Подавление боковых резонансов в спектре волоконных брэгговских решеток, записанных гауссовым пучком в голографических схемах

• Автор: Абдуллина, Софья Рафисовна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор методов расчета, записи и характеризации ВБР
1.1. Методы расчета ВБР
1.2. Схемы записи ВБР
1.3. Выводы к главе
Глава 2. Оптимизация параметров УФ лазера для записи ВБР
голографическими методами
2.1. Удвоение частоты аргонового лазера во внешнем резонаторе
2.2. УФ аргоновый лазер с внутрирезонаторным удвоением частоты
2.3. Выводы к главе
Глава 3. Подавление боковых резонансов в спектре отражения ВБР
различными методами
3.1. Выравнивание среднего значения наведенного показателя
преломления вдоль ВБР в схеме записи с фазовой маской
3.2. Выравнивание среднего значения наведенного показателя
преломления вдоль ВБР в схеме записи с подвижной фазовой маской
3.3. Выравнивание среднего значения наведенного показателя
преломления вдоль ВБР в схеме записи с интерферометром Ллойда
3.4. Выводы к главе
Заключение
Список обозначений и сокращений
Список литературы

Введение
Возниковение и развитие волоконной оптики было обусловлено главным образом потребностями общества в технологиях оптической связи [1]. Создание одномодовых волоконных световодов с малыми потерями в ближней инфракрасной области спектра (минимум потерь -0.2 дБ/км достигается вблизи длины волны X.—1550 нм) привело к увеличению дальности передачи сигнала и пропускной способности волоконно-оптических линий связи. Также получили развитие волоконные лазеры и сенсорные системы [2]. Одним из ключевых элементов в различных устройствах волоконной оптики в настоящее время являются волоконные брэгговские решетки (ВБР) [2-5]. ВБР представляет собой отрезок оптического волокна с периодическим (период Л) изменением показателя преломления в сердцевине. На рис. 1 показано схематическое изображение ВБР в одномодовом волоконном световоде.
Рис. 1. Схематическое изображение ВБР в одномодовом волоконном световоде: 1 - оболочка, 2 - сердцевина.

Типичные параметры телекоммуникационных волокон: диаметр оболочки Д./—125 мкм, радиус сердцевины асоге~4.1 мкм, показатели преломления кварцевой оболочки н1=1.465, сердцевины п2=1А7. Добавка показателя преломления в сердцевине н2-Я1~0.005 создается за счет примеси диоксида германия (веОг) с концентрацией ~3 мол. %, который в свою очередь вносит минимальные примесные потери порядка —0.01 дБ/км. Формирование ВБР в сердцевине происходит вследствие фотомодификации легированного стекла при засветке волоконного световода ультрафиолетовым излучением (УФ) с пространственной модуляцией интенсивности, например, в области интерференции пучков [6]. Относительное изменение показателя преломления может достигать Ап/п~ 10‘2, если световод предварительно насытить водородом

Электромагнитную волну, распространяющуюся по волоконному световоду, можно представить в виде комбинации направляемых и излучательных мод световода. Направляемым модам соответствует дискретный набор констант распространения р^ в то время как излучательные моды образуют континуум р. Структура показателя преломления волоконной решетки выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимое резонансное взаимодействие между заданными модами волоконного световода. Взаимодействие мод волоконного световода обычно описывается с помощью теории связанных мод [8], в рамках которой предполагается, что на определенной длине волны только две моды удовлетворяют условию фазового синхронизма и, следовательно, могут эффективно передавать друг другу энергию. Две бегущих волны с одной длиной волны излучения взаимодействуют на однородной решетке показателя преломления с периодом

Для сравнения результатов эксперимента с теорией проводилось численное моделирование спектров ВБР с помощью программ, предоставленных автором работы [101]. Распространение одномерной скалярной монохроматической волны в среде описывается волновым уравнением [102]
^- + кгЕ = 0 (1.6)
где Е=Е{г) - скалярное поле, точнее одна из компонент вектора

электромагнитного (ЭМ) поля, к=коп(г), кп - волновое число ЭМ волны в вакууме, п(г) - заданный показатель преломления среды.
Рассматривалась задача о рассеянии (частичном отражении) волны с единичной амплитудой, падающей на область неоднородности - отрезок (0,1)
слева. В этом случае поле Е при г<0 представляется в виде Е = Д,е'*‘2 + Вхе ,к'г, где А и В - комплексные амплитуды падающей и отраженной волн соответственно, к]=копо - волновое число
Ц 1 = 1 (1.7)
При 2> Е - Аге'к'~‘ - имеется только прошедшая волны с комплексной амплитудой А2. Поле Е внутри отрезка (0,1) и амплитуды А 2, В определялись в результате численного решения уравнения (1.6). В силу линейности уравнения (1.6) можно задать начальные условия на правой границе, решить уравнение, а затем полученное решение домножить на некоторый коэффициент Кс, чтобы оно удовлетворяло условию (1.7). Поскольку фаза волнового решения (1.6) определена с точностью до постоянного сдвига, а амплитуда с точностью до постоянного множителя, комплексная амплитуда А2 произвольна и была задана в виде: