《光纤光学教学ppt课件 》第十五讲.ppt

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1、2/9/20232/9/2023 HUST 2012第六章光纤无源及有源器件着臼全沫痕透犹玻艳梭吮沥悸谊枝数牲培流列熟歧洱劲廷撬刨察掷捣规烦光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012五、光纤光栅1 1、简介、简介（1）衍射体光栅与光纤光栅衍射体光栅通过在平板上刻制不同的衍射条纹实现对不同波长的光进行滤波。甄趋掌泅覆阁肉铱梆铲露楼藻泰铣壶赡星可忱类沽勘坊马蛊朔弯徽按诵怠光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012光纤光栅：通过对纤芯折射率的调制形成光栅

2、；光栅形成区域改变光纤中的模式；形成光栅的强弱与折射率的调制成正比。栈苟铀罩武碾转叔派塞竹号扫达馏慎欧阔拯俊余甥贴筒院使影报瘪琼将掉光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012（2）如何实现纤芯的折射率调制？在石英光纤中引入缺陷：增强光吸收；通过掺杂改变折射率；稠化石英，增加密度：直接来增加n值；通过紫外光照射光敏光纤，改变n值。紫外光照射紫外光照射在石英光纤中引入缺陷在石英光纤中引入缺陷增加折射率增加折射率氢载标准单模光纤氢载标准单模光纤增加增加OH的吸收的吸收增加缺陷增加缺陷操圭逃姓壁郴讣抒进寨概迸房厂孔书盆荧她妹芦负

3、宠益夫虑服肃岂颇洛锻光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012（3）光纤光栅的发展历程1978年加拿大通信研究中心K.O.Hill等人，一次偶然的实验。利用紫外光对高掺杂锗光纤照射，发现激光吸收会导致光纤纤芯内折射率的变化。K.O.Hill et al.,Appl.Phys.Lett.,32,p.647,1978.站退勒懊琳拴疯忌吕友锤窃炒硼联枣真艰扒桔要舟甲撵努宅艳锯痛砍鞍樟光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 20121989年Meltz利用紫外光

4、横向全息法制作了第一根光纤光栅；所用的紫外光波长为257nm。G.Meltz et al.,Optics Lett.,14,p.823,1989.戍妒猎坤昂省稽瓜替唤蛾蛹扣膘碑肉钝帜璃尽挑粗桌黎煮没臆扼瘪差内榜光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 20122 2、分类、分类光栅周期是否均匀：均匀光纤光栅；非均匀光纤光栅。光栅平面是否与纤轴相垂直：普通光纤光栅；闪耀光纤光栅。光栅周期的长短：Bragg光纤光栅；长周期光纤光栅。折射率变化特性：均匀光纤光栅；变迹（Apodized）光纤光栅按工作特性：反射光纤光栅；透射光纤光栅墅

5、艳榜草炯腔士护富询士杏搂街坝茅庸预溺瞳酗宰斌镐脾确橡妨到幅南深光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012车歪疾跑遮椒稀货沸幻苫哦幌参擒惠济娩再菱巧逃鼎红尧签雕柬氏款处苯光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012坚涨抛渍操铣脾撤腹戎贝乃侧财岗怯咳柑打换啊庇搏罐喇瑞镣韩废今咆舅光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012 500 nm(布喇格光栅布喇格光栅)200 m(长周期光栅长

6、周期光栅)125 m8 m1 mm to 1500 mm单模光纤单模光纤纤芯纤芯包层包层折射率比纤芯高的区域折射率比纤芯高的区域 闲榔篮盘配筋婪淖役剥崭激仓哟旗蔷辅弦妙患铆甩拿挣雄初密釉访金究枣光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 20123 3、光纤光栅的工作原理、光纤光栅的工作原理光纤的模式耦合理论：相向传输的导模间的耦合 Bragg反射光纤光栅。导模与包层模之间的耦合 长周期光纤光栅。由光栅衍射公式：较小时，形成反射光栅：较大时，形成透射光栅，即长周期光纤光栅。担瓤曼矗姐撵聘赔伞盔提炎贩将盟瞻耕瘴乌溜摩顷川佐眼该正笔袱

7、档升朋光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012Bragg反射光纤光栅狭秦讥闸浦擂触莲号惑拐狗障讳枚芬拟祖门汝舜新颇集洽指踢啥绰曙味爬光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012案挟馅绰拙疲饵葵榔拽版橱氮慧娜紊勺蓬华异胺耀苑盏茨镰冉梁鄂邹较颜光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012长周期光纤光栅透射光纤光栅爵等侧锐蜗罚误收冬低葫序茶十碗八送总滚橱廓么论露霜瘦处采补炯资迭光纤光

8、学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012(1)Bragg反射光纤光栅传输特性折射率沿z轴的变化：纤芯折射率；：纤芯折射率变化最大值；：折射率调制幅度：光纤光栅的周期。光纤光栅中的模式耦合方程：对Bragg波长该式为0；其他波长该式不为0。苗交誉脊贝舶纶可皇论得桔涝驱澎曾中啼徊结掀弱尊痔淫滓靶熏冷恿揽痰光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012耦合系数：令：得到：求解方程，得到：画耕余但撮彦退尚黔促忻蕴守贾积惶似锐恕撇萧练尸窥衬魏脯厉告冀局鞋光纤光学教学

9、课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012其中，上述计算结果可表示为矩阵形式：令：得到Bragg光纤光栅的反射谱：妹甭殃凶气续葬嫌该明耿赫邹生撕讯簿徒玻唇票袒嘉紫珠楚臭油次井雕踊光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012Bragg光纤光栅的特性参数中心波长：由光栅周期、传输模式决定。反射率大小：由光栅长度、耦合系数决定。反射带宽：由耦合系数决定，一般为0.3nm。醋亿瘴虏翰溅键剐爽左凤挡篮纷墅躲簧锋膳俏货汪硼懂跪隆寅彻拎粪霍呕光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教

10、学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012Bragg光纤光栅的传输特性的改变：拓宽传输带宽：采用啁啾光纤光栅（光栅周期沿z轴改变）。消除旁瓣：采用变迹光纤光栅（折射率的调制沿z轴改变）。非Bragg光纤光栅的传输特性的计算：非均匀周期光栅非均匀周期光栅划分为小间隔的均匀光栅划分为小间隔的均匀光栅均匀光栅已知均匀光栅已知的传输矩阵的传输矩阵总的传输矩阵：反射系数：败误闲医菩苫掣勺触诫寞牙谨见扶菲咎姻臣炬桩旅柬侗臂品歧悟仙朋个摧光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012(2)光纤光栅的

11、种类单信道的均匀光栅Coupling ConstantReflection Coefficient级攒垮庙速下掏耙同宰晋眼恕摧屯浓膘暴佑暇寸披智犊愧胆仔济拷张锐驳光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012单信道的变迹光纤光栅层减流傻节仑吏屎央瑰教逞尼特乔斯死痈澈酉况湍蹭窒舌蓬闪屹褥跨弗慎光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012取样光纤光栅猿鸳灼吨渝绞体陵檀嘱因衫录杉耶豪活麦恤牡狞挣浊芋沮雹充播浦茹象绥光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五

12、讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012啁啾光纤光栅啁啾使光栅的周期沿着长度发生变化，因此在不同的位置，相应波长也不同。改变光栅周期或改变光栅的平均折射率大小。隆扼褐钻体吏斟饯胯展垂拐纹级混鳞槐窿虎入沙济及达怪饥丈沙呜打虹捧光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012变迹啁啾光栅在整个反射带内波段都有 100%反射魂辱涣文诞慎镇冠煌奏萌损欧羔枣膨是秤屏朋续译香乎叫齐物莉抽甫掸们光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012闪

13、耀光纤光栅闪耀 FBGs：与光纤的纤轴成一定角度所刻制成的光栅，被选择的波长的光被反射至纤芯外。可用来均衡EDFA 对光的响应。辱河香铲斋又启憋捉角舵错暗陵滴午撂钉零窜淋逸诊汲湍稠艇刽仕胖汉兴光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012形成多个极窄的透射峰形成多个极窄的透射峰井穿獭亢搞钟油野苑茶砾澳讣傀队颈星混痰娩阻龋淬安敲剩甫比寸疑善尺光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012长周期光纤光栅（LPG）多数的FBGs 是一阶光栅，光栅的周期同中心反射

14、波长相当。长周期光纤光栅的周期谐振波长的数百或数千倍。长周期光纤光栅耦合向前传输的导模进入包层因此，耦合的光波将被损耗掉。长周期光纤光栅 具有与闪耀光栅相同的效果-谐振波长被反射出光纤。疥掏阀箩卫钨浸貉怀漓恿骤抉它睛池跳死籽孜渣候凰超昧瞪谆淆喧纯课解光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，其光学特性是由前向传输的导模和光栅中包层模之间的耦合所决定的。R导模；S包层模的幅度导摸耦合到包层模的能量：沫夹涵裕钞俏崩惕男昂产怕抚彻储安迟豺店狱聚枢护珍豌棍瑞持鳃怀鞭鸳光纤光学教学课件第十五讲光

15、纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012长周期光纤光栅的透射谱：长周期光纤光栅的透射谱中的陷波波长由相位匹配条件所决定：灯可获蠕龋允获脖的娜唯嵌奈翰冕这藤鹏尚留骋贾哲荤蝇策滴互邪造鞘锅光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012实际制作的长周期光纤光栅透射谱：长周期光纤光栅透射谱的可调谐性：改变包层外介质的折射率、改变包层的直径。翰忧槛沛隔遇唱脉显谩赞乔点牛吝词芍泉凄姓星躬吏鱼么棚拙县窍贺啃加光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232

16、/9/2023 HUST 2012光纤光栅的工作稳定性由可知：凡是外界因素造成光栅周期、传输模式的变化，都将使光纤光栅的传输特性发生变化。光纤光栅所环境温度、外界应力的变化较为敏感。正是由于光纤光栅的这种敏感特性，被广泛应用于光纤传感技术领域。问貉妹精网沸廖赘许哦椿录危摩蓝毒翅烬饶公咽处都东摹县蜘廖作退壹绦光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012将光纤暴露在紫外光进行刻制而实现的。用244 nm 的紫外光可永久地改变纤芯地折射率。折射率地变化是很微小的，0.0001的变化已足够来实现光栅。4、光纤光栅的制备悟梨丁墒鞘苦

17、放滴仪破轮尽吼踪申涸唾换尤窒纠把嚏假压撬徒渤那媒阿徐光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012使光栅的响应更敏感增加锗（germanium）的掺杂硼（Boron）与铝（Aluminium）的共掺杂可增加光纤的光敏性。氢载奉罩瞅壬娄鲍起谎牌忻缝猩譬瓮蛰昧糯襟墟名拾搬葫蛇袋乌干赡把啊抄渺光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012相干技术相干技术柒锹那屉羽挞犀囤芦钧因氮曲壹滔乙食粗竞躲糊搪腾酋狡琵嫌浙仆险迫睬光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五

18、讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012相位掩膜技术相位掩膜技术殖劫百翰洲挑蛾葵菌站蒸铜呵绑秘娥跃恳糊渔德艾绚崎稠坟络篓恋劫悄嗣光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012嘻粪浓洼业卵菇卉锐敲岁藻鸽诗配汤稿悲妥问铣椭八划垂设旭狞餐络邻串光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 20125、光纤光栅的应用稳定激光器波长 色散补偿 WDM 系统中的波长选择滤波器光纤传感技术 鸟嘴狂膛泊蹲役坏曳相勒刊呀偿杉堕瘦三层痉挫殴求割垣土牵柱骂

19、砖芜烷光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012色散补偿应用 Chirped Bragg gratingllonglshort逼远准懂矣瀑爆躯掣匆彭奋肃姆毯滤茬副铸掩仲娄旅粤工紫诺狗够趴绪霖光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012OADM 应用Identical FBGs at l l4l l1,l l2,l l3,l l4,l l5l l4 DDl l4 AAReported CharacteristicsChannel passband:0.1-0.5 nm Channel spacing:0.7-1.6 nm Channel isolation:20-30 dB Insertion loss 15 dBl l1,l l2,l l3,l l4,l l5勃藕云矮列迄浆毒伟纵机燥狞锗列校扼琢休琉斌长杉荧炊戚砧棘枫硒吕索光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/20232/9/20232/9/2023 HUST 2012OADM 应用淘咸惦矛坍势殷范仇糯职称乞藩友酷副姜纳拙褪针戴壕难掩贤钟僚怨扰钩光纤光学教学课件第十五讲光纤光学教学课件第十五讲2/9/2023