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手征光纤光栅是对熔融状态下的特种光纤以一定的扭转率进行扭转而形成的新型光栅结构,该结构具有一系列的新特性。目前,研究最多的是单螺旋型和双螺旋型手征光纤光栅。其中双螺旋型手征光纤光栅在一定条件下具有偏振敏感特性,而单螺旋型手征光纤光栅则通常不具有这种特性。在我们课题组的前期工作中,采用耦合模理论对基于应力双折射型光纤的双螺旋手征光纤光栅(简称应力型手征光纤光栅)和单螺旋型手征光纤光栅进行了分析,推导得到了描述这两种结构中模式耦合的耦合模方程。并应用双螺旋手征光纤光栅的偏振选择特性,研究了全光纤型圆偏振起偏器的优化。
本文的工作主要是,对另一种双螺旋手征光纤光栅即基于几何双折射型光纤的手征光纤光栅(简称几何型手征光纤光栅)进行理论建模与模拟分析,从而完成我们课题组对于基于常用特种光纤的手征光纤光栅的系统分析。研究手征光纤光栅制备平台的实现方案,依此搭建实验平台,以制作手征光纤光栅,为手征光纤光栅的应用奠定基础。
首先,采用传统的耦合模理论,建立基于椭圆芯双折射光纤的手征光纤光栅的理论分析模型。此后,对这种光栅结构进行详尽的模拟分析。揭示出这类手征光纤光栅中圆偏振模式相互耦合的机理,并指出该结构实现圆偏振选择特性所需的必要条件。
在此基础上,着重研究基于椭圆芯双折射光纤的手征光纤光栅中芯层模HE11与包层模HE12之间的偏振选择性耦合,以及影响这一耦合的主要因素。分析芯层模与相邻高阶包层模EH1m的耦合的影响,完善了对芯层模HE11与包层模HE12之间偏振选择性耦合的分析。讨论椭圆纤芯等光纤结构参数的变化对传输谱特性的影响,为实际制作中选择光纤结构参数提供参考。模拟分析光栅长度和扭转率等光栅结构参数的变化对传输谱特性的影响,为实际制作中扭转率、光栅长度的精度控制要求提供依据。
分析比较几何型和应力型这两种双螺旋手征光纤光栅中的耦合机理及传输谱特性,以及两种结构在制作和应用中的特点。为手征光纤光栅的制备及其在光纤通信、光纤传感、光纤测量等领域的应用提供理论依据。
在对手征光纤光栅理论建模和模拟分析的基础上,研究该结构的制备方法,并制定制备平台的实现方案,依此搭建实验平台,为其应用奠定坚实基础。