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专利名称：光纤光栅或类似光纤光栅中信号传输和开关特性的分析方法
技术领域：
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种非线性光纤光栅或类似光纤光栅中信号传输和开关特性的分析方法。
背景技术：
当前的光通信系统中，网络节点的通信方式依然是光-电-光的，受电子器件的影响，信息处理速度仍然受到“电子瓶颈”的制约，从而浪费了光纤的带宽资源。因此，采用全光通信的方式来进行网络提速，实现全光路由和交换，克服电中继的瓶颈效应就显得非常必要。非线性光纤光栅是一种重要的无源光子器件，光纤光栅光开关的原理是，当强入射光进入光纤光栅时，光纤光栅的光谱会随着入射光功率的大小变化而变化，非线性效应随着功率的增大而增强，折射率受到非线性调制，从而使带隙发生移动，原本被完全反射，不能透过光栅的光就可以透过了，从而实现光开关的功能。光纤光栅和光纤耦合器发展速度越来越快，随着制作工艺的不断提高，在光纤通信系统中逐渐成为最重要的光纤无源器件之一。目前，已经能够制作出各种不同周期、非周期性光纤光栅。

发明内容
针对光纤光栅中信号传输的特点和耦合模方程，本发明提供了一种基于耦合模方程，分析光纤光栅或类似光纤光栅中脉冲传输和开关特性的方法(类似光纤光栅例如:负折射率材料反向波导耦合器)。开关的特性指陡峭性和阈值；传输特性是指脉冲走离、幅度、宽度变化特性。本发明采取以下技术方案:一种光纤光栅或类似光纤光栅中传输和开关特性的分析方法，其按如下步骤进行:第一步:建立光纤光栅中I禹合模方程。本发明考虑的光栅内部折射率的变化中，既要考虑到周期性变化，同时需要其非线性变化，可将折射率写成
权利要求
1.光纤光栅或类似光纤光栅中信号传输和开关特性的分析方法，其特征是按如下步骤进行: 第一步:建立光纤光栅中耦合模方程； 第二步:确定光纤光栅的边界和初始条件； 第三步:网格划分； 第四步:将偏微分方程离散化为常微分方程； 第五步:利用龙格-库塔方法对第四步的常微分方程进行数值求解； 第六步:得到表征开关特性的透射系数。
2.如权利要求1所述的分析方法，其特征是:第一步，光纤光栅中耦合模方程:将光栅内部折射率写成
3.如权利要求2所述的分析方法，其特征是:第二步，假设光只在I端口输入，因为反射从光栅的末端开始，则边界条件为 Af (O, t) =A (t), Ab (L, t) =0 (12) 第二个方程表示在光栅的尾部没有反射信号；假设光栅在初始时刻内部没有能量，即 Af’b(ζ, O) = O (13)。
4.如权利要求3所述的分析方法，其特征是:第三步，将耦合区L。等分成N(N ^ Lc)段，每段长Δζ = L/N,取每段最前端的点作为参考点，即Zj = j Δ z, j = 1，2...，Ν ；Af；b(j)=Af；b(j, t)=Af；b(Zj, t), Af(j)、Ab(j)分别表示f禹合区内各位置的正向和反向波解,对距离的微分改为对距离的差分，即dy/dz = [y(j)-y(j-l)]/ Δζ。
5.如权利要求4所述的分析方法，其特征是:第四步，考虑到传输过程中，反射波与透射波的传输方法相反，用y(j)=Af(Zj) (j=l,2, 3,-,N)来表示纤芯的正向波解，y (j)=Af (z2N+1_j) (j=N+l, N+2,…，2N)表示纤芯的反向波解，y (N, t) = U+ (L, t), y (2N, t) =U_(O, t)分别表示透射端口和反射端口的输出值；将原来的偏微分方程变为只对时间的常微分方程:
6.如权利要求5所述的分析方法，其特征是:第五步，利用龙格-库塔方法对第四步的常微分方程即式子(14a)、(14b), (14c)进行数值求解。
7.如权利要求6所述的分析方法，其特征是:第六步，光栅的透射系数和反射系数分别用如下式子来定义:
全文摘要
本发明公开了光纤光栅或类似光纤光栅中信号传输和开关特性的分析方法，其按如下步骤进行第一步建立光纤光栅中耦合模方程；第二步确定光纤光栅的边界和初始条件；第三步网格划分；第四步将偏微分方程离散化为常微分方程；第五步利用龙格-库塔方法对第四步的常微分方程进行数值求解；第六步得到表征开关特性的透射系数。本发明能准确地分析开关特性及信号传输特性，所分析的传输特性能准确反映信号在光纤光栅中的走离、幅度和宽度变化情况。
文档编号G01M11/00GK103115750SQ20131004627
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者李齐良, 唐向宏, 李承家, 张世龙, 胡淼, 周雪芳, 钱胜 申请人:杭州电子科技大学