FBG.zip_FBG_光纤_光纤FBG_光纤光栅_布拉格光栅_布拉格光栅中心波长公式推导过程资源-CSDN文库

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5星 · 超过95%的资源 154 浏览量 2022-09-23 21:13:04 上传评论 1 收藏 2KB ZIP 举报

光纤布拉格光栅（FBG，Fiber Bragg Grating）是光纤通信和光学传感领域中的重要组件。这种光栅是在光纤内部通过周期性改变光纤的折射率来实现的，可以反射特定波长的光，而让其他波长的光通过。在MATLAB中对FBG进行模拟和出图，有助于理解和分析其工作原理及特性。 FBG的基本工作原理基于布拉格反射。当入射光的波长与光栅的反射波长相匹配时，即满足布拉格条件（λ_B = 2n_effΛ），其中λ_B 是反射波长，n_eff 是光纤的有效折射率，Λ是光栅的周期，光将被强烈反射。这使得FBG可以用于波长选择性滤波、光分路器、光隔离器以及分布式温度、应变等物理量的传感。在MATLAB中模拟FBG的过程通常包括以下几个步骤： 1. **模型建立**：我们需要建立一个数学模型来描述光纤光栅的结构。这通常涉及定义光纤的折射率分布和光栅的周期。 2. **计算反射和透射系数**：利用傅里叶变换和耦合模理论，可以计算出FBG对不同波长的反射和透射特性。这部分代码通常涉及到复数运算和矩阵处理。 3. **绘制反射谱**：根据计算得到的反射系数，我们可以绘制出FBG的反射谱，展示其反射峰的位置和形状，这对于理解FBG的波长选择性至关重要。 4. **参数研究**：通过改变模型参数（如光栅长度、周期、折射率变化等），观察反射谱的变化，可以深入理解FBG的性能对这些参数的敏感性。在"FBG.m"这个文件中，可能包含了上述过程的MATLAB代码。文件可能包括定义FBG参数的变量，如光栅周期、光纤折射率、光栅长度等；定义计算反射谱的函数；以及绘制反射谱的指令。通过运行这段代码，我们可以直观地看到不同设置下的FBG反射行为，这对于设计和优化FBG器件非常有帮助。此外，FBG在实际应用中还有许多扩展领域，例如： - **光纤通信**：FBG用作波长分复用/解复用器，提高光纤通信系统的容量。 - **光纤传感**：由于FBG的反射波长会随环境因素（如温度、压力、应变）改变，因此可用来构建分布式传感器网络，监测桥梁、管道等基础设施的安全状态。 - **激光器调谐**：FBG可用于稳定激光器的输出波长，或者作为可调谐滤波器，控制激光器的输出特性。光纤布拉格光栅FBG是现代光学和光电子技术中的核心元件，其在MATLAB中的建模和仿真不仅加深了我们对其物理特性的理解，也为实际应用提供了有力的工具支持。通过分析和运行"FBG.m"文件，我们可以更深入地探索和利用FBG的各种功能。

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% 用传输矩阵法求解FBG反射谱南开FBG传输矩阵法-3 L=0.015;%光栅长度单位：米 Neff=1.47;%有效折射率 DeltaN=0.0001;%折射率调制深度 M=100;%传输矩阵分段数 Lambda=[1559:0.01:1561]*1e-9;%光波波长范围及间隔 FWHM=L/2;%高斯包络半高宽 C=0;%啁啾系数通常取0.02 0.04 0.06 0.08 等单位：nm/cm for k=1:201 %循环次数为（1561-1559）/0.01+1 F=[1,0;0,1];%初始化传输矩阵 for n=1:M %循环M次 %Apo=exp(-4.*log(2)*(n*L/M-L/2)^2/FWHM^2);%高斯切趾函数 Apo=0.9-0.1*cos(2*pi*(n*L/M-L/2)/0.045); % Apo=1; %Apo=(0.54-0.46)*cos(2*pi*(n*L/M-L/2)/0.015); %ampt=0.8e-4*hamming(M); %w(n,0.46)=0.54-0.46*cos(2*pi*n/M)) LambdaB=1560e-9*(1+C*DeltaN*Apo/Neff);%每段光栅中心波长 Delta=2*pi*Neff*(1/Lambda(k)-1/LambdaB)*(1+C*DeltaN*Apo/Neff)+2*pi*DeltaN*Apo/Lambda(k); kappa=pi*DeltaN*Apo/Lambda(k); GammaB=sqrt(kappa^2-Delta^2); if GammaB~=0%GammaB不为零即除数不为零的修正 F=F*[cosh(GammaB*L/M)-i*(Delta/GammaB)*sinh(GammaB*L/M),-i*(kappa/GammaB)*sinh(GammaB*L/M);i*(kappa/GammaB)*sinh(GammaB*L/M),cosh(GammaB*L/M)+i*(Delta/GammaB)*sinh(GammaB*L/M)];%各小光栅的传输矩阵相乘 F=F/abs(F(1,1));%传输矩阵归一化避免F过大溢出出错 end end R(k)=(abs(F(2,1)))^2;% 求反射率 end plot(Lambda,R); [R,I]=max(R);%求取反射谱中心波长 %[R,I]=min(y);%求取透射谱中心波长 text(Lambda(I),R,num2str(Lambda(I))); lambdab=Lambda(I) % 输出中心波长 R0=R %输出反射率 position=I xlabel('Wavelength/nm'); ylabel('R'); title('FBG反射谱');