Который нечувствителен к изменению температуры в диапазоне от 20 до 100
жүктеу/скачать 243,5 Kb.
|
2.Глава TFBG[1]
| Теория TFBG
Механизм связи мод в TFBG Как и обычные ВБР, Наклонные ВБР также обладают периодической модуляцией показателя преломления вдоль оси волокна, но в отличие от ВБР, в НВБР существует определенный угол наклона между плоскостью решетки и поперечным сечением волокна, что приводит к возникновению более сложной связи мод, как показано на рисунке. на рис. 1 и 2 Рис. 1 Структурная схема TFBG. Λ — период решетки, ξ — угол наклона [37]. Рис. 2 Иллюстрация волновых векторов для связи мод в TFBG [37]. Из-за наличия угла наклона, помимо связи мод между прямой и встречной модами сердцевины, в качестве связи первичной моды в обычных ВБР, связь мод сердцевины и оболочки может также возникать в TFBG, включая связь мод между прямо распространяющейся сердцевиной. мода и мода встречного распространения оболочки, а также связь мод между модой сердцевины, распространяющейся вперед, и модой излучения, поскольку диаметр волокна считается бесконечным. Соответственно спектр пропускания TFBG имеет много резонансных пиков. Для TFBG, экспонированных в воздухе, помимо резонансных пиков, соответствующих связи мод сердцевины, в коротковолновом диапазоне также существует серия дискретных резонансных пиков, соответствующих связи мод сердцевина-оболочка. А для TFBG с малыми углами наклона может также появиться фантомная мода, являющаяся результатом связи мод между модой сердцевины и некоторой низкой модой оболочки, как показано на рис. 3. Поскольку угол наклона и модуляция показателя преломления определяют эффективность связи и полосу пропускания резонансного пика моды оболочки, характеристики передачи TFBG предоставляют большой объем информации, связанной со структурой волокна и решетки. Рис. 3 Спектр пропускания TFBG с углом наклона менее 5 градусов [37]. Бекзат Ә Для количественной оценки характеристик передачи TFBG необходимо получить выражение для резонансной длины волны моды оболочки. Резонансную длину волны, зависящую от параметров решетки в TFBG, можно было бы получить, решая уравнения связанных мод, однако было бы удобнее решить этот вопрос по аналогии условий резонанса между FBG и TFBG. Для обычных ВБР резонансная длина волны, удовлетворяющая условию Брэгга, может быть описана как где neff,core — показатель преломления сердцевины волокна, а Λg — период решетки вдоль оси волокна. Условие выше брэгговского резонанса определяется связью мод между модой ядра, распространяющейся вперед, и модой ядра, распространяющейся во встречном направлении. А для TFBG из-за угла наклона плоскости решетки по отношению к оси волокна период решетки вдоль оси волокна может быть изменен как Заменив (1) на (2), условие брэгговского резонанса для TFBG можно выразить как Из-за наличия угла наклона часть света в режиме ядра, распространяющегося вперед, будет передаваться в режим оболочки, распространяющийся против, и резонансная длина волны режима оболочки определяется где neffCl,i — эффективный показатель преломления i-й моды оболочки Сходство между условиями резонанса ВБР и TFBG определяет, что основная мода TFBG имеет аналогичные характеристики восприятия, включая температуру, деформацию и т. Д. Однако для обычных ВБР на резонансную длину волны моды оболочки также влияет эффективный показатель преломления мод оболочки. , который чувствителен к температуре, деформации и поперечному сечению волокна. Из рис. 3 видно, что из-за сосуществования моды сердцевины и моды оболочки в TFBG, помимо длины волны Брэгга, в спектре пропускания TFBG появляется много других резонансных пиков, включая серию резонансных пиков моды оболочки. расположенных в коротковолновом диапазоне, а резонансный пик призрачной моды близок к брэгговской длине волны. Сложная связь мод, имеющая место в TFBG, определяет их отличительные характеристики по сравнению с обычными FBG, которые можно использовать для разработки новых фотонных компонентов для оптических коммуникаций и приложений оптического зондирования [37]. Разработка технологии изготовления TFBG Основные подходы к изготовлению TFBG включают метод фазовой маски, метод сканирования, метод точечной записи и т. д. В большинстве исследований применялся метод фазовой маски в сочетании с методом сканирования. Достоинством метода фазовой маски является то, что период решетки TFBG не зависит от угла наклона, и, следовательно, волоконные решетки могут быть изготовлены более гибко. Некоторые исследователи также представили голографический метод, с помощью которого можно значительно улучшить характеристики волоконных решеток, хотя период решетки обычно зависит от угла наклона. В 2006 г авторы [38] работы изготовили TFBG в фотонно-кристаллическом волокне (ФКВ) интерференционным методом на основе зеркала Ллойда. Другие ученые также разработали несколько новых схем изготовления TFBG. В 1999 году, написав TFBG в области оболочки светочувствительного волокна методом ультрафиолетового (УФ) воздействия, L. Brilland и другие сравнили его спектральные характеристики с TFBG, записанными в стандартном волокне со ступенчатым профилем показателя преломления, и проанализировали зависимость коэффициента отражения решетки от угла наклона [39]. Что касается изготовления TFBG с большим углом наклона, то в 2002 г. J.M. Battiato et al. успешно изготовлен TFBG с углом наклона, равным или превышающим 45 градусов, поляризационные характеристики которого ранее были экспериментально исследованы P.S. Westbrook et al. в 2000 г. [40-41]. Саят Теоретический прогресс в исследовании TFBG. Помимо связи мод и бокового излучения, много усилий было приложено к теоретическому аспекту, чтобы обнаружить другие выдающиеся характеристики TFBG. Фундаментальные подходы к анализу спектральных характеристик TFBG включают теорию связанных мод и метод объемного тока. Еще до появления волоконных решеток люди использовали теорию связанных мод для исследования плоских волноводных решеток, несколько методов и выводов из которых можно было импортировать и модифицировать для работы с TFBG. В 1996 году Т. Эрдоган и Дж. Sipe использовала теорию связанных мод для предварительного изучения спектральных характеристик и связи мод между управляемым режимом, режимом оболочки и режимом излучения TFBG [1]. Их теоретический расчет хорошо согласуется с экспериментальными результатами, и теория связанных мод также применима для работы с длиннопериодическими решетками (LPG) и некоторыми специальными решетками. Были получены выражения для резонансной длины волны, полосы пропускания, коэффициентов связи и постоянной распространения, а также их зависимость от периода решетки и эффективного показателя преломления. Впоследствии некоторые другие исследователи развили теорию связанных мод [42]. Основываясь на модели трехслойной среды и геометрии волокна, исследовательская группа Эрдогана разработала теорию многосвязных мод, обеспечивающую универсальную теоретическую основу для анализа связи мод [43-45]. Основываясь на хорошо зарекомендовавшей себя теории связанных режимов, в 2001 году Y. Ли и соавт. подробно проанализировали условие согласования фаз, зависимость от длины волны, угловое распределение и поляризационную зависимость TFBG, используя метод объемного тока в цилиндрической системе координат [46]. Экспериментальные результаты подтверждают его применимость для анализа внешней связи волоконных решеток с равномерной модуляцией показателя преломления, и при соответствующем приближении метод объемного тока эквивалентен теории связанных мод. Используя метод объемного тока, в 2005 году R. B. Walker и соавт. теоретически исследована физическая взаимосвязь между структурой решетки и формой поля излучения [47]. Тем временем Холмс и др. успешно объяснены некоторые спектральные характеристики TFBG с использованием теории антенн, которая, к сожалению, основана на приближении дальнего поля и не может быть непосредственно использована для расчета поля излучения вокруг волокна. Чтобы преодолеть этот недостаток, в 2003 году C. Jáuregui и соавт. представлена модель режимов облицовки в ближнем поле [48]. Кроме того, в 2006 г. Ли и др. использовал теорию связанных мод, чтобы доказать, что режим излучения зависит от ориентации, и также была получена взаимосвязь между углом наклона и направлением соскальзывания [49]. жүктеу/скачать 243,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|