Тема: Спектры отражения чирпированных волоконных дифракционных решеток

В настоящее время волоконная оптика не ограничивается только лишь вопросами телекоммуникации. На основе волоконно-оптических технологий активно развивается и волоконная сенсорика, лазерная физика. Все это стало возможным благодаря формированию внутриволоконных периодических структур. В последствие волокна с дифракционными структурами из-за эффекта Брэгга-Вульфа и стали называться брэгговскими. Эффект Брэгга- Вульфа заключается в том, что при прохождении излучения через оптическое волокно с дифракционной структурой, происходит его частичное или полное отражение от решетки в определенном спектральном диапазоне. Благодаря спектральным и физическим свойствам обусловленными эффектом Брэгга-Вульфа, волокна с дифракционными структурами нашли свое применение в сфере датчиков измерение параметров физических величин. При различных воздействиях, таких как механические, термические и т.д. изменяются параметры дифракционной структуры в оптическом волокне, что на прямую влияет на спектр отражения. Именно на таком принципе, изменения спектра отражения, основана работа датчиков измерения параметров физических величин. Существуют разные структуры брэгговских решеток, обладающие отличительными спектральными свойствами. В данной дипломной работе будут рассмотрены спектры отражения равномерной волоконной брэгговской решетки, но особое внимание уделяется чирпированной волоконной брэгговской решетке.
Чирпированной брэгговской решеткой (ЧБР) называется брэгговская решетка, имеющая зависимость периода вдоль направления
распространения света или другими словами "чирп" [1]. Дифракционная эффективность таких решеток остается высокой для широкого диапазона длин волн. Разные длины волн отражаются от ЧБР на различной глубине, имеющей соответствующий период. Наиболее распространены ЧБР с линейным чирпом. Такие решетки имеют большую ширину спектра отражения и величину дисперсии.
Большой интерес в изучении и в производстве волоконных брэгговских решеток связан с тем, что волоконные брэгговские решетки имеют особые спектральные свойства, которые являются одной из главных и важных характеристик. Спектральные свойства данных решеток рассчитываются а позже проверяются на практике. Одними из таких характеристик являются положение резонанса в спектре, который характеризуется шириной и коэффициентом отражения. Это одни из главных характеристик спектра отражения волоконных брэгговских решеток, но для особых целей и задач интерес представляют и такие характеристики как боковые резонансы их амплитуда и глубина, потери в коротковолновом диапазоне, которые происходят из-за того, что существует связь с оболочными модами. Так же интерес проявляется к дисперсии, которая зависит от параметров волоконных брэгговских решеток.
Одна из главных задач в изучении волоконных брэгговских решеток заключается в расчете спектральных свойств [2]. Данные расчеты чаще всего производятся на основе теории связных мод. Эта теория постулирует, что есть определенная длина волны, которая соответствует двум модам и для этих двух мод выполняется условие фазового синхронизма, которое заключается в том что только эти две моды могут обмениваться между собой энергией. Данный способ расчета спектральных свойств волоконных брэгговских решеток позволяет рассчитывать решетки со сложной дифракционной структурой [3]. Такая сложная структура представляет с собой неоднородность в профиле наведенного показателя преломления.
Актуальность данной работы подтверждается анализом литературы, указывающим на недостаток работ, посвящённых моделированию и реализации управления спектральных свойств чирпированных дифракционных решеток.
Таким образом, цель настоящей работы - исследовать спектры отражения волоконных чирпированных дифракционных решеток в оптическом волокне для расширения возможностей их использования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить литературу, относящеюся к данной теме.
2. Ознакомится с оптическими характеристиками.
3. Построить математическую модель для расчетов спектров отражения чирпированных волоконных дифракционных решеток.
4. Выбрать среду программирования построенной математической модели.
5. Провести расчеты и посмотреть спектр отражения решеток с нелинейным чирпом.
6. Сформулировать выводы на основе полученных результатов.

Купить

Целью данной работы являлось исследование спектров отражения чирпированных волоконных дифракционных решеток и управления характеристиками спектральных свойств данного типа брэгговских решеток, и найти им практическое применение. В ходе проведения обзора литературы были сформулированы проблемы, свойственные большинству ВБР и решение их.
Была построена математическая модель в распространения оптического излучения в волоконных решетках с различным чирпом и их спектральные характеристики отражения, которая была реализована в среде Mathcad с возможностью строить графики зависимости интенсивности и напряжённости излучения, продифрагировавшего на структуре с заданным пространственным распределением штрихов, от длины волны.
Затем были разработаны подходы к решению выявленных в литературном обзоре проблем. Один из способов решения проблем с боковыми максимумами описан в главе 3. Также из обзора литературы выявлена основная область применения чирпированных волоконных решеток это датчики измерения параметров физических величин. Для
усовершенствования таких датчиков в чувствительности, точности, практичности использования, нужно исследовать спектральные свойства волоконных брэгговских структур с различными чирпами. Умение управлять данными структурами и их спектральными свойствами позволяют повысить вышеперечисленные качества датчиков на основе волоконных брэгговских структур для получения желаемых спектров и результатов. Из
математической модели понятно что изменяя различные параметры решетки можно добиться желаемых результатов.
Таким образом, в результате выполнения данной работы были успешно решены все поставленные задачи. Полученные результаты о спектрах отражения чирпированных волоконных дифракционных решеток позволяют сделать вывод, что управление характеристиками спектральных свойств данного типа решеток возможно.

Купить