基于弯曲声波调制的新型光纤声光可调滤波器研究

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与传统光纤器件相比,光纤声光器件具有插入损耗小、偏振相关性低和电调谐性好等特点,在光纤通信和光纤传感领域有着广阔的应用前景,越来越受到广大研究人员的关注。随着光纤声光器件不断发展,更好的滤波特性和调谐特性将成为光纤声光滤波器件的重要研究方向。本文从光纤声光效应出发,介绍了光纤声光效应的基本原理和光纤声光器件研究进展;基于光纤的耦合模理论对声致光纤光栅的模式耦合特性进行了分析;实验上分别实现了宽带调谐的光纤声光带阻滤波器和带通滤波器,并对它们的光谱特性、耦合机理及调谐特性进行了分析。主要研究内容包括:   ⑴在设计并建立基于弯曲声波调制的声致光纤光栅实验系统平台的基础上,对声致光纤光栅的谐振波长在不同波长区域表现出的不同频率响应特性进行了理论和实验研究。根据超声变幅杆原理和弹性介质中的振动理论,设计并实现了用于弯曲模式声波激励的超声换能器结构。并通过对超声变幅杆形状、尺寸等对换能效率的理论分析,设计了空心的铝制锥型超声变幅杆以提高声波放大效率,从而建立了基于弯曲声波调制的光纤声光可调滤波系统实验平台。在实验中发现声致光纤光栅在低频和高频声波频率范围内谐振波长具有不同的频率响应趋势,并且通过对声致光纤光栅相位匹配曲线的理论计算对此现象进行了解释。   ⑵实现了基于弯曲声波调制普通单模光纤的宽带光纤声光可调滤波系统。从声阻抗匹配的角度出发,通过合理选择背衬材料和粘合胶体,实现了对超声换能器的进一步优化,并利用优化的换能器实现了高效率的可调带阻滤波器。基于光纤中声光相互作用理论,利用氢氟酸腐蚀光纤包层的方法实现了调谐范围达到264nm的声光可调谐滤波器。同时基于光纤光栅的耦合模理论建立了分析声光可调谐滤波特性的理论模型,并理论模拟了其透射谐振波长的频率响应,理论计算结果和实验结果基本符合。   ⑶将光纤错位熔接技术与光纤声光效应相结合,实现了光纤声光可调带通滤波器,并对其谐振波长的频率和电压调谐特性进行了研究。利用小错位量的光纤熔接结构实现了声光可调带阻滤波器,并对实验观察到透射光谱中的微弱干涉现象进行了简单的理论分析。
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