【正文】 易操作性。交換系統(tǒng)基本都由 不同頻率的光波長接合 波分復用技術中的 光交叉連接 (OXC)器和光多路分插復接 /解復接 (OADM)器等 關鍵光器件來承擔路由交換功能，而不再需要進行 電 光和光 電轉換。從而大大減輕了電交換節(jié)點上的由于容量不斷增加而產生的壓力。 基于 波分復用技術的WDM 全光網(wǎng)絡成為了研究熱點，國際電聯(lián)將其命名為光傳送網(wǎng)。在波分復用技術下，波長本身成為組網(wǎng)（分插、交換、路由）的重要資源。同時同步數(shù)字序列（ SDH）、異步傳送模式（ ATM）、 IP/TCP協(xié)議 及多標記協(xié)議交換（ MPLS）等光網(wǎng)絡協(xié)議 標準，是目前人們組建全光網(wǎng)絡的主要依據(jù)。全光通信網(wǎng)絡是解決目前所謂電子瓶頸問題的根本途徑，它可以從大幅度提高節(jié)點的數(shù)據(jù)吞吐容量，從網(wǎng)絡中傳輸和交換兩個方面滿足人們不斷增長的對通信帶寬的需求。 第一章 緒論 3 全光網(wǎng)絡是指光信息碼流在通信網(wǎng)絡中的傳輸和交換環(huán)節(jié)始終以光的形式實現(xiàn)，而不需要經(jīng)過光 電、電 光變換。 光子技術涉及到光時分復用、光空分復用、光波分復用和光碼分復用等復用技術?，F(xiàn)代通信網(wǎng)由傳 輸和交換兩大部分組成，傳輸系統(tǒng)容量的快速提升也構成了交換系統(tǒng)發(fā)展變革的巨大動力。摻鉺光纖放大器和波分復用技術的聯(lián)合使用使得單根光纖的容量達到幾百吉比特每秒到幾十太比特每秒的數(shù)量級。但受電子器件速率瓶頸的限制，單信道速率達到 40Gbit/s以上非常困難。 為了滿足構建信息高速公路的需求，伴隨著光纖 通信的發(fā)展，光纖通信的容量也一直在加速提升。這期間，波分復用光通信技術、相干光通信技術和光纖放大器技術等新技術也受到了人們的重視，開始投入大量的人力物力進行研究。同時為了擴展傳輸帶寬，光纖也由多模光纖向單模光纖過 渡。光纖通信系統(tǒng)由 m? 波長窗口過渡到損耗更小的 m? 波長和 m? 波長窗口。半導體光源和探測器的壽命和性能也不斷改善。 m?波長上的損耗低到了 2dB/km左右。 20世紀七十年代 ,是光纖通信由起步到逐漸成熟的時期。同年， GaAlAs異質結半導體激光器實現(xiàn)了室溫下的連續(xù)運轉，為光纖通信系統(tǒng)提供了理想的光源。因在光纖通信領域里光纖中實現(xiàn)光傳輸?shù)耐黄菩猿晒?,高錕博士獲得了 2021年的諾貝爾物理學獎。 1966年，英籍華人高錕博士和他的同事 G. A. Hockham，在研究了光在石英玻璃纖維中傳輸?shù)奶匦詷O光纖光柵特性仿真研究 2 其損耗問題之后，發(fā)現(xiàn)光在石英光纖中傳輸時的主要損耗是因為其中含有過量的銅、鐵、鉻、錳等金屬離子和其他雜質，另外在拉制光纖時由于工藝技術等原因也造成了芯、包層分界面的不均勻，從而也導致光在玻璃纖維中傳輸?shù)恼凵渎室彩遣痪鶆虻摹，F(xiàn)代光纖通信技術涉及 光纖光纜技術、傳輸技術、光有源器件、光無源器件以及光網(wǎng)絡技術等 。 關鍵詞 ：光纖光柵 耦合模理論 傳輸矩陣法 光通信器件 數(shù) 值仿真 第一章 緒論 光纖通信技術是以光波為載波 ,以光導纖維為傳輸信道的一種現(xiàn)代有線通信 技術?；隈詈夏＠碚摵蛡鬏斁仃嚴碚搶χ匾膬深惞饫w光柵：均勻光纖光柵和線性啁啾光纖光柵進行了分析推導。在實際的光柵設計過程中，我們總是希望由所期望的光學特性來確定光柵的各個參數(shù)的值，因而對光纖光柵特性方面的數(shù)值模擬就具有非常重要意義。 光纖中的光致折射率改變現(xiàn)象最初僅是一個科學問題，用來滿足人們科學探索的好奇心，而正是因為光纖光柵在光通信與 光傳感領域的扮演的重要角色也使其成為光纖領域的一項基本技術。所謂光纖光柵即指光纖軸向上存在的折射率周期性變化。第一章 緒論 1 摘 要 全光通信是光纖通信的發(fā)展方向，自從 1978 年 Hill 等人制作出第一條光纖光柵之后，作為重要的全光網(wǎng)絡器件之一，光纖光柵的研究和應用就一直受到人們的重視。光纖光柵這種新型的光纖器件由于其獨特的光學特性和靈活的設計特點 ,在光通信系統(tǒng)中有著廣泛的應用 ,包括濾波器、全光復用 / 解復用器、色散補償器和激光器諧振腔等等。其制作原理是基于石英光纖的光敏效應。 在光纖通信的應用中根據(jù)應用場合的不同，針對對光纖光柵的光譜方面和色散方面特性會提出相應的專門要求，為了給光纖光柵制作過程中的方法選擇及參量控制提供理論性指導，對光纖光柵的理論與應用研究有重要的實際意義。 本論文以光纖通信發(fā)展為主線介紹了光纖光柵的歷史及其在光通信領域的應用，概述了光纖光柵的光敏效應，以光波導為背景介紹了分 析光纖光柵常用的耦合模理論以及傳輸矩陣理論。并對兩類光纖光柵的光譜方面特性進行了仿真研究， 繪制出了兩類光纖光柵在不同參數(shù)下的反射光譜特性曲線，討論了不同參數(shù)對光纖光柵頻率選擇特性和色散特性的影響 , 所得結果可作為這類光纖光柵結構參數(shù)設計的參考依據(jù) ,給光纖光柵制作過程中的方法選擇及參量控制提供理論指導，為光纖光柵這一重要器件的仿真軟件的構建進行初步的探索。人類已進入信息化時代，人類對通信的需求呈現(xiàn)加速增長的趨勢，而光纖通信技術是構建信息高速公路的主要支柱。 光纖通信歷史及發(fā)展 : 1880年，貝爾利用太陽光作為光源，以大氣為傳輸信道，用硒晶體作為光接收器，進行了光電話的實驗，實現(xiàn)了真正現(xiàn)代意義下的光通信，使通話距離最遠達到了二百多米，但空間光傳輸易受到氣候和周圍環(huán)境等條件的影響 ，損耗也比較大。他們 的研究成果以《光頻率的介質纖維表面波導》為題。 1970年，美國康寧玻璃公 司研制出損耗為 20dB的石英光纖，從實踐上證明了光纖作為通信的傳輸媒介是大有希望的。從此以后，光纖通信進入了快速發(fā)展時期。以光纖傳輸損耗的逐年下降為標志。同時光纖傳輸帶寬也 得到了提升。 20世紀八十年代，是光纖通信得到大發(fā) 展的時期。在 m? 波長上實現(xiàn)了 ，在 m? 波長窗口上更可實現(xiàn) 。工作于 m? 波長上的單模光纖通信系統(tǒng)被廣泛使用。八十年代末期，工作于 m? 波長窗口上的光纖放大器 摻鉺光纖放大器問世，使得 m? 波長窗口上的光纖通信系統(tǒng)得到快速發(fā)展。提高容量的途徑之一是提升光纖單信道的容量，到了 1993年， ， 1995年 10Gbit/s的系統(tǒng)也被推出。提高容量的另外一條途徑是使用波分復用技術。 全光網(wǎng)絡 : 隨著光纖通信容量的不斷快速提升，電子瓶頸對通信容量的限制問題開始變的越來越突出。為了克服電子瓶頸對通信網(wǎng)的限制，人們在交換系統(tǒng)中引入了光子技術。上述的復用技術分別從時間域、空間域、頻率域和碼字域的角度進行信號復用，不但增加了光纖通信系統(tǒng)的容量，而且豐富了光信號交換、控制方式，為光域下交換系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了可能性，為全光網(wǎng)絡的實現(xiàn)提供了可選的技術途徑。也就是說信息碼元從源到宿的的傳輸交換過程中始終在光域內進行，不需要像傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)那樣在中繼和交換等環(huán)節(jié)進行光域到電域的變換。全光通信網(wǎng)絡的發(fā)展取決于光纖通信網(wǎng)絡中光放大、光色散抑制、光交換以及光信號處理等各個具體關鍵技術的發(fā)展。 到了 20 世紀 90 年代中后期， 波分復用技術開始在光纖通信系統(tǒng)中大規(guī)模使用。在全光網(wǎng)絡中，光的波分復用技術不僅為現(xiàn)代光纖通信提供巨大的帶寬容量，同時也提供豐富的可優(yōu)化使用這些帶寬的組網(wǎng)資源。光傳送網(wǎng)是在傳輸網(wǎng)上引入光層，在光的層面上進行交叉連接和分插復用?；?光的波分復用技 術的光纖 全光網(wǎng)絡中，波分復用設備 除了作為光傳輸系統(tǒng)的基本設施，而且在光交換系統(tǒng)中也起著重要作 用。 基于 波分復用的 WDM 全光網(wǎng)絡技術具備很多優(yōu)點，如本地數(shù)據(jù)業(yè)務可通過本地節(jié)點提供的以太網(wǎng)、SDH、 ATM等 接口，靈活可靠地接入 WDM 全光網(wǎng)絡。以波分復用技術為基礎的 WDM全光網(wǎng)絡目前得到了快速發(fā)展。光纖光柵便是這類器件中得到人們廣泛重視的一類器件。在隨后的幾十年里， 光纖通信經(jīng)歷了從短波長到長波長、從多模光纖向單模光纖、從單信道低速率向多信道高速率、從單一的光纖傳輸向光纖組網(wǎng)進而向全光網(wǎng)絡的演進的大發(fā)展。 光纖光柵歷史及發(fā)展 : 1978 年加拿大 渥太華的加拿大通信研究中心 的 K. Hill 等研究人員 ,使用波長為 488nm 和 的單模氬離子激光器，基于駐波法在摻鍺光纖中，首次制作出了光纖光柵。當時， K. Hill 等人把氬離子激光器發(fā)出的激光注入摻鍺光纖，幾分鐘后觀察光纖光柵特性仿真研究 4 到了反射的激光強度的增加。通過 對反射光譜進行的間接測量最終確定在一條一米長的光纖上制