基于光纖Bragg光柵非線性的全光開關(guān)和可調(diào)濾波器研究.pdf

1、光纖光柵具有體積小、波長(zhǎng)選擇性好、帶寬范圍大、附加損耗小、易于與光纖系統(tǒng)連接等優(yōu)點(diǎn),是全光器件的一個(gè)重要組成部分。目前光柵的應(yīng)用領(lǐng)域主要在線性工作區(qū)域,對(duì)光柵非線性的研究也大多考慮遠(yuǎn)離禁帶時(shí)的情況。在這種情況下,入射光功率較小,非線性系數(shù)較低,光柵很短,非線性效應(yīng)可以忽略,但在增大光纖光柵的非線性系數(shù)和增大輸入的光功率的情況下,卻能實(shí)現(xiàn)光纖光柵的光譜特性隨著輸入光功率的變化,從而實(shí)現(xiàn)光開關(guān)、光邏輯門和可調(diào)諧濾波器等全光信號(hào)處理器件。光纖

2、的非線性響應(yīng)在時(shí)間fs量級(jí),可以滿足高速信息處理的要求。因此利用光纖光柵非線性效應(yīng)、通過光控光方式來實(shí)現(xiàn)超高速全光信息處理成為一個(gè)重要的研究課題。本文主要針對(duì)光纖光柵的非線性特性及其在全光信息信號(hào)處理方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。 1.目前研究光纖光柵中非線性效應(yīng)光子傳輸主要采用耦合模理論,本文首先推導(dǎo)了光纖光柵單路和雙路光輸入時(shí)的非線性耦合模方程,該方程可以研究光纖布拉格光柵的傳輸特性。由于邊界條件的特殊性、纖芯折射率的非線性調(diào)制及前后

3、向波的自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制的非線性耦合,幾乎不可能分析求解耦合模方程組,大多只能采用數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究。 本文研究了基于微擾近似、慢變包絡(luò)近似和相位匹配的反射型光纖光柵耦合模方程組的數(shù)值求解技術(shù),根據(jù)邊界條件和光波在光柵中傳輸?shù)奈锢磉^程,建立了光纖Bragg光柵的計(jì)算模型,該模型可以對(duì)光柵的線性特性和非線性特性及內(nèi)部電場(chǎng)進(jìn)行仿真,能夠處理連續(xù)波輸入時(shí)的靜態(tài)特性和時(shí)變信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。通過仿真計(jì)算,得出了和文獻(xiàn)結(jié)果

4、相符的光柵光譜和功率譜。 2.采用上述方法,系統(tǒng)地研究了常見切趾調(diào)制下的光柵光纖光柵的非線性光譜及功率譜特性。仿真結(jié)果表明,隨輸入功率的增大,光柵光譜反射(或透射)峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng),相移光柵的峰值移動(dòng)更明顯,表明在相移光柵內(nèi)非線性作用更強(qiáng)；脈沖經(jīng)過光柵后會(huì)得到不同程度的壓縮,壓縮程度與輸入功率、光柵長(zhǎng)度、非線性系數(shù)、調(diào)制形式等有關(guān)；根據(jù)不同切趾光纖光柵的光譜特性,給出了光柵參數(shù)的優(yōu)化的原則,為非線性光開關(guān)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。