專利名稱：三角形反射譜光纖布拉格光柵的合成方法
技術領域：
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：
光纖布拉格光柵(FBG)具有體積小、波長選擇性好、極化不敏感、附加損耗小、耦 合性好等優(yōu)點，這使得基于光纖光柵型的光器件成為全光通信網中的理想器件，如光學濾 波器、光學傳感器、激光器、色散補償器等。在設計光纖布拉格光柵時，傳統(tǒng)上一般采用傳輸矩陣法。即在給定各個光柵參數 (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 設計光纖布拉格光柵雖然很直接，但在實際操作中并不方便，因為在設計布拉格光纖光柵 過程中，必須首先對不同光柵類型(如取樣光柵、切趾光柵、取樣光柵)進行深入的了解，謹 慎選擇各個參數，如果參數設置不合適，會導致錯誤的設計結果。因此，光纖光柵合成方法引起了人們的關注。它是一種反向重構方法，即在設定需 要的光纖布拉格光柵特性情況下，直接重構出所關心的光柵參數?，F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。剝層算法雖然簡單高效，但它重構的光柵 長度長、啁啾很復雜，因此實際很難制作；優(yōu)化算法如遺傳算法、模擬退火算法等，雖然可以 設計出不含啁啾的光纖光柵，但是它的運行效率一般較低。對于光纖布拉格光柵來說，它的帶寬越大，其需要的折射率調制越大。但是到目前 為止，即使在試驗中應用先進的飛秒刻寫技術，最大折射率調制也只能達到5X 10_3量級。 因此要實現大帶寬布拉格光纖光柵，降低最大折射率調制很有必要。而且，目前設計的布拉 格光纖光柵僅是應用其反射譜具有近似矩形的窄阻帶特性進行波長濾波，這樣并沒有充分 發(fā)揮光纖布拉格光柵的性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種光纖布拉格光柵的合成方法，以解決現有技術中光纖布拉格光柵 合成方法運行效率低、設計出的光柵長度過長、結構復雜、布拉格光纖光柵僅具有矩形反射 譜等問題。本發(fā)明的技術解決方案是本發(fā)明提供的光纖布拉格光柵的合成方法包含以下步驟A、獲得初始條件設定光纖布拉格光柵的目標反射率Rt，用剝層算法計算得到相應的耦合系數 q(q1; q2, · · · qn)；B、重構耦合系數取q(qi，q2，. . . qn)的實部為初始條件，用非線性最小二乘法減小目標函數Ctl，從而 重構出需要的耦合系數Qjq1, q2，. . . qn)；
C、合成光纖布拉格光柵根據得到的耦合系數qm(qi，q2，. . . qn)、光柵長度、周期等參數，制作光纖布拉格光 柵。以上所述設計光纖布拉格光柵是設計具有大帶寬三角形反射譜的布拉格光纖光 柵。以上所述設計三角形反射譜光纖布拉格光柵時，步驟A獲得初始條件中設定光纖 布拉格光柵的目標反射率Rt，目標反射率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。以上所述迭代過程中，耦合系數的下邊界約束條件設置為不小于0。本發(fā)明具有的優(yōu)點是1、本發(fā)明所提供光纖布拉格光柵的合成方法，可以高效的重構出所關心的光纖布 拉格光柵參數。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，而且成功避免了它們本身的不足，具有運行效率高，設計出的光柵長度短、沒 有啁啾等優(yōu)點。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制， 因此可以用來設計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計矩形光譜特性的光 纖布拉格光柵，還可以設計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 光柵的波長和反射率線性變化，可以為單個或多個信道，因此在光傳感系統(tǒng)特別是多參量 傳感系統(tǒng)中，作為很好的光波長解讀器件。5、本發(fā)明光纖布拉格光柵的合成方法設計出的三角形光譜特性的光纖布拉格光 柵波長解讀器結構簡單、成本低、體積小。


圖1是本發(fā)明算法流程圖；圖2 (a)為設計的單信道三角形反射率光纖布拉格光柵的折射率調制；圖2(b)為圖2(a)相應的反射率；圖2(c)為目標函數值在優(yōu)化過程中的變化曲線；圖3 (a)為設計得到的三信道三角形反射率光纖布拉格光柵的折射率調制；圖3 (b)為圖3 (a)相應的反射率；圖4(a)為折射率調制曲線；圖4(b)為圖4(a)中不同折射率調制所對應的反射率。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的內容加以詳細描述。如圖1所示設定光纖布拉格光柵的目標反射率Rt，用剝層算法計算得到相應的耦合系數q(q1; q2, · · · qn)；對于剝層算法(DLP)來說，它是用反射矩陣Tp和相移矩陣ΤΔ來代替?zhèn)鬏斁仃嚘常?即Τ = ΤΡΧΤΔ。其中，反射矩陣Tp可以表示為
權利要求
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、獲得初始條件設定光纖布拉格光柵的目標反射率Rt，用剝層算法計算得到相應的耦合系數q(q1，q2，...qn)；B、重構耦合系數取q(q1，q2，...qn)的實部為初始條件，用非線性最小二乘法去減小目標函數C0，從而重構出需要的耦合系數qm(q1，q2，...qn)；C、合成光纖布拉格光柵根據得到的耦合系數qm(q1，q2，...qn)、光柵長度、周期等參數，制作光纖布拉格光柵。
2.根據權利要求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 拉格光柵是設計具有三角形反射譜的布拉格光纖光柵。
3.根據權利要求2所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述設計三角形 反射譜光纖布拉格光柵時，步驟A獲得初始條件中，設定光纖布拉格光柵的目標反射率Rt， 目標反射率Rt具有三角形狀。
4.根據權利要求4所述的光纖布拉格光柵的合成方法，其特征在于所述設計多信道 三角形反射譜光纖布拉格光柵時，步驟A、獲得初始條件中設定光纖布拉格光柵的目標反射 率Rt是多信道。
5.根據權利要求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.根據權利要求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程中， 耦合系數的下邊界約束條件設置為不小于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。主要解決了現有光纖布拉格光柵合成方法運行效率低、設計出的光柵長度過長、結構復雜、僅具有矩形反射譜等問題。該方法包括三步，第一步是獲得初始條件，第二步是重構耦合系數，第三步是合成光纖布拉格光柵。該方法簡單高效，克服了傳統(tǒng)光纖布拉格光柵合成方法的不足。該方法可以設計具有三角形反射譜的布拉格光纖光柵，設計出的三角形反射譜的布拉格光纖光柵具有長度短，沒有啁啾等優(yōu)點。同時，它可以有效降低折射率調制，因此可以設計大帶寬布拉格光纖光柵。
文檔編號G02B6/02GK101963682SQ20091002340
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者劉雪明, 宮永康 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所