一種取樣光纖光柵短延遲特性的研究.pdf

1、光纖光柵是光子學領域中的一種重要器件，其波長選擇性、體積和重量小、易于和纖維光學系統(tǒng)集成、抗電磁干擾等優(yōu)點使其在信息系統(tǒng)的很多領域都起著重要的作用，成為實現可重構、易升級的智能全光網絡的基礎元件。取樣光纖光柵(SFBG)能夠提供梳狀反射譜，因此在多通道信號處理方面獲得了重要應用。為了實現時域皮秒(ps)高分辨信號延遲，從傅里葉變換可知，采用Sinc2取樣光纖光柵可以產生多通道線性短延遲，但是近期內難以在制造上實現。本課題創(chuàng)新地提出并在制

2、造上采用高斯激光光束寫制的高斯SFBG從而獲得近似線性的多通道ps延遲階躍。我們設計、模擬、并制造出了多個線性ps短延遲的高斯SFBG，并利用高分辨延遲測量系統(tǒng)測量獲得了一種高斯SFBG的多通道ps延遲值，這些系列研究工作的結果顯示了多通道線性ps短延遲是可以通過高斯SFBG取得的。
　　首先，我們介紹了光波導及光纖光柵的相關知識，重點調研了SFBG的各個應用領域，我們發(fā)現針對SFBG多通道短延遲特性還沒有被研究，而有關應用卻日顯

3、重要。我們用傅里葉變換理論研究了空間纖芯折射率變化與SFBG頻域中反射率通道剖面的關系，并通過耦合模理論模擬了光纖布拉格光柵(FBG)和矩形SFBG的反射譜及透射譜，并分析了SFBG產生梳狀反射譜的原理。得到了SFBG的反射譜剖面形狀與延遲譜剖面形狀的關系，即在弱光柵條件下，SFBG的線性反射譜剖面對應于線性延遲譜剖面，這種近似關系對于光柵通道折射率高至90％也是適用的。由此，我們可以根據光柵反射譜形狀來判斷延遲譜形狀。
　　然后

4、，我們建立了高斯SFBG的纖芯折射率變化的數學模型，并分析了取樣個數s、高斯函數形狀因子S、光纖光柵長度L等參數對于SFBG延遲譜的影響。我們設計了兩種高斯SFBG并進行了比較，第一組SFBG可以選出六個線性通道，平均延遲階躍為5.95ps，延遲階躍的標準差為0.54ps。優(yōu)化后設計的SFBG可以提供八個線性通道，平均延遲階躍為2.83ps，延遲階躍的標準差為0.21ps。因此，我們從理論上證明了這種高斯SFBG實現線性多通道ps延遲的

5、可能性。
　　基于我們的理論工作結果和設計，我們利用相位掩膜版?zhèn)让孀贤夤馄毓鈱懭敕ㄖ圃炝藥着?cm長的高斯SFBG。通過測量和分析，我們發(fā)現在制造過程中，隨著擋光狹縫的增大，SFBG的反射光譜會由于一些效應、包括短波長效應、狹縫與高斯光束中心對準程度等會產生不對稱的情況。我們然后對高斯SFBG的折射率變化的模型進行了優(yōu)化，經優(yōu)化設計的SFBG的反射譜的理論和實驗結果非常一致。我們制造的SFBG由于折射率變化利用率有限因而呈現較弱的

6、多波長通道，我們在SFBG的反射譜上選取一段具有線性剖面的反射率通道，從而預測該光柵可以實現線性多通道ps短延遲。
　　為了評價我們設計制造的SFBG的實際延遲特性，我們設計并搭建了采用矢量網絡分析儀的ps短延遲測量系統(tǒng)，我們專門編寫了相關儀器的計算機驅動程序控制測量過程、采用編寫的程序獲取測量數據，并采取措施提高測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度，在技術和機理上通過測量經過光柵的電光調制信號的相位再轉換為時間延遲值。由此，我們獲得了一種

7、高斯SFBG的延遲譜，得到其4個通道的平均延遲階躍為9.67ps，但是這些通道的線性度并不很好。然后，我們針對線性和多通道這些關鍵要求對高斯SFBG的設計進行優(yōu)化，重新制造了一批光柵。通過高分辨測量，我們獲得了較為理想的多通道延遲譜，我們選取其中4個通道，發(fā)現其延遲階躍約為2.5ps，標準差為0.2ps。由此，我們證實了這種SFBG可以被用來實現線性多通道皮秒時間延遲。
　　在時域對多路信號進行設計和安排是信息技術里的一個重要方面