光波的波长选择性反射，从而实现对光波的测量和传感。
FBG光栅传感技术具有很多优势，本文将详细介绍。
首先，FBG光栅传感技术具有很高的灵敏度和精度。
光纤光栅结构的周期性折射率改变能够引起光波的波长选择性反射，从而使得传感器能够在不同的波长上进行测量。
由于光栅的周期性结构可以通过微调光栅的制备参数进行优化，因此光栅传感器可以在特定的波长上实现极高的灵敏度和精度。
其次，FBG光栅传感技术具有很高的可重复性和稳定性。
光纤材料具有优良的化学稳定性和热稳定性，使得光纤光栅传感器在长期使用中能够保持良好的性能。
此外，由于光栅结构是在光纤材料中编写的，因此它不会受到外界环境的干扰，如机械振动、电磁干扰等，从而进一步保证了传感器的可靠性和稳定性。
第三，FBG光栅传感技术具有很高的兼容性和可扩展性。
光纤光栅结构可以与光纤的各种特性相结合，如单模光纤、多模光纤、光纤喇叭片等，从而可以实现对不同物理量的测量，如温度、应力、压力、湿度等。
同时，由于光栅结构是分布式传感器，因此可以在一根光纤上实现多个光栅结构，从而实现多参数的测量，具有很高的可扩展性。
第四，FBG光栅传感技术具有很高的抗干扰能力和远程监测能力。
光栅传感器的工作原理是通过测量被反射回来的光强来获取待测物理量信息，这种工作方式使得光栅传感器能够抵抗外界的光强波动和光纤传输损耗等因素的影响。
此外，光栅传感器可以与光纤网络相结合，实现远程监测和网络传输，从而实现对远程目标的实时监测和控制。
最后，FBG光栅传感技术具有很高的经济性和应用潜力。
光纤光栅传感器的制备工艺相对简单和成熟，制备成本相对较低，从而降低了传感器的成本。
此外，光栅传感器的应用领域非常广泛，包括航空航天、电力、交通、石油化工等行业，具有很大的市场潜力。
使用Rsoft对FBG光纤光栅的光谱仿真
课程设计任务书学生姓名：陈湘宝专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：葛华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习beamprop软件。
（2）设计Bragg光纤光栅的光谱仿真（3）对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
学习beamprop软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。
对Bragg光纤光栅进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3)光纤光栅波导的全局设置 (3)光纤光栅的绘制 (4)光路的设置 (7)4光纤光栅的仿真 (9)光栅XZ切面图 (9)波形仿真 (10)参数扫描 (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。
本文包含了光纤光栅的基本原理、BeamPROP软件介绍、以及进行光谱仿真的具体步骤。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）简称为FBG。
使用Rsoft对FBG光纤光栅地光谱仿真
课程设计任务书学生：湘宝专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习beamprop软件。
（2）设计Bragg光纤光栅的光谱仿真（3）对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。
时间安排：2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2012.6.25-6.28学习beamprop软件，查阅相关资料，复习所设计容的基本理论知识。
2012.6.29-7.5对Bragg光纤光栅进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2012.7.6 提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3)3.1光纤光栅波导的全局设置 (3)3.2光纤光栅的绘制 (4)3.3光路的设置 (7)4光纤光栅的仿真 (9)4.1光栅XZ切面图 (9)4.2波形仿真 (10)4.3参数扫描 (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。
本文包含了光纤光栅的基本原理、BeamPROP软件介绍、以及进行光谱仿真的具体步骤。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）简称为FBG。
光纤Bragg光栅反射带宽的多参数影响仿真分析
感应用 中所 一贯 要求 的窄 带宽指 标不 再适 用 ，需根据 通信 系统 的工作 波长 范 围及光栅 滤波 器 的实 际 工作要 求 ，正确 设计光 栅制 作参 数 以控 制 光栅 的滤波 范 围。
已有文 献 多集 中于对各 种应 力作用 下 的光栅 光谱 形状 ’ ２ Ｊ 以及 光栅 反射 率指标 ｐ ＇ ４ Ｊ 的研究 ， 而 在如 何选择 光栅 制作 参数 以获 得所 需的 反射带 宽方面 的研 究较 少 。光栅制 作 时 的各 个参 数就 决定 了其 反
某一范围△ 的首要 条件 ： 要得到 ０ ． ５ ａ ｍ 以下 的反 射 带 宽 ， 栅 长 必 须要 大 于 １ ｍｍ； 要 想 获得 ０ ． ２ ａ ｍ 以下 的带 宽 ，栅 长 三必 须 要达 到 ４ ｍｍ 以上 ：要使 反射 带 宽达 到 ０ ． １ ａ ｍ， Ｌ要 达 到 ８ ｍｍ 才 有 可能 。
光纤 Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ光栅反射带 宽的
多参数影 响仿真分析
金 秀梅 王立 忠
（ 石家庄铁路职 业技 术学院 河北石 家庄 ０ ５ ０ ０ ４ １ ）
摘要：反射带宽是光纤光栅反射光谱的一个重要指标 ，直接影响传感应用中的测量分辨率和通
信应用中作为滤波器 的波长选择范围。通过对光栅反射带宽影响参数的理论和仿真分析，研 究 了 反
射带宽对各参数的敏感性，给出不同参数组合情况下反射带宽的三维变化及其等高线分布 图，为满
足不同应用场合的不同带宽指标 要求，从光栅制作的角度提供 了直观、系统的参数选择依据。
关键词 ：光纤 Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ 光栅 反射带宽 仿真分析
中 国分类 号 ： Ｔ Ｎ９ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ３ — １ ８ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） Ｏ ｌ 一 ０ ０ ７ ０ — ０ ４
fbg光纤光栅原理
fbg光纤光栅原理小伙伴们！今天咱们来唠唠那个超级神奇的FBG光纤光栅原理。
光纤光栅啊，就像是光纤世界里的一个小魔法师。
你想啊，光纤本身就已经很厉害了，像个超级信息高速公路，能让光在里面跑来跑去传递各种信号。
那光纤光栅呢，就像是在这个高速公路上设置了一些特殊的小关卡。
光纤光栅是怎么形成这些小关卡的呢？其实就是通过一些特殊的手段，让光纤的折射率发生周期性的变化。
这就好比在平坦的马路上，隔一段距离就设置一个小凸起或者小凹陷。
当光在光纤里传播的时候，就像小车子在路上跑一样，遇到这些折射率变化的地方，就会有不一样的反应。
光这个小机灵鬼啊，它在光纤光栅里传播的时候，就像小朋友在走迷宫。
有些光呢，就会被反射回来。
为啥会被反射呢？这是因为光在经过折射率变化的地方时，就像遇到了一堵软墙，一部分光就被弹回来了。
这就好像你扔一个小皮球到一床软软的被子上，皮球就会弹回来一部分能量一样。
而且啊，这个反射光可不是随随便便就反射的。
它是有特定的波长才会被反射。
就像是一把特制的钥匙只能开特定的锁一样。
这个特定的波长呢，和光纤光栅的一些参数有关，比如说这个折射率变化的周期啊之类的。
这就超级酷了，就好像光纤光栅在说：“哼，只有符合我要求的光波长才能被我反射，其他的光就乖乖地继续往前跑吧。
”那这个特性有啥用呢？用处可大了去了。
比如说在传感器领域。
咱们可以把光纤光栅放到一些需要监测的地方，像桥梁啊，建筑物啊。
如果桥梁受到压力或者建筑物有一些变形，就会影响到光纤光栅的一些参数，比如说让那个折射率变化的周期发生一点点改变。
这一改变可不得了，就像多米诺骨牌一样，反射光的波长就会跟着变。
然后我们通过检测这个反射光波长的变化，就能知道桥梁或者建筑物的情况啦。
这就像桥梁和建筑物会偷偷地通过光纤光栅跟我们说话一样：“我这里有点压力啦，我好像有点变形啦。
”再说说在通信领域的应用。
光纤光栅就像一个聪明的小管家。
它可以对不同波长的光进行管理。
比如说把一些不需要的光波长给反射掉，只让我们想要的光波长继续在光纤里传播，这样就能提高通信的质量啦。
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课程设计任务书学生：湘宝专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习beamprop软件。
（2）设计Bragg光纤光栅的光谱仿真（3）对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。
时间安排：2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2012.6.25-6.28学习beamprop软件，查阅相关资料，复习所设计容的基本理论知识。
2012.6.29-7.5对Bragg光纤光栅进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2012.7.6 提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1光纤光栅简介 (1)2 BeamPROP软件介绍 (2)3光纤光栅的绘制与设置 (3)3.1光纤光栅波导的全局设置 (3)3.2光纤光栅的绘制 (4)3.3光路的设置 (7)4光纤光栅的仿真 (9)4.1光栅XZ切面图 (9)4.2波形仿真 (10)4.3参数扫描 (11)5心得体会 (14)6参考文献 (15)摘要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯形成一个窄带的滤波器或反射镜。
本文介绍的是通过BeamPROP软件进行光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。
本文包含了光纤光栅的基本原理、BeamPROP软件介绍、以及进行光谱仿真的具体步骤。
关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the method of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纤光栅简介布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating）简称为FBG。
在纤芯形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。
利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。
这些器件具有反射带宽围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
目前应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
由于光纤本身的低损耗、抗电磁干扰，它在远距离通信中的到了广泛应用，并随之在通信、传感等领域得到重视和应用。
经过近二三十年的研究与实践，光纤光栅迅速了很大发展，种类也迅速增加，出现了各种非均匀光纤光栅，1996年又出现了长周期光纤光栅。
在实际需要的推动下，光纤光栅家族不断得到完善和丰富，也在通信和传感领域起到了无法替代的作用。
其光谱图如图1.1所示。
图1.1 光纤光栅光谱2 BeamPROP软件介绍RSoft是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。
此软件由美国RSOFT公司出品，其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数。
RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。
其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够适用于各种不同要求场合。
BPM计算方法也有多种形式，其中有限差分波束传播法（FD-BPM）得到了最广泛的应用，FD-BPM可以实现很准确的设计计算，同时可以允许较大的计算步进。
我们使用的软件主要基于这种方法。
其操作页面如图2.1所示。
图2.1 RSoft的操作界面3光纤光栅的绘制与设置3.1光纤光栅波导的全局设置首先，打开BeamPROP CAD-Layout程序，开始这次的波导的总体设置。
在菜单中选择“New Circuit”，在BPM Options一项选择3D的波导，其中波导类型选择Fiber，然后依次修改其中的“Free Space Wavelength”、“Background Index”等参数，参数设置如图3.1所示。
图3.1光纤光栅的全局设置定义完全局后，开始定义变量。
点击“Edit Symbols”按钮进行变量定义。
其中我定义了Period、Lin、Lout、M、delta_grating等4个变量。
如图3.2所示.图3.2 变量定义表3.2光纤光栅的绘制光纤光栅一共分3层。
第一层的参数设置如图3.3所示。
图3.3 第1层的参数设置图3.4 第2层的参数设置图3.5 第3层的参数设置光栅的第2、3层的参数设置如图3.4、图3.5所示。
光栅的绘制过程中，我通过鼠标的点击与拖动画出三层光栅，通过对每个光栅的位置的设定可以实现第二层的首端与第一层的末端连接，第三层的首端与第二层的末端连接。
第二层的User 1的设定如图3.6所示。
图3.6 User 1的定义为了以示区别，我把中间的一层光栅的颜色设置为yellow。
然后通过右键点击光栅层对每层分别进行设置，最后生成的光栅图形如图3.7所示。
图3.7 光纤光栅的波导3.3光路的设置把光纤光栅绘制好后，就需要定义光路了。
点击左侧工具栏中的“Edit Pathways”按钮，然后点击“New”将三层光波导涂成绿色。
如图3.8所示。
图3.8 定义光的路径然后点击“Monitors”打开监测器对话框，连续点击两次“New”，让第一个保持默认状态，第二个监测器，将“Monitor Component”设为“Major—Backward”。
如图3.9所示。
图3.9 监视器1和监视器2的定义4光纤光栅的仿真4.1光栅XZ切面图点击“Compute Index Profile”按钮，将“Display Mode”选择为“ContourMap（XZ）”，将“Z Compute Step”和“Slice Step”设置为0.25，如图4.1所示。
观察的切面图如图4.2所示。
图4.1 Compute Index Profile的设定图4.2 光栅XZ切面图4.2波形仿真为了进一步观察光在波导中传输时的分布情况。
点击“Perform Simulation”图标打开仿真对话框。
仿真对话框的参数设置如图4.3所示。
点击“Bidirectional”按钮以及修改“Tolerance”为5e-005。
仿真结果，如图4.4所示。
图4.3仿真对话框的参数设置图4.4 仿真结果的波形4.3参数扫描点击“Perform Parameter Scan”按钮弹出对话框，设置如图4.5所示。
设定好参数之后，得到正确的仿真结果如图4.6所示。
图4.5 参数扫描对话框图4.6 仿真波形图5仿真波形讨论5.1改变Global Setings的设置通过改变Global Setings中的自由空间波长和Background Index的大小可以让波形左右移动。
仿真波形随着波长和折射率的变化而变化，如图5.1所示。
图5.1 仿真波形随波长和折射率的变化5.2改变变量M的设置Global Setings的设置保持开始的设置不变，通过改变变量M、Period和delta_grating 的大小的设置可以让波形的顶点上下移动。
仿真波形随着变量M、Period和delta_grating 的变化而变化。
由于三种变量的讨论大致相同，我们只讨论了M的变化，仿真波形随M 的变化如图5.2所示。
M=40,Period=0.5 M=50,Period=0.5M=60,Period=0.5 M=70,Period=0.5图5.2仿真波形随M的变化6心得体会通过本次课程设计，我重新学习和弄清楚了光纤光栅的原理及其设计，并且初步学会用BeamPROP进行仿真。
课程设计也让我学会了要充分的查找资料，利用身边的资源以及学会冷静的面对课程设计中出现的问题，从而去有效地解决问题。
在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。
同时我也明白对任何事情如果付出越多，那么你收获也就越多。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力。
我明白了，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。
对这门课程的最大收获除了学习到了知识以外，更重要的是让我明白了一个道理：只要全身心的投入到一件事中，并且要有持之以恒的决心，就一定会有收获。
有的人觉得自己做不出来，就网上搜一个了事，但是，放弃一次黑暗中摸索的经历，就放弃了一次成长的机会！如果你付出了，没有收获。
那只能说，是付出的还不够多。
我想我对光电子的学习只能算是个入门，这个领域的发展空间非常大，应用围也非常广泛，而且我相信在将来还会有更加广阔的应用前景。