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1、-课程设计任务书学生： 湘宝 专业班级：电子科学与技术0901班指导教师： 华 工作单位： 信息工程学院 题 目: Bragg光纤光栅的光谱仿真 初始条件：计算机、beamprop软件要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：1学习beamprop软件。2设计Bragg光纤光栅的光谱仿真3对Bragg光纤光栅进展beamprop软件仿真工作。3、查阅至少5篇参考文献。按理工大学课程设计工作规要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。时间安排：2021.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。2021.6.25-6.28学习beamprop软件，查阅相关资
2、料，复习所设计容的根本理论知识。2021.6.29-7.5对Bragg光纤光栅进展设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2021.7.6 提交课程设计报告，进展辩论。指导教师签名： 年 月 日系主任或责任教师签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1光纤光栅简介12 BeamPROP软件介绍23光纤光栅的绘制与设置33.1光纤光栅波导的全局设置33.2光纤光栅的绘制43.3光路的设置74光纤光栅的仿真84.1光栅*Z切面图84.2波形仿真94.3参数扫描105心得体会116参考文献12. z.-摘 要光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯
3、产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯形成一个窄带的滤波器或反射镜。本文介绍的是通过BeamPROP软件进展光纤光栅的光谱仿真，以及讨论了不同参量对光谱图的影响。本文包含了光纤光栅的根本原理、BeamPROP软件介绍、以及进展光谱仿真的具体步骤。关键词：光纤光栅；BeamPROP；光谱仿真. z.-Abstract Optical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive se*, through the method of uv e*posure will inciden
4、t light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber a*is within the core to the refractive inde* cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mirrors.This paper introduce is th
5、rough the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the specific steps.Keywords: fiber g
6、rating; BeamPROP; spectrum simulation. z.-1光纤光栅简介布拉格光纤光栅Fiber Bragg Grating简称为FBG。在纤芯形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。目前应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。由于光纤本身的低损耗、抗电磁干扰，它在远距离通信中的到了广泛应用，并随之在通信、传感等领域得到重视和应用。经过近二三十年
7、的研究与实践，光纤光栅迅速了很大开展，种类也迅速增加，出现了各种非均匀光纤光栅，1996年又出现了长周期光纤光栅。在实际需要的推动下，光纤光栅家族不断得到完善和丰富，也在通信和传感领域起到了无法替代的作用。其光谱图如图1.1所示。图1.1 光纤光栅光谱. z.-2 BeamPROP软件介绍RSoft是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。此软件由美国RSOFT公司出品，其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数。RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够
8、适用于各种不同要求场合。BPM计算方法也有多种形式，其中有限差分波束传播法FD-BPM得到了最广泛的应用，FD-BPM可以实现很准确的设计计算，同时可以允许较大的计算步进。我们使用的软件主要基于这种方法。其操作页面如图2.1所示。图2.1 RSoft的操作界面3光纤光栅的绘制与设置3.1光纤光栅波导的全局设置 首先，翻开BeamPROP CAD-Layout程序，开场这次的波导的总体设置。在菜单中选择New Circuit，在BPM Options一项选择3D的波导，其中波导类型选择Fiber，然后依次修改其中的Free Space Wavelength、Background Inde*等参数
9、，参数设置如图3.1所示。图3.1光纤光栅的全局设置 定义完全局后，开场定义变量。点击Edit Symbols按钮进展变量定义。其中我定义了Period、Lin、Lout、M、delta_grating等4个变量。如图3.2所示.图3.2 变量定义表3.2光纤光栅的绘制光纤光栅一共分3层。第一层的参数设置如图3.3所示。图3.3 第1层的参数设置图3.4 第2层的参数设置图3.5 第3层的参数设置光栅的第2、3层的参数设置如图3.4、图3.5所示。光栅的绘制过程中，我通过鼠标的点击与拖动画出三层光栅，通过对每个光栅的位置的设定可以实现第二层的首端与第一层的末端连接，第三层的首端与第二层的末端连
10、接。第二层的User 1的设定如图3.6所示。图3.6 User 1的定义为了以示区别，我把中间的一层光栅的颜色设置为yellow。然后通过右键点击光栅层对每层分别进展设置，最后生成的光栅图形如图3.7所示。图3.7 光纤光栅的波导3.3光路的设置 把光纤光栅绘制好后，就需要定义光路了。点击左侧工具栏中的Edit Pathways按钮，然后点击New将三层光波导涂成绿色。如图3.8所示。图3.8 定义光的路径 然后点击Monitors翻开监测器对话框，连续点击两次New，让第一个保持默认状态，第二个监测器，将Monitor ponent设为MajorBackward。如图3.9所示。图3.9
11、监视器1和监视器2的定义4光纤光栅的仿真4.1光栅*Z切面图 点击pute Inde* Profile按钮，将Display Mode选择为ContourMap*Z，将Z pute Step和Slice Step设置为0.25，如图4.1所示。观察的切面图如图4.2所示。图4.1 pute Inde* Profile的设定图4.2 光栅*Z切面图4.2波形仿真 为了进一步观察光在波导中传输时的分布情况。点击Perform Simulation图标翻开仿真对话框。仿真对话框的参数设置如图4.3所示。点击Bidirectional按钮以及修改Tolerance为5e-005。仿真结果，如图4.4所
12、示。图4.3仿真对话框的参数设置 图4.4 仿真结果的波形4.3参数扫描 点击Perform Parameter Scan按钮弹出对话框，设置如图4.5所示。设定好参数之后，得到正确的仿真结果如图4.6所示。图4.5 参数扫描对话框图4.6 仿真波形图5仿真波形讨论5.1改变Global Setings的设置通过改变Global Setings中的自由空间波长和Background Inde*的大小可以让波形左右移动。仿真波形随着波长和折射率的变化而变化，如图5.1所示。图5.1 仿真波形随波长和折射率的变化5.2改变变量M的设置Global Setings的设置保持开场的设置不变，通过改变变
13、量M、Period和delta_grating的大小的设置可以让波形的顶点上下移动。仿真波形随着变量M、Period和delta_grating的变化而变化。由于三种变量的讨论大致一样，我们只讨论了M的变化，仿真波形随M的变化如图5.2所示。M=40,Period=0.5 M=50,Period=0.5M=60,Period=0.5 M=70,Period=0.5图5.2仿真波形随M的变化6心得体会通过本次课程设计，我重新学习和弄清楚了光纤光栅的原理及其设计，并且初步学会用BeamPROP进展仿真。课程设计也让我学会了要充分的查找资料，利用身边的资源以及学会冷静的面对课程设计中出现的问题，从而
14、去有效地解决问题。 在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定方案，怎么样去实现这个方案，并掌握了在执行过程中怎么样去抑制心理上的不良情绪。同时我也明白对任何事情如果付出越多，则你收获也就越多。 通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力。我明白了，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。 对这门课程的最大收获除了学习到了知识以外，更重要的是让我明白了一个道理：只要全身心的投入到一件事中，并且要有持之以恒的决心，就一定会有收获。有的人觉得自己做不出来，就网上搜一个了事，但是，放弃一次黑暗中摸索的经历，就放弃了一次成长的时机！如果你付出了，没有收获。那只能说，是付出的还不够多。我想我对光电子的学习只能算是个入门，这个领域的开展空间非常大，应用围也非常广泛，而且我相信在将来还会有更加广阔的应用前景。因此在以后的学习过程中，我不能因为课程学习的完毕而完毕了我对这个领域的探索，相反我会更加努力的去
