下一代大容量WDM光网络,要求在路由、滤波、控制、光信号放大等方面的高性能光器件。光纤光栅和光纤与身俱来的兼容性使构建各种不同的Bragg光纤光栅设备成为可能,其在频谱滤波、色散补偿、选波和传感等方面的优越特性越来越受到广泛的关注。本文就光纤Bragg光栅的反射特性进行了数值仿真和实验研究,主要对折射率剖面非均匀的少模和多模光纤光栅的反射谱进行了仿真和实验测量。第一章中,概述了光纤Bragg光栅(FBG)的发展历程,总结了FBG在光通信领域和传感器领域的重要应用。简单介绍了FBG的制备方法。第二章,基于电磁场理论介绍光纤的模式理论,首先介绍阶跃光纤的模式理论和本征方程数值求解;然后介绍渐变折射率光纤的本征方程数值求解。第三章,从Maxwell’s方程出发,在折射率微扰的基础上推导多模光纤Bragg光栅(MM-FBG)的耦合模方程,为MM-FBG的仿真奠定了基础。第四章,研究MM-FBG耦合模方程的数值解法。在耦合模方程对角化的基础上,用试射法(shooting法)建立MM-FBG耦合方程快速求解的方法。第五章,考虑了光栅制作过程中光敏特性对折射率剖面分布的影响,对少模光纤Bragg光栅(FM-FBG)各线偏振模的反射特性进行了数值仿真。数值求解了FM-FBG的耦合模方程,得到了各线偏振模的反射谱。第六章,运用前面得到的MM-FBG耦合模方程的快速数值解法,对折射率剖面非均匀的MM-FBG进行了数值仿真,研究了反射谱特性与折射率剖面的饱和长度、折射率变化幅度、光纤模式分布的关系。第七章,实验得到了不同激励条件、光栅紫外曝光深度、光栅长度的MM-FBG的反射谱,结合仿真结果对实验结果进行了分析。第八章,全文总结