常用光纤Bragg光栅特性分析
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中图分 类号 ：Ｔ ５ Ｎ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －７ ７ ２ １ ） ６－ １ －３ ００ ９ ８ （ ０ １ ０－ ０ １０ ０
Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｕｌ ｒ ｆｂｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ ａ ｙ ｉ ｆ ｒ ｇ ａ ｉ ｒ Ｂｒ ｇ ｒ ｔｎｇ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎｃ
由曝光形成的折射率变化可 以表示为
纤光栅 在光通信和传感 器领 域得 到了非 常广泛 的应用 ， 成
为 这 ２个领域 内的重要 器件 Ｊ 。在 光通信领 域 ， 它被应用 于滤波 、 Ｄ Ａ 的增 益 平坦 化 、 Ｅ Ｆ 波长 复用／ 复用 以及 色散 解 补偿 等众多领域 Ｊ 。在光传 感领 域 ， 由于光纤 光栅 具有体 积小 、 电磁干扰 、 抗 灵敏度 高等优 点 ， 经常应 用于 温度 和
应 力 的传 感 。
６ 『＂ Ｏ １ ）． ＝ Ｌ４ Ｓ （］ － （ ＋ １￥ Ｃ Ｊ
（ １ ）
其 中， 为直流有效折射率 变化 （ 即一个光 栅周期 内
的平 均有 效折射率变化 ）ｓ ；为折射率调制 的条纹可见 度 ； Ａ
为光栅周期 ； 为描述光栅 的啁啾 。 （ ） 耦合模理论是分析光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅特 性最 常用 的一 种 方法 ， 理论 已经非 常成熟 ， 在文献 ［ ，］ 已经进 行 了非 常 ７９ 中
光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅 （ ｂ ｒ ｒ ｇｇａ ｎ ， Ｂ 是 一种 反射 ｉ ｇ ｒ ｉ ｆ ｅ Ｂａ ｔ ｇ Ｆ Ｇ）
型 的光 纤器件 ， 的传 输特 性是其 在通 信与传感 领域应 用 它 的重要参考 指标。在通信领域重点是光栅 的反射率和时延 特性 ， 而在传感领域 ， 光栅反射带宽 、 反射率 、 边模抑制 比成 为 了衡 量传感 性 能 的重要 指标 Ｊ 。本文 结合 光 通信 与光 传感 的参考指标 ， 以耦合 模理 论 为基础 ， 用传 输矩 阵法 采 仿真分 析了均匀光栅 、 啁啾光栅 及切趾光栅 的特性 ， 在反射
ｓ ｎｓｎ ｏ ｒ ｔｎｇ ｅ ｉ ｇ ｆｒ ｇａ ｉ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｉｂ ｒｇ ａｉ ｇ ｒ ｎ ｆ ｒｍａ ｒ ；ｇ ａｉ ｇ ｒ ｆ ｃ ｉｉ ；３ｄ ｂ ｎ ｗｉｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｆ ｅ ｒ ｔ ；ｔａ ｓｅ ｔｉ ｒ ｔ ｅ ｅ ｔ ｔ ｎ ｘ ｎ ｌ ｖ ｙ Ｂ－ ａ ｄ ｄ ｈ
Ｊａ ｇ ａ ｉｅｓ ｙ Ｗ ｕ ｉ １ １２， ｈｎ ） ｉｎ ｎ ｎＵｎｖ ｒｉ ， ｘ ４ ２ Ｃ ｉａ ｔ ２ Ａ ｓｒｃ：Ｃ ｍｂ ｇ ｈ ｂｒ ｒｇ ａｉｇ Ｆ Ｇ） Ｓ ｐ ｌ ａｏ ｅ ｏｍ ｎｅｉ ｃｍ ｎｃｔ ｎａｄｓｎｉｇ ｒａ ｂ ｔ ｔ ｏ ｉ ｅｆ ｅ ａｇｇ ｔ （ Ｂ ’ ｐｉ ｔｎｐ ｒ ｒ ａｃ ｏ ｍｕ ｉ ｉ ｎ ｓ ｅ ， ａ ｎｔ ｉ Ｂ ｒ ｎ ａ ｃｉ ｆ ｎ ａｏ ｅ ｎａ
摘 要 ：结合 光纤 Ｂａｇ 栅在 通信 与传感 领域 应用 的特 性 ， ｒ 光 ｇ 利用传输 矩阵 法分析 了均匀光 栅 、 啁啾光 栅、 切趾 光栅 的反射率 、 时延特性 、 边模 抑制 比和反射带宽示意 图。分析得到 了不 同光栅 的特性 规律 ， 这些
规律对光栅在 通信与传感领域应用具有参 考的价值 。 关键词 ：光纤 光栅 ； 传输矩 阵 ； 光栅反射率 ； Ｂ带宽 ３ｄ
Ｙ ｉｇ Ｙ ｈ ｎｈ ｎ ， ＨＡ ｉｇ ｕ ， ｅ —ｕ Ｕ Ｙｎ ， Ｕ Ｚ ｅ —ｏ ｇ Ｚ Ｏ Ｌｎ － ｎ ＭＡ Ｒ ｎｋ ｎ ｊ
（ｎｔ ｕｅｏ ｏ Ｉｓｉ ｔ ｆ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ Ｓ ｈ ｏ ｆＩｔｒｅ ｆ ｈｎ ｓＥ ｇｎｅｉｇ ｔ Ｃ ｎｃ ｉ ， ｃ ｏｌ ｅｎ ｔ ｉｇ ｎ ｉｅｒｎ ， ａｏ ｏ ｎ ｏＴ
０ 引 言
１ 光 纤 光 栅 传 输 矩 阵 法
从 １７ ９ ８年采用驻波法 制成 世界 上第 一 只光纤 光栅 至 今 ， 随着其制 作技 术 的 日益成 熟与 性 能 的不断 完善 ， 光
光纤光栅实质上就是放置在不 同样式模板 下用紫外光
曝光 的光敏光 纤 ， 使光 纤纤 芯 中形成 所需 的折射 率 扰动 。
ｕ ｉ ｚｎ ｈ ｔ ｏ ｆｔ ｎ ｆｒｍａｒ ｔ ｉｉ ｇ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ａ ｓ ｔ ｘ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ，ｉ ｈ ｒｃ ｅ ， ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｐ ｒ ｓｉ ｎ ｒ ｔ ｌ ｒ ｅ ｉ ｈ ｒ ｐ ｒｉ ｆｒ ｆ ｃ ｉ ｔ ｔ ｅ ｌ ｖ ｙ ｍｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｄ — ｄ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ａ ｉ ｏ， ｒ ｆ ｃ ｉｎ ｂ ｎ ｗ ｄ ｈ ｓ ｅｃ ｐ ｏ ｎｆ ｒ ａｉ ｇ， ｈ ｒ ｅ ａ ｉｇ， ｐ ｄ ｚ ｄ ｇ ａｉ ｇ ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ｅａ ． ｆ ｒｎ ｅ ｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｔ ｋ ｔｈ ｍａ ｆ ｉ ｍ ｇ ｔ ｌ ｏ ｕ ｏ ｒ ｎ ｃ ｉ ｄｇ ｔ ｐ ｒ ｎ ａ ｏ ｉｅ ｔ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｄ ｌｙ Ｄｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ’ ｒ ｐ ｒ ｅ ｕ ｅ ｓ ｏ ｔｉ ｅ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ． ｔ ａ ａ ｅｅ ｅ ｃ ａｕ ｎ ｔ ｅ ｆ ｌ ｆ ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ ａ ｄ ｇ ａｉ ｇ Ｓ ｐ ｏ ｅｔ ｓ ｒ ｌ ｓｉ ｂ ａｎ ｄ ｂ ｎ ｌ ｚ ｇ Ｉ ｃ ｎ ｈ ｓ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｖ ｌ ｅ ｉ ｈ ｅ ｄ ｏ ｏ ｎ ｉ ｎ ｉ ｎｃ ｔ ｎ ｏ
２１ ０ １年 第 ３ Ｏ卷 第 ６期
传感器与微 系统 （ ｒｎｄ ｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌｇ ｓ Ｔａ ｓｕ ｅ ａｄＭｉ Biblioteka Baiduｓ ｅｈ ｏ ｉ ） ｒ ｅ ｏｅ
１ １
常 用 光 纤 Ｂ ａ ｇ光 栅 特 性 分 析 ｒｇ
鱼 瑛 ， 震虹 ，赵玲 君 ， 余 马仁 坤
（ 江南大 学 物联网工程学院 通信研究所 ， 江苏 无锡 ２ ４ ２ ） １ １２
Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｕｌ ｒ ｆｂｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ ａ ｙ ｉ ｆ ｒ ｇ ａ ｉ ｒ Ｂｒ ｇ ｒ ｔｎｇ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎｃ
由曝光形成的折射率变化可 以表示为
纤光栅 在光通信和传感 器领 域得 到了非 常广泛 的应用 ， 成
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应 力 的传 感 。
６ 『＂ Ｏ １ ）． ＝ Ｌ４ Ｓ （］ － （ ＋ １￥ Ｃ Ｊ
（ １ ）
其 中， 为直流有效折射率 变化 （ 即一个光 栅周期 内
的平 均有 效折射率变化 ）ｓ ；为折射率调制 的条纹可见 度 ； Ａ
为光栅周期 ； 为描述光栅 的啁啾 。 （ ） 耦合模理论是分析光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅特 性最 常用 的一 种 方法 ， 理论 已经非 常成熟 ， 在文献 ［ ，］ 已经进 行 了非 常 ７９ 中
光纤 Ｂａｇ ｒｇ 光栅 （ ｂ ｒ ｒ ｇｇａ ｎ ， Ｂ 是 一种 反射 ｉ ｇ ｒ ｉ ｆ ｅ Ｂａ ｔ ｇ Ｆ Ｇ）
型 的光 纤器件 ， 的传 输特 性是其 在通 信与传感 领域应 用 它 的重要参考 指标。在通信领域重点是光栅 的反射率和时延 特性 ， 而在传感领域 ， 光栅反射带宽 、 反射率 、 边模抑制 比成 为 了衡 量传感 性 能 的重要 指标 Ｊ 。本文 结合 光 通信 与光 传感 的参考指标 ， 以耦合 模理 论 为基础 ， 用传 输矩 阵法 采 仿真分 析了均匀光栅 、 啁啾光栅 及切趾光栅 的特性 ， 在反射
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摘 要 ：结合 光纤 Ｂａｇ 栅在 通信 与传感 领域 应用 的特 性 ， ｒ 光 ｇ 利用传输 矩阵 法分析 了均匀光 栅 、 啁啾光 栅、 切趾 光栅 的反射率 、 时延特性 、 边模 抑制 比和反射带宽示意 图。分析得到 了不 同光栅 的特性 规律 ， 这些
规律对光栅在 通信与传感领域应用具有参 考的价值 。 关键词 ：光纤 光栅 ； 传输矩 阵 ； 光栅反射率 ； Ｂ带宽 ３ｄ
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光纤光栅实质上就是放置在不 同样式模板 下用紫外光
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