腐蚀型光纤光栅在液体介质中的反射谱特性研究

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光纤布拉格光栅(FBG)在光纤通信和光纤传感中有很多的应用,是一种非常重要的光无源器件。本文主要采用MATLAB和COMSOL仿真软件进行仿真来研究腐蚀型光纤光栅在液体介质中的反射谱。本文的主要研究内容如下:1.介绍了光纤光栅的发展历史和分类以及腐蚀型光纤光栅的研究现状。简单说明几种分析光纤光栅的理论方法,并使用其中的方法对文中不同结构的光纤光栅在液体介质中的情况进行了理论分析。2.研究了三种腐蚀型结构的光纤光栅在各向同性的液体介质中的反射谱特性。发现腐蚀型的光纤光栅随着包层厚度的减小对外界的折射率变化越敏感,并且液体介质的折射率越接近包层折射率光栅布拉格波长变化越剧烈。单端腐蚀型光纤光栅会在原来光栅反射谱的基础上形成一个受液体介质折射率调制的反射峰,两个反射峰的反射率与各自所占光栅区域的大小成正比。局部腐蚀型光纤光栅因为引入了相移,所以在原来的反射峰中产生了一个透射窄带,此透射窄带在反射峰中的位置受到腐蚀区域的长度和等效折射率差的影响。而且腐蚀的位置对透射窄带也有影响,腐蚀区在光栅区域正中时透射窄带的透射率最高,当腐蚀区域向光栅边缘移动时透射率会减小直至透射窄带消失。3.研究了腐蚀型光栅在各向异性的液体介质中的反射谱特性。在完全腐蚀掉包层的情况下相当于包层为各向异性的光纤光栅,此时的液体介质两个主轴方向的折射率之比kcl对光栅的反射率有影响。其中在kcl=1附近反射率的变化比较剧烈,经过进一步的仿真观察发现,在给定的参数条件下,kcl=1.018时光栅的反射率甚至几乎为0,而后在kcl=1.024又迅速回升为1,。最后讨论了液体介质的两个主轴方向的折射率分别对光栅反射谱影响作用的大小,发现随着两个主轴方向折射率的增大,光栅中心波长会向长波长方向移动;而两个主轴方向折射率减小时,光栅中心波长会向短波长方向移动。但是光栅的中心波长受到横向折射率的影响较大,而纵向折射率对光栅中心波长的影响相对较小。
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