均匀光纤布拉格光栅的光谱特性与不同的光栅长度和折射率的变化情况

Chiranjit Ghosh¹Quazi Md,阿尔弗雷德²,Biswajit Ghosh³

我(易爱易)的学生,大学理工学院,Burdwan、印度
助理教授,ECE的部门,大学理工学院,Burdwan、印度
ECE学系助理教授,波巴木工程与技术学院,印度

文摘

均匀光纤光栅的光谱响应与光栅长度和索引等不同的光栅参数变化提供和讨论。耦合模式理论是一个合适的工具,用于分析和获取定量光纤布喇格光栅的光谱信息。耦合模式方程可以获得通过使用弱波导近似和简化。光谱特征可以通过解决这些耦合模式方程。本文模拟光纤光栅进行了分析光纤光栅的光谱特性。光学光纤光栅被模拟等先进的软件模块的帮助下R软的传感器建模评估各种光栅的光栅和不同效率的形状参数,调制深度等。最大反射率之间的关系,3 db带宽和中心波长与光栅参数给出并讨论了。系统的优化和改进可以实现通过使用仿真结果。因为现在的工作不仅涉及光纤光栅的理论方面,也会导致仿真工具的发展,可以用于通信和传感器的面积。

关键字

光纤布拉格光栅传感器,带宽、反射率模拟

介绍

光纤布喇格光栅(FBG)是一个光学设备的周期性变化折射率沿传播方向的核心纤维[1],[2]。光纤光栅的主要属性是它们反射光线的窄带宽对布喇格波长λB集中。有不同结构的光纤光栅像制服,apodized,鸣叫,倾斜和时间。当光通过波长的光纤光栅在狭窄的范围传播,发生全反射的布喇格波长和其他布喇格光栅波长不受影响的除了一些侧叶存在反射光谱。这些侧叶可以使用切趾法抑制技术。反射带宽取决于折射率调制的长度和强度。波长的反射也依赖于温度和压力。光纤光栅是简单的内在的设备是在纤维芯通过成像一个干涉图样的纤维[3]。光纤光栅是可以伪造的纤维芯暴露在紫外线辐射。这引起折射率的变化以及纤维的核心。 The resulting refractive index changes depend on the UV light exposure and exposure pattern. Several techniques are commonly used to fabricate FBGs: the point-by-point technique, the interferometric technique and the phase mask technique[4],[5].

光纤光栅是基于布喇格反射的原理。当光线传播通过周期性地交替地区更高和更低的折射率,这部分反映在每一个这些区域之间的接口。如果这些区域之间的间距是所有的部分反射addup阶段当光之间的往返两个反射波长的整数,全反射可以增长近100%,即使个人反思非常小。当然,这将只对特定波长条件。对于所有其他波长,相位反射的最终取消,导致高传播。高反射的条件被称为布拉格条件。光纤光栅由周期性的折射率调制光纤的核心[6],[7]。光纤光栅传感器是基于布喇格波长的变化改变光栅的间距和折射率的变化。因此任何物理参数(如温度、压力、应变)导致上述参数的变化可以感觉到使用光纤光栅布喇格波长的测量转变或特定波长的反射系数的变化[8],[9]。光纤的折射率会随温度变化,因此光纤光栅的光谱响应也是温度依赖[10]。 They are used as flexible and low cost inline components to manipulate any part of the optical transmission and reflection spectrum. The spatial quality of FBGs determines the performance of the FBG based optical communication devices. FBG is the key component for dispersion compensation and WDM[11].

二世。光纤光栅的基本理论

光的传播沿波导可以描述的一组引导电磁波称为波导的模式。在光纤芯包层边界条件导致电场和磁场之间的耦合组件[12],[13]。

每个模式都有其特定的传播常数。如果介绍了周期性扰动与纤维交换模式。这种现象被称为模式耦合。光纤光栅可以大致分为两种类型:

一个¯·布喇格光栅(也称为反射和短周期光栅)。模式之间的耦合发生相反的方向移动;和

一个¯·透射光栅(也称为长周期光栅),在模式之间的耦合是在同一个方向。

光纤光栅是一种光学衍射光栅,因此其影响光波入射光栅的角度可以通过熟悉的光栅方程进行描述。

方程(2)给我们的波长进行强烈的反射。身体这可以理解的事实,在每个折射率的变化,一些光被反射。如果点相距一段空间的反射相位,然后各种多次反射添加在阶段导致强烈的反射。这一切发生的时候,当我们满足eqn (2)。用耦合模理论对contradirectional耦合由于周期性扰动,可以表明,反射系数是由

R = tanh2kL

L是光纤光栅的长度,k是耦合系数。反射光谱的带宽,在这种情况下被定义为两个反射波长间距最小值两侧的中央峰,大约是由

三世。模拟程序的应用

一个计算机模拟程序是一个非常重要的工具[14],[15]的光纤研究领域。昂贵的和微妙的制造系统和仪器的使用可以避免,直到设计优化。我们可以用计算机辅助设计和仿真研究纤维光学问题。理论结果可以通过使用仿真程序。因素影响系统可以发现通过研究理论价值和实验结果之间的差异。系统的优化和改进可以实现通过使用仿真结果。仿真程序可以用来分析布拉格光纤光栅的光谱特性[16]。制服、布喇格光栅模拟了这个项目。反射和透射光谱、群时延和色散。的值最大反射率,sidelope反射率,半宽度(应用)可以获得。 The relationship between the grating’s variables (e.g. coupling coefficient, length of grating, chirped values) and the output spectrum values (e.g. the maximum reflectivity, bandwidth and centre wavelength) can be calculated by this program.

答:模拟均匀光纤布拉格光栅

摘要光学光纤光栅传感器模型是模拟等先进的软件模块的帮助下R -柔软和光栅传感器建模评估效率。我们选择以下参数的光纤光栅模型。单模光纤芯直径5.25μm一步指数选择。指数的核心被固定为1.458和指数差异0.0008。模拟演示如何影响光栅的光谱响应光栅的长度和调制深度(折射率变化)改变。反射率以及带宽的光纤光栅传感器在不同光栅长度和调制深度变化。反射率增加随着光栅长度的增加而带宽随光栅长度的增加而减小。国防部的反射率和带宽的增加而增加深度固定光栅长度。仿真结果已在表1。

b .仿真结果

我们调查了影响振幅调制深度的均匀光纤光栅的反射谱和带宽不同的光栅长度。检查光纤光栅信号的应用通常用于阐明带宽的变化。国防部的反射率和带宽的增加而增加固定长度的深度。五个不同的光栅长度(L = 2、5、10、15、20毫米)和六个不同的模值深度(0.0003,0.0005,0.0008,0,0012,0.0015,0.0020)被用于模拟。调制深度不仅影响带宽,但最大反射率在布拉格¯¬。

结果

调制深度的增加导致增加在布拉格r为反射光纤光栅是非常可取的。另一方面,与此同时,带宽一个¯一个¯¬布拉格上升对WDM信号分离器这可能是有害的。理论上,光纤光栅可以由非常小的带宽,只需增加光栅长度。然而,在实践中,这样的设备是不容易生产。因此一个特定应用程序的优化建议。

图(3¯5)描述仿真结果图的形式反射功率的波长的函数。反射率和传播以及光纤光栅传感器的带宽也改变如果他们在不同的光栅长度。

光栅的反射率随海拔的长度。光纤光栅实现了100%的反射时,光栅长度是10毫米长波长和维护这些值。这种趋势非常相似的结果3 dB带宽变化但在逆方向反射率显示一个指数随着光栅长度的海拔高度增加,如图(6 - 9)。

从上面的结果在考虑反射率高程的光纤光栅传感器信号,这是证实模拟光纤光栅传感器表现出更好的性能随着光栅长度的增加,取得了100%的反射光栅长度的10毫米,取得了稳定的固定带宽。

四。结论

纤维光学组件建模是一个重要的一步纤维光学传感器和通信系统的设计。模拟光纤光栅进行了分析光纤光栅的光谱特性。仿真结果可用于分析光纤布拉格光栅的问题。仿真软件是一个非常快速、高效、经济的方法来设计和分析纤维光学系统。研究的结论如下:

(我)的反射率光纤光栅光栅长度增加而增加。

(2)反射率随调制深度的增加,成为常数(100%)高于光栅长度10毫米长光栅长度和维护这个值。

(3)100%反射可能达到更高的调制深度和降低光栅长度。

(iv)的带宽光纤光栅传感器随调制深度的增加。

从目前的工作优化和改进的系统可以实现通过使用仿真工具。长周期光栅的光纤光栅可以进一步被研究的新的应用程序要求进一步细化和光栅的控制权。有必要模拟这些光栅。应该有许多潜在的应用程序如果仿真软件可以运行在互联网上。此外,继续工作在不同的调优技术将越来越广泛的应用领域和灵活的和成本有效成分。

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