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摘要
光纤 Bragg 光栅 F-P 腔色散特性的研究
近年来,利用光纤 Bragg 光栅的反射特性构造的 F-P 腔,由于其具有许多优
异的特性,而被广泛应用在光纤通信和光纤传感领域。而随着科学技术的不断发
展,光纤 Bragg 光栅 F-P 腔的新的应用也在不断涌现,因此对于它的透射谱和色
散特性的研究具有重要的应用价值。
本论文研究的主要成果如下:
Bragg 光栅 F-P 腔的两端的光栅参数完全相同的情况,当参
数改变时,通过数值模拟得到了其透射谱、群时延和色散随波长的变化关系。F-P
腔的最小透过率随光栅的折射率调制深度、F-P 腔的腔长、光栅长度和光栅的条
纹可见度的增大而减小,但光栅的周期和纤芯折射率的改变对其影响不大;对于
F-P 腔的透射带宽,随着光栅长度的增大而减小,光栅折射率调制深度的增加而
变宽,F-P 腔腔长、光栅周期、光栅的条纹可见度和纤芯折射率对其没有影响;
透射带宽内的谐振峰的数目随着光栅折射率调制深度和 F-P 腔腔长的增加而增
多,光栅周期、光栅长度、光栅的条纹可见度和纤芯折射率对其没有影响;随着
F-P 腔腔长的减小,当减小到一定程度上时,最终在透射带宽内只会存在一个模
式,在这里我们给出了本讨论中的存在一个模式的临界值,即阈值腔长为 mm。
透射带宽内的谐振峰之间的间隔随着光栅长度和 F-P 腔腔长的增加而变窄,随着
光栅的折射率调制深度增加而变宽,而光栅周期、光栅的条纹可见度和纤芯折射
率对其也没有影响;另外,光栅周期、纤芯折射率和折射率调制深度影响着透射
带宽的波长范围,即当光栅周期、纤芯折射率和光栅的折射率调制深度增大时,
透射谱线整体向长波方向移动,发生了红移,而其它参数对其没有影响。透射带
宽内的谐振峰的线宽随着光栅长度、光栅的折射率调制深度、F-P 腔腔长、光栅
的条纹可见度的增加而变窄,光栅周期和纤芯折射率对其没有影响。
Bragg 光栅 F-P 腔的两端的光栅参数完全相同的情况下,我们
研究了其群时延和色散随各个参数的变化关系。对于其群时延及其色散值,我们
发现随着光栅长度、折射率调制深度、条纹可见度和 F-P 腔腔长的增加,其群时
延最大值和色散的正负极值在增大,光栅周期的增加会使群时延和色散正负极值
略微增加,纤芯折射率的增加对群时延最大值和色散正负极值影响不大。另外,
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当光栅周期、纤芯折射率和光栅的折射率调制深度增加时,其群时延和色散曲线
发生了红移。在本文中我们画出了当光纤 Bragg 光栅 F-P 腔参数改变时,其群速
度和光速的比值随波长的变化关系。通过研究发现,当光栅的长度、光栅的折射
率调制深度、F-P 腔腔长和光栅的条纹可见度增加时,F-P 腔透射谱最小透过率
对应的透射光逐渐由慢光变为快光,透射带宽内的谐振谱线对应的透射光速度变
得更慢。当光栅周期、纤芯折射率和光栅的折射率调制深度增加时,我们获得的
透射光的群速度最大值和最小值对应的波长位置将向长波方向移动,F-P 腔腔长
对光的群速度的影响是有限的。
F-P 腔两端的光栅的参数不同时,通过研究我们发现,当两个光栅
的长度、折射率调制深度和条纹可见度差值增加时,其透射谱线的最小透过率减
小,群时延最大值在增加;而光栅周期差值微小增加时,其透射谱最小透过率增
大,群时延最大值减小。随着这些差值的增大,透射带宽内的谐振峰值的透过率
减少,可以看出这对 F-P 腔的选模是不利的。两个光栅周期和折射率调制深度差
值的增加,会使透射谱线发生红移,透射带宽变宽。
F-P 腔分辨率和色散特性,我们将光纤 Bragg 光栅 F-P 腔与光纤
Bragg 光栅的透射和色散特性进行了比较,这里我们只对光纤 Bragg 光栅 F-P 腔
两端光栅的参数是一致的情况进行讨论。我们发现,在保证其它参数不变的情况
下,增加 F-P 腔的腔长,会增加透射带宽内的谐振峰数目,而且这些谐振峰都处
在组成 F-P 腔的光栅的透射带宽内,且这些谐振峰之间的间隔变小。与光纤 Bragg
光栅相比,F-P 腔的分辨率要更高。从光纤 Bragg 光栅 F-P 腔的色散曲线上看出,
其有多个色散负极值,可以将其用于色散补偿。在实际应用中,如果其光纤 Bragg
光栅的参数都固定了,我们还可以通过调节腔长来满足我们对色散值的需求。
本文的研究结果对实际应用具有一定的指导作用,为未来更好的利用 F-P 腔
提供了一定的参考。

关键词:
光纤 Bragg 光栅 F-P 腔,传输矩阵,透射谱,群时延,色散
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Abstract
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