取样光纤光栅的原理及基于MATLAB 的反射谱仿真 取样光纤光栅其实与相称光纤光栅基本上一致,不同的地方在于,相移光栅是在均匀布拉格光栅的某一点处引入相移,导致在反射谱中新开出了一个或者多个窗口,窗口的多少与光栅的相移点的多少有关,取样光栅在结构上与此相似,一段均匀布拉格光栅后接一段正常光纤,正常光纤的作用引起一定的相移,因而其反射谱呈现出梳状结构,在反射窗口中打开一个个通道。通道的个数以及通道间隔,反射率的大小与取样的周期、光栅长度、折射率调制深度等相关。 取样光栅的结构如图: pqdLFBG 图 1 取样光栅的结构图 光栅长度为 p ,光栅与光栅之间的间隔为q,整个取样周期为dpq,取样点为:/kL d,占空比为/p d ;取样光栅的梳状谱被 sinc 函数调制,sinc 函数为:1 2( )sin[ () ]2ABzf zcL,L 指整个光栅的长度,AB 均为常数,若占空比满足一定条件时,类似于平面光栅,会出现缺级现象。 取样光栅的调制函数为: ( )( ) ( )sf zf z s z (1) 其中:2( )[1 cos()]f zn ,( )()ps zgzmd 对(1)进行付立叶变换,( )sf z 的付立叶变换等于( )f z 和 ( )s z 卷积。 进行付立叶变换以后的频域上的表示可得到其取样光栅的匹配条件: 22/2/0m d (2) 用有效折射率表示为: 20, 1....1effmnmm d (3) 由此可以得出取样光栅的反射谱由几个峰组成,而且可以计算出相邻两个峰之间的波长间 隔。 对于每一个峰,所对应的传播常数以及有效折射率都不同。 设两个相邻的峰其传播常数为:1 、2 ,以及其有效折射率分别为:1effn、2effn, 由上式得知: 12d (4) 带入得: 201212022effeffn dn dd (5) d 为取样周期,可得,取样周期越大,波长间距越小。 取样光栅与相移光栅在结构上的区别,相移光栅是一段光栅过后加一一段有相移的光栅,而取样光栅是先一段光栅,然后经过一段正常光纤,然后再经过一段光栅,正常光纤的作用,相当于是使光的传输增加了一个相移。 利用传输矩阵对其进行分析,有每一个取样点中,均匀布拉格光栅的传输矩阵为: 11111212112211cosh( ())sinh( ())sinh( ())sinh( ())cosh( ())sinh( ())iiiiiiiiiiiifq zzjs zzqfjs zzqfjs zzqfq zzjs zzq ...