题目：光纤布拉格光栅的特性与应用研究

1978年首次报道了光纤布拉格光栅，之后的研究飞速发展。其主要原因有两个：一由于光纤布拉格光栅重要的物理特性，它被认为是最有潜力、应用范围广的准分布式测量型应用传感器。二在通信中光纤布拉格光栅成为一个至关重要的元器件，其中包括利用光纤布拉格光栅线性特性的波分复用器件、光纤激光器、光纤放大器、泵浦反射器和增益平坦设备，还有利用光纤布拉格光栅非线性特性产生隙孤子、布拉格孤子、光开关和色散补偿元件。基于攻读博士期间的各项课题研究内容的需要，本博士论文定题为光纤布拉格光栅的特性与应用研究，其中主要工作有：（1）基于光纤布拉格光栅的线性反射性质、波分复用特性和空分复用特性测量机翼微小振动的传感器系统。并且结合双激光器方式测量飞机机翼大变形方法，有效地进行机载对地观测毫米波综合孔径成像系统中相位补偿。（2）首次提出一种新颖的光热滤波器的设计。以热传导方程模型为基础，逐步计算出热源控制后的温度分布函数、热膨胀函数、弹性薄板最大位移函数，得到热源功率密度与光纤布拉格光栅反射波长偏移量之间的关系式。该新型光滤波器理论具有研究和实用价值。（3）基于耦合模方程研究光纤布拉格光栅产生的光孤子，第一利用EPP方法分析光纤布拉格光栅中孤子的解，基于非线性耦合模方程（NLCME），定性分析了无微扰条件下隙孤子的参数与孤子其他特性的关系。第二通过扰动方法建立了参量的微分方程，计算得到参量近似解。以周期非线性光学介质中隙孤子存在的条件为依据，计算分析得到两组参量关系不等式。通过数值计算分析了这些参量之间存在制约关系和讨论了其物理意义。第三国内首次提出新颖的光栅复用的并联与串联设计，并联光栅可以产生线性叠加复合孤子，串联光栅产生非线性叠加复合孤子，并得到两个通用表达式。从理论上证明复合光栅孤子作为光通信信号具有优越性和灵活性。（4）基于矩阵传递函数方法分析光纤布拉格光栅特性。建立了光纤光栅中的的光波传播电磁波模型，并用光波的复振幅矢量表达式描述，利用Cayley-Hamilton定理和第二类切比雪夫多项式进行化简计算。基于此数学模型的光栅反射率和透射率的数学分析，得到关于长短周期光栅和深浅度调制光栅的特性分析，并得到光栅初始位置的向前向后电场幅差值对终端位置的孤子的电场分布的影响。此方法对进一步分析非线性光纤光栅的特性和多种形式的光纤光栅的制作有通用价值。（5）搭建了一种全新概念的全光纤共光路的光学相干层析成像（OCT）系统，分析了该系统的信噪比，并且实验验证了信噪比中参数的有效性。基于信噪波优化后的系统，得到了小白鼠的大脑和青蛙眼的视网膜清晰的OCT图像。