專利名稱：三角形反射譜光纖布拉格光柵的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖布拉格光柵的合成方法，具體涉及一種三角形反射譜光纖布 拉格光柵的合成方法
背景技術(shù)：
光纖布拉格光柵(FBG)具有體積小、波長(zhǎng)選擇性好、極化不敏感、附加損耗小、耦 合性好等優(yōu)點(diǎn)，這使得基于光纖光柵型的光器件成為全光通信網(wǎng)中的理想器件，如光學(xué)濾 波器、光學(xué)傳感器、激光器、色散補(bǔ)償器等。在設(shè)計(jì)光纖布拉格光柵時(shí)，傳統(tǒng)上一般采用傳輸矩陣法。即在給定各個(gè)光柵參數(shù) (如取樣、啁啾、切趾)的情況下，用傳輸矩陣法求得反射率、色散等特性。采用傳輸矩陣法 設(shè)計(jì)光纖布拉格光柵雖然很直接，但在實(shí)際操作中并不方便，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)布拉格光纖光柵 過(guò)程中，必須首先對(duì)不同光柵類型(如取樣光柵、切趾光柵、取樣光柵)進(jìn)行深入的了解，謹(jǐn) 慎選擇各個(gè)參數(shù)，如果參數(shù)設(shè)置不合適，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，光纖光柵合成方法引起了人們的關(guān)注。它是一種反向重構(gòu)方法，即在設(shè)定需 要的光纖布拉格光柵特性情況下，直接重構(gòu)出所關(guān)心的光柵參數(shù)?，F(xiàn)有的光纖布拉格光柵 合成方法主要包括剝層算法(DLP)和優(yōu)化算法。剝層算法雖然簡(jiǎn)單高效，但它重構(gòu)的光柵 長(zhǎng)度長(zhǎng)、啁啾很復(fù)雜，因此實(shí)際很難制作；優(yōu)化算法如遺傳算法、模擬退火算法等，雖然可以 設(shè)計(jì)出不含啁啾的光纖光柵，但是它的運(yùn)行效率一般較低。對(duì)于光纖布拉格光柵來(lái)說(shuō)，它的帶寬越大，其需要的折射率調(diào)制越大。但是到目前 為止，即使在試驗(yàn)中應(yīng)用先進(jìn)的飛秒刻寫技術(shù)，最大折射率調(diào)制也只能達(dá)到5X 10_3量級(jí)。 因此要實(shí)現(xiàn)大帶寬布拉格光纖光柵，降低最大折射率調(diào)制很有必要。而且，目前設(shè)計(jì)的布拉 格光纖光柵僅是應(yīng)用其反射譜具有近似矩形的窄阻帶特性進(jìn)行波長(zhǎng)濾波，這樣并沒(méi)有充分 發(fā)揮光纖布拉格光柵的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光纖布拉格光柵的合成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖布拉格光柵 合成方法運(yùn)行效率低、設(shè)計(jì)出的光柵長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布拉格光纖光柵僅具有矩形反射 譜等問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供的光纖布拉格光柵的合成方法包含以下步驟A、獲得初始條件設(shè)定光纖布拉格光柵的目標(biāo)反射率Rt，用剝層算法計(jì)算得到相應(yīng)的耦合系數(shù) q(q1; q2, · · · qn)；B、重構(gòu)耦合系數(shù)取q(qi，q2，. . . qn)的實(shí)部為初始條件，用非線性最小二乘法減小目標(biāo)函數(shù)Ctl，從而 重構(gòu)出需要的耦合系數(shù)Qjq1, q2，. . . qn)；
C、合成光纖布拉格光柵根據(jù)得到的耦合系數(shù)qm(qi，q2，. . . qn)、光柵長(zhǎng)度、周期等參數(shù)，制作光纖布拉格光 柵。以上所述設(shè)計(jì)光纖布拉格光柵是設(shè)計(jì)具有大帶寬三角形反射譜的布拉格光纖光 柵。以上所述設(shè)計(jì)三角形反射譜光纖布拉格光柵時(shí)，步驟A獲得初始條件中設(shè)定光纖 布拉格光柵的目標(biāo)反射率Rt，目標(biāo)反射率Rt具有三角形狀；若為多信道三角形反射譜光纖 布拉格光柵，則目標(biāo)反射率Rt是多信道。以上所述非線性最小二乘法是高斯_牛頓 算法。以上所述迭代過(guò)程中，耦合系數(shù)的下邊界約束條件設(shè)置為不小于0。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明所提供光纖布拉格光柵的合成方法，可以高效的重構(gòu)出所關(guān)心的光纖布 拉格光柵參數(shù)。2、本發(fā)明所提供光纖布拉格光柵的合成方法不僅充分發(fā)揮了的剝層算法和優(yōu)化 方法的優(yōu)點(diǎn)，而且成功避免了它們本身的不足，具有運(yùn)行效率高，設(shè)計(jì)出的光柵長(zhǎng)度短、沒(méi) 有啁啾等優(yōu)點(diǎn)。3、本發(fā)明所提供光纖布拉格光柵的的合成方法可以有效的降低最大折射率調(diào)制， 因此可以用來(lái)設(shè)計(jì)大帶寬布拉格光纖光柵。4、本發(fā)明所提供光纖布拉格光柵的的合成方法不但可以設(shè)計(jì)矩形光譜特性的光 纖布拉格光柵，還可以設(shè)計(jì)三角形光譜特性的光纖布拉格光柵。三角形反射率光纖布拉格 光柵的波長(zhǎng)和反射率線性變化，可以為單個(gè)或多個(gè)信道，因此在光傳感系統(tǒng)特別是多參量 傳感系統(tǒng)中，作為很好的光波長(zhǎng)解讀器件。5、本發(fā)明光纖布拉格光柵的合成方法設(shè)計(jì)出的三角形光譜特性的光纖布拉格光 柵波長(zhǎng)解讀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小。
圖1是本發(fā)明算法流程圖；圖2 (a)為設(shè)計(jì)的單信道三角形反射率光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制；圖2(b)為圖2(a)相應(yīng)的反射率；圖2(c)為目標(biāo)函數(shù)值在優(yōu)化過(guò)程中的變化曲線；圖3 (a)為設(shè)計(jì)得到的三信道三角形反射率光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制；圖3 (b)為圖3 (a)相應(yīng)的反射率；圖4(a)為折射率調(diào)制曲線；圖4(b)為圖4(a)中不同折射率調(diào)制所對(duì)應(yīng)的反射率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容加以詳細(xì)描述。如圖1所示設(shè)定光纖布拉格光柵的目標(biāo)反射率Rt，用剝層算法計(jì)算得到相應(yīng)的耦合系數(shù)q(q1; q2, · · · qn)；對(duì)于剝層算法(DLP)來(lái)說(shuō)，它是用反射矩陣Tp和相移矩陣ΤΔ來(lái)代替?zhèn)鬏斁仃嚘常?即Τ = ΤΡΧΤΔ。其中，反射矩陣Tp可以表示為
權(quán)利要求
一種光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于，包含以下步驟A、獲得初始條件設(shè)定光纖布拉格光柵的目標(biāo)反射率Rt，用剝層算法計(jì)算得到相應(yīng)的耦合系數(shù)q(q1，q2，...qn)；B、重構(gòu)耦合系數(shù)取q(q1，q2，...qn)的實(shí)部為初始條件，用非線性最小二乘法去減小目標(biāo)函數(shù)C0，從而重構(gòu)出需要的耦合系數(shù)qm(q1，q2，...qn)；C、合成光纖布拉格光柵根據(jù)得到的耦合系數(shù)qm(q1，q2，...qn)、光柵長(zhǎng)度、周期等參數(shù)，制作光纖布拉格光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述合成光纖布 拉格光柵是設(shè)計(jì)具有三角形反射譜的布拉格光纖光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述設(shè)計(jì)三角形 反射譜光纖布拉格光柵時(shí)，步驟A獲得初始條件中，設(shè)定光纖布拉格光柵的目標(biāo)反射率Rt， 目標(biāo)反射率Rt具有三角形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述設(shè)計(jì)多信道 三角形反射譜光纖布拉格光柵時(shí)，步驟A、獲得初始條件中設(shè)定光纖布拉格光柵的目標(biāo)反射 率Rt是多信道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述非 線性最小二乘法(NLLS)是高斯-牛頓算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述迭代過(guò)程中， 耦合系數(shù)的下邊界約束條件設(shè)置為不小于0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖布拉格光柵的合成方法。主要解決了現(xiàn)有光纖布拉格光柵合成方法運(yùn)行效率低、設(shè)計(jì)出的光柵長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、僅具有矩形反射譜等問(wèn)題。該方法包括三步，第一步是獲得初始條件，第二步是重構(gòu)耦合系數(shù)，第三步是合成光纖布拉格光柵。該方法簡(jiǎn)單高效，克服了傳統(tǒng)光纖布拉格光柵合成方法的不足。該方法可以設(shè)計(jì)具有三角形反射譜的布拉格光纖光柵，設(shè)計(jì)出的三角形反射譜的布拉格光纖光柵具有長(zhǎng)度短，沒(méi)有啁啾等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它可以有效降低折射率調(diào)制，因此可以設(shè)計(jì)大帶寬布拉格光纖光柵。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101963682SQ20091002340
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者劉雪明, 宮永康 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所