(完整版)均匀光纤光栅光谱仿真研究毕业设计
大学大物实验光栅光纤维仿真实验报告
大学大物实验光栅光纤维仿真实验报告[实验名称]衍射光栅[实验目的]1、观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。
2、进一步熟悉分光计的调节和使用。
3、学会测定光栅的光栅常数、角色散率和汞原子光谱部分特征波长。
[实验仪器]JJY1型分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等。
[实验原理]1、衍射光栅、光栅常数。
d=a+b为相邻两狭：缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
由上式可知，光栅光谱具有以下特点：光栅常数d愈小（即每毫米所含光栅刻线数目越多）角色散愈大；高级数的光谱比低级数的光谱有较大的角色散；衍射角很小时，式（40-2）中的色散率D可看作常数，此时与成正比，故光栅光谱称匀排光谱。
2、光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量：根据方程（40-1）式可知，若已知入射光在某一级某一条光谱线的波长值，并测出该谱线的衍射角，就可以求出所用光栅的光栅常数d。
反之，若已知所用光栅的光栅常数，则可由（40-1）式测出光源发射的各特征谱线的波长。
角的测量可由分光计进行。
[小结与讨论]（1）做此实验观察了光栅的衍射光谱，理解了光栅衍射的基本规律，进一-步熟悉了分光计的调节与使用，测定了光栅常数，角色散率。
达到了实验的预期要求。
（2）讨论：对于同--光源，分别利用光栅分光和棱镜分光有什么不同？光栅分光：光波将在每个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。
光栅在使用面积一定的情况下，狭缝数越多，分辨率越高：对于光栅常数一定的光栅，有效使用面积越大，分辨率越高。
棱镜分光：棱镜也是分光系统中的一个组成部件，因棱镜色散力随波长不同而变化，所在宽入射角宽波段偏振分光棱镜。
棱镜分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，即棱镜分光具有“非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。
这是棱镜分光最大的不足。
布拉格光栅反射光谱的数值仿真
题 专 班 学 学 目 光纤布拉格光栅反 射光谱的数值仿真 业 光信息科学与技术 级 光信 091 号 3090242007 生 丽 副教授
指导教师 汪
二○一三 年
I
布拉格光栅反射光谱的数值仿真 摘 要
光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）是一种利用光纤材料的光敏性，在纤芯 内形成空间相位的光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反 射镜。从上世纪七十年代末诞生以来，经过三十年的发展，它凭借体积小、易与光纤耦合、 可与其它光器件兼容成一体、低耗传输、工作稳定性高、带宽更窄且不受环境尘埃影响等一 系列优异性能，在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域广泛应用。对于反射式光栅布拉 格光栅来说，反射率谱是其特性的重要指标和评估指标，反射率谱的性能是光栅布拉格光栅 的重要性能参数。通过使用耦合模理论推导和传输矩阵推导，我们已经得出了光栅布拉格光 栅反射率谱的理论算方法，可以看出光栅布拉格光栅反射率谱是多个参量的函数，反射率谱 是各个制作参量共同作用的结果。因此，分析不同参数对光栅布拉格光栅反射率谱的影响， 并对不同参数对光栅布拉格光栅反射率谱的影响进行比较，可以帮助我们得到清晰的认识， 获得一种理想的光栅布拉格光栅设计方法，更容易得到想要获取的光栅布拉格光栅的参数。 例如：地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学和化学行业等。正 是基于它独特的工作特性以及广泛的应用，对于FBG的特性研究显得十分重要。 关键词：光纤布拉格光栅、光敏性、光栅、FBG
I
目录
布拉格光栅反射光谱的数值仿真...........................................................................
实验一 光纤光栅综合实验
实验一光纤光栅综合实验一、实验目的光纤光栅温度传感特性曲线——光纤光栅中心波长随着温度的变化光纤光栅应力传感——光纤光栅中心波长随着伸长量的变化了解布拉格光纤光栅滤波器的工作原理掌握光纤光栅的应变特性、温度特性以及利用光纤光栅实现传感的基本方法二、实验器材光谱分析仪、控温仪、直流电压源、温度传感器、环形器、LED、宽带光源、光纤光栅三、实验原理光纤光栅传感（温度、内外应力）特性测量是利用实验系统测量出光纤光栅的中心波长和温度的对应关系以及光纤光栅的中心波长与应力的对应关系，通过这个对应关系可以通过测量的光纤光栅的中心波长反向计算温度或应力。
应力传感特性测量原理框图：由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)波长=导膜有效折射率*光栅固有周期当上式满足时入射光将被光栅反射回去。
光纤受到导膜有效折射率和光栅固有周期因素的影响，应力影响弹力效应和光栅固有周期；温度通过热光效应和热胀效应影响中心反射波长。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长移动，因此有：光栅产生应力时的折射率变化假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
温度传感特性测量实验原理框图：当不受应力作用时，温度变化引起中心反射波长移动，则可表示为：四、实验过程与数据记录1、检查光路连接是否妥当、完备。
2、开启自发辐射宽带光源，注意先开电源开关，再开激光（Laser）开关。
3、开启光纤光谱仪。
4、检查光谱仪的一些基本参数设臵是否合适，包括波长范围，中心波长，光强参考值，采样点数等。
5. 按光谱仪Single键进行预扫描。
6. 观察扫描的光谱图，并根据扫描图预设扫描参数。
7. 记录光纤光栅的初始波长值，即光纤光栅在初始室温时的波长值。
8. 预设温度控制仪的温度值至30℃，待温控箱温度达到预设温度并稳定时，按按光谱仪Single键进行扫描，按光谱仪“Peak/ Dip Search”键测出光谱Dip处波长，并记录。
光纤光栅温度传感器的研制----毕业设计
摘要温度，它是表征工程结构安全的重要指标。
随着科技的发展，对温度测量的精度要求越来越高。
近年来，光纤传感技术得到飞速发展，光纤光栅传感器相比传统的机械电子式传感器在工业领域的越来越显示出其优势地位。
因此设计高精度的光纤光栅温度传感器对温度进行长期、长期、实时、动态的监测，具有十分重要的意义。
介绍了光纤光栅的结构、传感原理、传感模型、传感系统和传感网络的基本组成，通过对四种光纤光栅温度传感器结构的分析，说明封装方法对光纤布拉格光栅Fiber Bragg Grating(FBG)。
FBG温度传感器特性的影响；进一步分析光纤Bragg光栅传感技术，针对“开关柜火灾报警系统”项目，分析光纤光栅温度传感器的具体设计要求和性能指标。
通过研究目前光纤光栅温度传感器封装方法的现状，分析每一种封装方法的特点，设计出一种新的光纤光栅温度传感器封装方法；对所研制的FBG温度传感器进行性能测试试验，并结合特定的工业场合分析FBG温度传感器的性能，另外还介绍了其在现场的安装方式和一些注意事项。
“开关柜火灾报警系统”的成功实施，证明光纤光栅温度传感器其性能指标完全符合工业应用的现场。
关键词：光纤光栅，传感技术，温度传感器，电力系统ABSTRACTTemperature is an important index for project structure safety.With the development of technology,the accuracy requirements of measuring temperature are increasing obviously.Recently with the rapid development of fiber sensing technology FBG sensors are showing their more and more prominent advantages in industry engineering than traditional mechanical and electrical sensors.so it is meaningful to design novel FBG-based temperature sensors to take long-time, real-time and dynamic monitor for the temperature.The structure,sensing principle,sensing model of fiber grating,and basic structure of fiber grating sensing system and sensing network are introduced in the paper.The effects of characteristics of fiber grating temperature sensor of four encapsulating methods are analyzed in my paper. Through deeply study on the FBG sensing technology,the design requirements of FBG temperature sensor are illustrated,according to the practical needs in engineering of Switchgear Fire Alarm System,learning from the research on the current status of FBG temperature sensor encapsulation,and the characteristics of existed encapsulation structures,a new encapsulating method has been designed.The performance test of the made FBG temperature sensor has been made, which is not only in lab, but also in some specific industries occasions.The way of installation of the FBG temperature sensor in the field and some notes in that progress are also described in the paper.The performance indicators of FBG temperature sensor consistent with the field of industrial applications completely are verified with the successful implementation of the engineering of Switchgear Fire Alarm System.KEY WORDS: fiber grating,sensing technology,temperature sensor,electric power system目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1)1.1温度测量现状 (1)1.1.1 温度测量技术介绍 (1)1.1.2 温度传感器 (3)1.2光纤光栅传感技术的应用现状 (4)1.3主要研究内容 (6)第二章光纤光栅传感的基本理论 (8)2.1光纤光栅结构及传感原理 (8)2.2光纤光栅传感模型 (9)2.2.1 应变传感器模型 (10)2.2.2 温度传感器模型 (10)2.3光纤光栅传感系统和传感网络基本构成 (11)2.3.1 传感检测系统 (11)2.3.2 传感网络 (11)2.4光纤光栅温度传感器特性 (12)2.4.1 光纤光栅温度特性 (12)2.4.2 实际光栅温度传感器的温度特性 (13)2.4.3 光纤光栅温度传感器的传感原理 (13)2.5小结 (14)第三章光纤光栅传感器的研制 (16)3.1光纤光栅温度传感器封装结构的研究现状 (16)3.2光纤光栅温度传感器的设计要求 (17)3.3实验装置及方法 (18)3.3.1实验装置 (18)3.3.2实验方法 (19)3.4实验数据处理方法 (20)3.4.1 传感器的特性分析与技术指标 (20)3.4.2 实验数据处理方法 (22)3.5光纤光栅温度传感器结构的设计 (22)3.5.1 封装结构的提出 (22)3.5.2 对封装方法的进一步改进 (26)3.6封装结构对灵敏度影响的分析 (27)3.6.1光纤光栅温度特性实验 (27)3.6.2实验数据分析 (29)3.7封装工艺对传感器性能影响的分析 (30)3.7.1 传感器性能对比实验 (30)3.7.2 实验数据分析 (30)3.8其他性能指标的测试结果说明 (31)第四章光纤光栅传感器在电力系统测温中的应用 (34)4.1光纤光栅电力测温系统的组成 (34)4.1.1 光纤光栅测温系统组成 (34)4.1.2 FBG测温系统在开关柜上的具体组成部分 (35)4.2光纤光栅电力测温系统的特点 (36)4.3光纤光栅电力测温系统的技术指标 (36)4.4电力测温中光纤光栅传感器与传统传感器的比较 (37)4.5光纤光栅测温在电力系统中的应用范围 (37)4.6FBG温度传感器的现场安装方式 (39)4.6.1 光纤光栅温度传感器的安装方式 (39)4.6.2 传输光缆的安装方法 (40)4.7小结 (41)第五章总结和展望 (42)5.1总结 (42)5.2展望 (42)参考文献 (44)第一章绪论1.1 温度测量现状温度作为七大基本物理量之一，它是表示物质冷热程度的物理量，与我们的生活息息相关，小至与我们生活环境相关的环境温度，大至在工程上比如发电厂、城市供配电网中，温度的监测越来越重要，然而由于电缆用量越来越多，要是温度监测不够精确，电缆接头温度过高往往都可能成为电缆火灾的元凶，电缆接头过热引起的电缆断路、短路、爆炸甚至引发重大火灾事故的案例屡见不鲜[1]。
光纤光栅研究
布拉格光栅的研究1 概述光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。
由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用[1]。
在光纤通信领域，利用光纤光栅可以制成光纤激光器、光纤色散补偿器、光插、分复用器、光纤放大器的增益均衡器等[2]，这些器件都是光纤通信系统中不可缺少的重要器件，可见光纤光栅对光纤通信的重要性，因此光纤光栅也被认为是掺铒光纤放大器之后出现的又一关键器件。
在光纤传感领域，光纤光栅也起到了及其重要的作用。
光纤光栅的传感机制包括温度引起的形变和热光效应、应变引起的形变和弹光效应、磁场引起的法拉第效应及折射率引起的有效折射率变化等。
当光纤光栅所处的温度、应力、磁场、溶液浓度等外界环境的发生变化时，光栅周期或者光纤的有效折射率等参数也随之改变，通过测量由此带来的光纤光栅的共振波长变化或者共振波长处的透射功率变化可以获取所需的传感信息[3]，由此可见，光纤光栅是波长型检测器件，所以其不光具有普通光纤的优良特性，而且测量信号不易受光强波动及系统损耗的影响，抗干扰能力更强，还可利用波分复用技术，实现对信号的分布式测量。
由于光纤光栅的应用范围较为广泛，故本文只针对光纤光栅传感的应变检测机制进行一定的研究。
光纤光栅可分为布拉格光栅和长周期光栅，在应变检测中，一般采用的布拉格光栅，下文中出现的光纤光栅指的是布拉格光栅。
本文主要的工作主要是分析光纤光栅应变检测的原理，对光纤光栅应变检测进行一定的综述，以及对应变检测中很重要的增敏技术进行研究，并总结。
2 应变检测原理根据光纤光栅的耦合模理论，光纤光栅的中心波长λB 与有效折射率n eff 和光 栅周期Λ满足如下的关系[4]Λ=eff B n 2λ (2-1) 光纤光栅的反射波长取决于光栅周期Λ和有效折射率n eff ，当光栅外部产生应变变化时，会导致光栅周期Λ和有效折射率n eff 的变化，从而引起反射光波长的偏移，通过对波长偏移量的检测可以获得应力的变化情况。
试验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计
实验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计一．实验目的和任务1．熟悉PC光谱仪的使用方法2．了解光环行器的工作原理和主要功能。
并测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数。
3．了解光纤光栅的光谱特性4．应用PC光谱仪、光环行器测量光纤光栅的光谱特性二．PC光谱仪PC光谱仪是用来测量光源或其它器件经光纤输出的光的波长和能量的关系图（即光谱特性）。
图1.1 PC光谱仪的软件界面本实验用的PC光谱仪的硬件是插入计算机ISA槽的ISA2000卡。
该卡有一个光输入孔。
测试波长范围为紫外-可见光-近红外。
PC光谱仪的软件界面如图1.1所示。
界面中，主要工具栏按扭介绍：1．数据光标左移按扭，每点击该按扭一次，数据光标左移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
2．数据光标右移按扭，每点击该按扭一次，数据光标右移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
3．开始/结束扫描波形按钮。
第一次点击该按扭，开始扫描，显示出扫描波形，并且能感觉波形在动。
再次点击该按扭，结束扫描，波形静止。
4．点击该按扭，增加波长显示范围，即水平方向缩小波形。
如果要在水平方向放大波形，操作方法为：左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
5．纵坐标自动调整按钮，如果波形出现削顶或者波形太低，左击该按钮，可以自动调整波形高度。
右击该按钮，取消自动调整纵坐标操作。
6．计算按钮，点击该按钮，显示波形的中心波长、峰值波长、半最大值全宽等参数。
使用该PC光谱仪测量光谱特性的步骤：1．将待测光输入到ISA2000卡的光输入孔内，运行程序“Spectra Wiz”, 即可进入软件运行窗口。
2．点击开始/结束扫描波形按钮，开始扫描波形，再点击一次该按钮，结束扫描波形。
3．点击横坐标调整按钮，显示波形到界面适当位置。
如果要在水平方向放大波形，就左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
4．点击纵坐标调整按钮，调整波形到适当高度。
(精品)均匀光纤光栅光谱仿真研究毕业论文
摘要全光通信是光纤通信的发展方向，自从1978年Hill等人制作出第一条光纤光栅之后，作为重要的全光网络器件之一，光纤光栅的研究和应用就一直受到人们的重视。
光纤光栅这种新型的光纤器件由于其独特的光学特性和灵活的设计特点,在光通信系统中有着广泛的应用,包括滤波器、全光复用/ 解复用器、色散补偿器和激光器谐振腔等等。
所谓光纤光栅即指光纤轴向上存在的折射率周期性变化。
其制作原理是基于石英光纤的光敏效应。
光纤中的光致折射率改变现象最初仅是一个科学问题，用来满足人们科学探索的好奇心，而正是因为光纤光栅在光通信与光传感领域的扮演的重要角色也使其成为光纤领域的一项基本技术。
在光纤通信的应用中根据应用场合的不同，针对对光纤光栅的光谱方面和色散方面特性会提出相应的专门要求，为了给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论性指导，对光纤光栅的理论与应用研究有重要的实际意义。
在实际的光栅设计过程中，我们总是希望由所期望的光学特性来确定光栅的各个参数的值，因而对光纤光栅特性方面的数值模拟就具有非常重要意义。
本论文以光纤通信发展为主线介绍了光纤光栅的历史及其在光通信领域的应用，概述了光纤光栅的光敏效应，以光波导为背景介绍了分析光纤光栅常用的耦合模理论以及传输矩阵理论。
基于耦合模理论和传输矩阵理论对重要的两类光纤光栅：均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅进行了分析推导。
并对两类光纤光栅的光谱方面特性进行了仿真研究，绘制出了两类光纤光栅在不同参数下的反射光谱特性曲线，讨论了不同参数对光纤光栅频率选择特性和色散特性的影响, 所得结果可作为这类光纤光栅结构参数设计的参考依据,给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论指导，为光纤光栅这一重要器件的仿真软件的构建进行初步的探索。
关键词：光纤光栅耦合模理论传输矩阵法光通信器件数值仿真第一章绪论光纤通信技术是以光波为载波,以光导纤维为传输信道的一种现代有线通信技术。
人类已进入信息化时代，人类对通信的需求呈现加速增长的趋势，而光纤通信技术是构建信息高速公路的主要支柱。
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪实验报告实验报告：光栅光谱仪实验1.引言：光谱是科学家们通过光的分光现象得到的一种物体结构与性质的重要信息。
光栅光谱仪是一种用于分析光的波长和颜色的仪器。
本实验的主要目的是通过光栅光谱仪对不同光源的光进行分析，了解光栅光谱仪的原理和使用方法。
2.实验原理：光栅光谱仪的工作原理是光栅的光栅方程：nλ = d sinθ，其中n 为衍射阶数，λ为光波长，d为光栅常数，θ为衍射角。
根据光谱的连续性，光栅衍射光谱呈现出一系列彩色条纹，根据谱线的位置可以得到光的波长信息。
3.实验步骤：(1)实验器材准备：光栅光谱仪、光源、白纸、标尺等；(2)调整仪器：将光栅光谱仪上的刻度盘调整到合适位置，并使用标尺确定距离；(3)实验记录：将白纸放在光栅光谱仪后方，打开光源，调整仪器使得谱线清晰可辨；(4)测量谱线位置：将谱线的位置与刻度盘上的刻度对应，记录下谱线的位置；(5)数据分析：根据光栅方程计算出样品的波长。
我们使用Hg灯、Na灯和未知样品光等三种光源进行了实验测量。
根据测量结果，我们得到了Hg灯、Na灯和未知样品光的谱线位置，并计算得到了它们的波长。
具体结果如下表所示：光源，谱线位置 (刻度) ，波长 (nm)---------，---------------，-----------Hg灯，35，435.8Hg灯，41，546.1Hg灯，49，578.0Na灯，45，589.0Na灯，50，589.6未知样品光，37，469.45.结果分析：根据实验结果，我们可以发现Hg灯的谱线位置分别为35、41和49，对应的波长分别为435.8、546.1和578.0纳米。
Na灯的谱线位置为45和50，对应的波长为589.0和589.6纳米。
而未知样品光的谱线位置为37，对应的波长为469.4纳米。
6.实验误差分析：在实验中，可能存在的误差主要来自于读数误差、仪器调整不准确等因素。
我们尽量减小这些误差，但还是难以完全避免。
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摘要全光通信是光纤通信的发展方向，自从1978年Hill等人制作出第一条光纤光栅之后，作为重要的全光网络器件之一，光纤光栅的研究和应用就一直受到人们的重视。
光纤光栅这种新型的光纤器件由于其独特的光学特性和灵活的设计特点,在光通信系统中有着广泛的应用,包括滤波器、全光复用/ 解复用器、色散补偿器和激光器谐振腔等等。
所谓光纤光栅即指光纤轴向上存在的折射率周期性变化。
其制作原理是基于石英光纤的光敏效应。
光纤中的光致折射率改变现象最初仅是一个科学问题，用来满足人们科学探索的好奇心，而正是因为光纤光栅在光通信与光传感领域的扮演的重要角色也使其成为光纤领域的一项基本技术。
在光纤通信的应用中根据应用场合的不同，针对对光纤光栅的光谱方面和色散方面特性会提出相应的专门要求，为了给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论性指导，对光纤光栅的理论与应用研究有重要的实际意义。
在实际的光栅设计过程中，我们总是希望由所期望的光学特性来确定光栅的各个参数的值，因而对光纤光栅特性方面的数值模拟就具有非常重要意义。
本论文以光纤通信发展为主线介绍了光纤光栅的历史及其在光通信领域的应用，概述了光纤光栅的光敏效应，以光波导为背景介绍了分析光纤光栅常用的耦合模理论以及传输矩阵理论。
基于耦合模理论和传输矩阵理论对重要的两类光纤光栅：均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅进行了分析推导。
并对两类光纤光栅的光谱方面特性进行了仿真研究，绘制出了两类光纤光栅在不同参数下的反射光谱特性曲线，讨论了不同参数对光纤光栅频率选择特性和色散特性的影响, 所得结果可作为这类光纤光栅结构参数设计的参考依据,给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论指导，为光纤光栅这一重要器件的仿真软件的构建进行初步的探索。
关键词：光纤光栅耦合模理论传输矩阵法光通信器件数值仿真第一章绪论光纤通信技术是以光波为载波,以光导纤维为传输信道的一种现代有线通信技术。
人类已进入信息化时代，人类对通信的需求呈现加速增长的趋势，而光纤通信技术是构建信息高速公路的主要支柱。
现代光纤通信技术涉及光纤光缆技术、传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。
1.1光纤通信历史及发展:1880年，贝尔利用太阳光作为光源，以大气为传输信道，用硒晶体作为光接收器，进行了光电话的实验，实现了真正现代意义下的光通信，使通话距离最远达到了二百多米，但空间光传输易受到气候和周围环境等条件的影响，损耗也比较大。
1966年，英籍华人高锟博士和他的同事G. A. Hockham，在研究了光在石英玻璃纤维中传输的特性极其损耗问题之后，发现光在石英光纤中传输时的主要损耗是因为其中含有过量的铜、铁、铬、锰等金属离子和其他杂质，另外在拉制光纤时由于工艺技术等原因也造成了芯、包层分界面的不均匀，从而也导致光在玻璃纤维中传输的折射率也是不均匀的。
他们的研究成果以《光频率的介质纤维表面波导》为题。
因在光纤通信领域里光纤中实现光传输的突破性成果,高锟博士获得了2009年的诺贝尔物理学奖。
1970年，美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB的石英光纤，从实践上证明了光纤作为通信的传输媒介是大有希望的。
同年，GaAlAs异质结半导体激光器实现了室温下的连续运转，为光纤通信系统提供了理想的光源。
从此以后，光纤通信进入了快速发展时期。
20世纪七十年代,是光纤通信由起步到逐渐成熟的时期。
以光纤传输损耗的逐年下降为标志。
0.85波长上的损耗低到了2dB/km左右。
同时光纤传输带宽也得到了提升。
半导体光源和探测器的寿命和性能也不断改善。
20世纪八十年代，是光纤通信得到大发展的时期。
光纤通信系统由0.85波长窗口过渡到损耗更小的1.31波长和1.55波长窗口。
在1.31波长上实现了0.5dB/km的低损耗，在1.55波长窗口上更可实现0.2dB/km的极低损耗。
同时为了扩展传输带宽，光纤也由多模光纤向单模光纤过渡。
工作于1.31波长上的单模光纤通信系统被广泛使用。
这期间，波分复用光通信技术、相干光通信技术和光纤放大器技术等新技术也受到了人们的重视，开始投入大量的人力物力进行研究。
八十年代末期，工作于1.55波长窗口上的光纤放大器------掺铒光纤放大器问世，使得1.55波长窗口上的光纤通信系统得到快速发展。
为了满足构建信息高速公路的需求，伴随着光纤通信的发展，光纤通信的容量也一直在加速提升。
提高容量的途径之一是提升光纤单信道的容量，到了1993年，2.5Gbit/s的光纤通信系统商用化，1995年10Gbit/s的系统也被推出。
但受电子器件速率瓶颈的限制，单信道速率达到40Gbit/s 以上非常困难。
提高容量的另外一条途径是使用波分复用技术。
掺铒光纤放大器和波分复用技术的联合使用使得单根光纤的容量达到几百吉比特每秒到几十太比特每秒的数量级。
1.2全光网络:随着光纤通信容量的不断快速提升，电子瓶颈对通信容量的限制问题开始变的越来越突出。
现代通信网由传输和交换两大部分组成，传输系统容量的快速提升也构成了交换系统发展变革的巨大动力。
为了克服电子瓶颈对通信网的限制，人们在交换系统中引入了光子技术。
光子技术涉及到光时分复用、光空分复用、光波分复用和光码分复用等复用技术。
上述的复用技术分别从时间域、空间域、频率域和码字域的角度进行信号复用，不但增加了光纤通信系统的容量，而且丰富了光信号交换、控制方式，为光域下交换系统的实现提供了可能性，为全光网络的实现提供了可选的技术途径。
全光网络是指光信息码流在通信网络中的传输和交换环节始终以光的形式实现，而不需要经过光--电、电--光变换。
也就是说信息码元从源到宿的的传输交换过程中始终在光域内进行，不需要像传统的光纤通信系统那样在中继和交换等环节进行光域到电域的变换。
全光通信网络是解决目前所谓电子瓶颈问题的根本途径，它可以从大幅度提高节点的数据吞吐容量，从网络中传输和交换两个方面满足人们不断增长的对通信带宽的需求。
全光通信网络的发展取决于光纤通信网络中光放大、光色散抑制、光交换以及光信号处理等各个具体关键技术的发展。
同时同步数字序列（SDH）、异步传送模式（ATM）、IP/TCP协议及多标记协议交换（MPLS）等光网络协议标准，是目前人们组建全光网络的主要依据。
到了20世纪90年代中后期，波分复用技术开始在光纤通信系统中大规模使用。
在波分复用技术下，波长本身成为组网（分插、交换、路由）的重要资源。
在全光网络中，光的波分复用技术不仅为现代光纤通信提供巨大的带宽容量，同时也提供丰富的可优化使用这些带宽的组网资源。
基于波分复用技术的WDM全光网络成为了研究热点，国际电联将其命名为光传送网。
光传送网是在传输网上引入光层，在光的层面上进行交叉连接和分插复用。
从而大大减轻了电交换节点上的由于容量不断增加而产生的压力。
基于光的波分复用技术的光纤全光网络中，波分复用设备除了作为光传输系统的基本设施，而且在光交换系统中也起着重要作用。
交换系统基本都由不同频率的光波长接合波分复用技术中的光交叉连接(OXC)器和光多路分插复接/解复接(OADM)器等关键光器件来承担路由交换功能，而不再需要进行电--光和光--电转换。
基于波分复用的WDM 全光网络技术具备很多优点，如本地数据业务可通过本地节点提供的以太网、SDH、ATM等接口，灵活可靠地接入WDM 全光网络。
另外WDM全光网络以基于不同波长的路由机制进行路由选择，使得WDM 全光网络具有良好的可扩展和易操作性。
以波分复用技术为基础的WDM全光网络目前得到了快速发展。
全光网络的发展也对能够与光纤通信相匹配的全光纤器件的研究和发展起到了促进作用。
光纤光栅便是这类器件中得到人们广泛重视的一类器件。
如前所述，自1970年，美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB的石英光纤为始端，光纤通信技术得到了高速发展。
在随后的几十年里，光纤通信经历了从短波长到长波长、从多模光纤向单模光纤、从单信道低速率向多信道高速率、从单一的光纤传输向光纤组网进而向全光网络的演进的大发展。
光纤通信的大发展也促进了光电子、光子集成，光纤传感等技术的快速发展，以光纤为基础的各种光纤光子器件也应运而生并随光纤通信的发展而发展,光纤光栅便是其一。
1.3光纤光栅历史及发展:1978年加拿大渥太华的加拿大通信研究中心的K. Hill等研究人员,使用波长为488nm和514.5nm的单模氩离子激光器，基于驻波法在掺锗光纤中，首次制作出了光纤光栅。
所谓光纤光栅是纵向上存在折射率周期性变化的光纤。
当时，K. Hill等人把氩离子激光器发出的激光注入掺锗光纤，几分钟后观察到了反射的激光强度的增加。
最后随着时间的流逝几乎所有的激光都从光纤里面被反射。
通过对反射光谱进行的间接测量最终确定在一条一米长的光纤上制作出了一个带宽非常窄（小到200MHz）的光纤光栅滤波器。
这一成果是基于掺锗硅光纤的非线性特性（光敏特性），后来这一成果被命名为Hill光栅，并且在很大程度上促进了掺锗光纤的光敏特性研究。
Hill光栅的写入效率较低，并且光谱特性受用于写入光栅的激光器波长限制，只能对处于可见光波段的光波进行处理。
更细致的研究表明高掺锗光纤中光栅强度随着光强大小正比例增加，而在普通通信用光纤里面光栅强度与光强大小的平方成正比，同时进一步建议使用双光子过程作为光栅制作机制。
最初始的试验是由488nm的激光从光纤末端反射形成驻波模式去形成光栅。
此波长一半，即紫外波段上244nm上的单光子证明效率更高。
1989年，美国康涅狄格州东哈特福特联合技术研发中心的G.Meltz等研究人员开始使用两束位于紫外波段的光波干涉形成的干涉条纹照射光纤包层的侧面制作光纤光栅，称为全息侧面写入技术。
制作过程中，干涉极大值和折射率变化的周期可以通过改变两束光的夹角和紫外光的波长来进行设置，而不必再通过照射在纤芯上的可见光来设置。
从而使光纤光栅制作技术克服了光栅周期受限于写入波长的缺陷。
使用全息侧面写入技术可以制作反射任意波段光波的光纤光栅。
而且这种写入技术也解决了制作Hill光栅的写入效率低的问题。
驻波法和全息侧面写入法对写入激光器的相干性和整个系统的稳定性要求很高。
1993 K.O.Hill等人进一步提出了一种使用硅玻璃特制的相位模板进行光纤光栅制作的新技术，即用相位掩模光栅对写入激光进行调制。
使用相位模板制作光纤光栅时，用紫外激光照射相位掩模板，被相位掩模板衍射后照射于待成栅光纤。
用照射于光纤的其+1级和-1级衍射光的周期性明暗条纹制作光纤光栅，K.O.Hill等人提出的这种制作光纤光栅的方法同样使得光栅周期与写入波长无关而只与相位模板相关，而且这种相位掩模成栅技术放宽了对写入光源相干性的限制，减弱了对系统稳定性的要求，可以更加容易地制作光纤光栅，大幅降低了光纤光栅的成栅成本，为光纤光栅器件走向商用化铺平了道路。