Long period fiber gratings(LPFGs) is a structure of the optical fiber taking advantage of an optical scattering phenomenon. When the mode traveling the fiber core comes across a fiber core gratings, the scattering occurs into the fiber cladding by the diffraction and the mode passing the fiber gratings has some losses in certain wavelength bands. This characteristic has been utilized for fabricating the fiber filters such as band rejection filter, band pass filter, EDFA gain equalizer, WDM multi-band isolation filter and strain and temperature sensors. In this thesis, we discuss both the analysis of LPFGs calculating the transmission spectrum from the composite LPFGs and synthesis of LPFGs finding the grating profiles of LPFGs for the desired transmission spectrum.
We show accurate analysis results of composite type LPFGs by multiport lattice filter model, such as phase-shifted and cascaded LPFGs as well as concatenated LPFGs having the characteristics of phase-shifted and cascaded LPFGs. To analyze the transmission spectra of the concatenated LPFGs with arbitrary wavelength spacing and line width, the coupling between the core mode and multiple cladding modes was considered simultaneously. In order to obtain an analytical matrix model for the concatenated LPFGs, a multiport lattice filter structure was used. To verify the validity of the proposed model experimentally, we have observed that the transmission spectra calculated using our multiport lattice filter model are close to the corresponding measured spectra in the wavelength band of interest.
Also, We propose the synthesis method based on both the genetic algorithm and multiport lattice filter model and have obtained the optimal LPFGs grating parameters profiles such as period and induced index changes for the desired transmission spectrum by the proposed method. In order to design EDFA gain flattening filter, we have used the phased shifted LPFGs ,and have obtained more closer transmission spectrum to the target than the case of LPFGs without phase shift section. We have used a similar gaussian-type induced index changes in the design of band rejection filter. Moreover, by applying the characteristics that grating period variation effects the shift of the loss peaks wavelength band and the concatenation of the two LPFGs plays a role as combining the characteristics of the two transmission spectra, the concatenated LPFGs of the two band rejection filters have been used in the design of the flat-top band pass filter.
장주기광섬유격자(LPFGs)는 광산란 현상을 이용하는 광섬유 격자구조의 일종이다. 광섬유의 코어를 진행하는 모드가 이 격자구조를 통과할 때, 회절에 의하여 클래딩으로 광산란이 일어나며, 이로 인하여 격자구조를 통과한 코어모드는 일부 파장대역에서 손실이 발생하게 된다. 이와 같은 특성은 대역 통과 필터, 대역 제거 필터, EDFA 이득 평탄화 필터, WDM 다중대역 분리 필터, 그리고 변형 및 온도 감지기 등의 제작에 이용된다. 본 논문에서는 주어진 복합 LPFGs의 전송 스펙트럼을 계산하는 LPFGs 분석과 원하는 전송 스펙트럼을 갖는 격자구조의 프로파일을 알아내는 LPFGs 합성에 대하여 논한다.
다중포트 격자 필터 모델을 이용하여 phased shifted LPFGs, cascaded LPFGs, phased shifted와 cascaded특성을 갖는 concatenated LPFGs등의 복합 LPFGs의 분석 결과를 보여준다. 임의의 파장대역에서 concatenated LPFGs의 전송 스펙트럼을 분석하기 위해서는 코어모드와 여러 클래딩모드의 결합을 동시에 고려해야 한다. concatenated LPFGs의 분석을 위한 행렬 모델을 얻기 위하여 다중포트 격자 구조를 사용하였다. 제안한 모델의 타당성을 실험적으로 입증하기 위하여, 다중포트 격자 필터모델을 이용하여 계산한 전송 스펙트럼과 실험적으로 측정한 스펙트럼을 관심 파장대역에서 비교하여 매우 일치함을 관찰할 수 있었다.
또한, 유전 알고리즘과 다중포트 격자 필터 모델에 기초한 합성 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 이용하여 원하는 전송 스펙트럼에 대한 LPFGs의 격자 주기와 induced index change같은 파라메터의 최적 프로파일을 구하였다. EDFA 이득 평탄화 필터를 설계하기 위하여 phase shifted LPFGs를 사용하였으며, 이를 이용하여 얻은 스펙트럼은 phase shift 영역을 사용하지 않은 LPFGs를 이용하여 얻은 스펙트럼보다 원하는 EDFA 이득 평탄화 필터의 스펙트럼에 보다 근접함을 관찰할 수 있었다. 대역 제거 필터를 설계하기 위하여 유사 가우시안 형태의 induced index changes를 사용하였다. 나아가, 광섬유 격자의 주기 변화는 손실 피크의 파장대역을 이동시키며, 두개의 LPFGs를 연결한 LPFGs의 전송 스펙트럼은 두 LPFGs의 전송 트펙트럼 특성을 결합하는 효과를 가져온다는 특성을 이용하여, 두 개의 대역 제거 필터의 LPFGs를 연결함으로써 평면상단부 대역 통과 필터를 설계하였다.
