Comparison of a new modal transfer matrix method with coupled-mode theory for simulation of long-period grating fiber sensors

2000 ◽  
Author(s):  
David W. Nippa ◽  
Mardi C. Hastings
Keyword(s):  
Transfer Matrix ◽  
Transfer Matrix Method ◽  
Matrix Method ◽  
Coupled Mode Theory ◽  
Long Period Grating ◽  
Fiber Sensors ◽  
Mode Theory ◽  
Coupled Mode ◽  
Long Period

scholarly journals Modeling and design of coupled racetrack and microring structures for telecommunication and sensing applications

2019 ◽  
Author(s):  
Λεωνίδα Δόγκας
Keyword(s):  
Transfer Matrix ◽  
Conjugate Gradient ◽  
Interior Point ◽  
Transfer Matrix Method ◽  
Matrix Method ◽  
Figure Of Merit ◽  
Coupled Mode Theory ◽  
Mode Theory ◽  
Coupled Mode ◽  
Sensing Applications

Σκοπός της Διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η παρουσίαση μεθόδων βέλτιστης σχεδίασης διατάξεων συντονιστών μικροδακτυλίων αλλά και συντονιστών τύπου racetrack με στόχο τη χρήση τους σε εφαρμογές οπτικών φίλτρων και οπτικών αισθητήρων αντίστοιχα. Με τη χρήση απλοποιήσεων και προσεγγίσεων στα μαθηματικά μοντέλα που ήδη εφαρμόζονται στη βιβλιογραφία και συγκεκριμένα της εναλλακτικής μορφής της μεθόδου coupled mode theory (CMT), την transfer matrix method (ΤΜΜ), καταλήξαμε σε μορφές των συναρτήσεων μεταφοράς οι οποίες είναι ευκολότερα χρησιμοποιήσιμες, κερδίζοντας έτσι πόρους και χρόνο συγκριτικά με τα ήδη υπάρχοντα μοντέλα της βιβλιογραφίας. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε έναν μαθηματικό τύπο τον οποίο υπολογίσαμε, ως μέτρο ποιότητας (figure of merit) της διάταξής μας, διαφορετικό για κάθε τύπο διάταξης, ώστε να καταλήξουμε στη βέλτιστη σχεδίαση της διάταξής μας. To figure of merit είναι μιά παράμετρος η τιμή της οποίας είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ποιότητα της διάταξής μας, δηλαδή μια τιμή την οποία θέλουμε ιδανικά να μηδενίσουμε. Αρχικά για την περίπτωση της σχεδίασης της βέλτιστης διάταξης συντονιστών μικροδακτυλίου για χρήση σε εφαρμογές οπτικών φίλτρων, λόγω του αυξημένου αριθμού των παραμέτρων εισόδου του μοντέλου μας, κάναμε χρήση μεθόδου βελτιστοποίησης με βάση τον αλγόριθμο interior point, ο οποίος μετατρέπει το αρχικό πρόβλημα της ελαχιστοποίησης της τιμής του figure of merit σε μια σειρά παρεμφερών προβλημάτων ελαχιστοποίησης τα οποία βασίζονται μόνο σε ισότητες και άλλους περιορισμούς. Τέτοιου είδους προβλήματα λύνονται ευκολότερα με τη χρήση μεθόδων όπως της conjugate gradient κλπ, η ανάλυση των οποίων δεν περιλαμβάνεται στους σκοπούς της παρούσας διατριβής. Το figure of merit που επιλέξαμε στην περίπτωση αυτήν ήταν ανάλογο της διαφοράς της συνάρτησης μεταφοράς της διάταξής μας από μια Gaussian συνάρτηση έκτου βαθμού, η οποία θεωρείται ιδανική συνάρτηση μεταφοράς για χρήση σε φίλτρα. Αντίθετα, στην περίπτωση της σχεδίασης της βέλτιστης διάταξης συντονιστών τύπου racetrack για χρήση σε εφαρμογές οπτικών αισθητήρων, όπου οι παράμετροι εισόδου του μοντέλου μας είναι περιορισμένες σε αριθμό, επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο της εξαντλητικής αναζήτησης, ελέγχοντας ταυτόχρονα αν ικανοποιούνται κάποιοι περιορισμοί που θέσαμε αρχικά. Με τη διαδικασία αυτήν, εφόσον ικανοποιούνται οι περιορισμοί, υπολογίζουμε για κάθε συνδυασμό τιμών την τιμή του figure of merit και αποθηκεύουμε τις τιμές αυτές. Κατά την ολοκλήρωση της εξαντλητικής αναζήτησης κρατάμε εκείνον τον συνδυασμό τιμών παραμέτρων, για τις οποίες υπολογίσαμε την ελάχιστη τιμή για το figure of merit, το οποίο στην περίπτωση αυτή είναι ανάλογο με το εύρος συχνοτήτων της περιοχής ανίχνευσης. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονίσουμε ότι και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις το εύρος των τιμών των παραμέτρων εισόδου των μοντέλων μας επιλέχθηκε με τέτοιον τρόπο ώστε να είναι δυνατή η υλοποίηση της υπολογιζόμενης διάταξης με βάση τα υλικά και τις κατασκευαστικές μεθόδους που υφίστανται σήμερα. Ακόμα και αν τα παραπάνω αλλάξουν στο μέλλον, με την ανακάλυψη νέων υλικών και μεθόδων, το μοντέλο μας μπορεί να τα υποστηρίξει απλά μεταβάλλοντας το εύρος των τιμών των παραμέτρων εισόδου. Μετά το πέρας των υπολογισμών μας, καταλήξαμε σε διατάξεις οπτικών φίλτρων και οπτικών αισθητήρων με βελτιωμένα χαρακτηριστικά σε σχέση με τα υπάρχοντα στη βιβλιογραφία, τα οποία μπορούν να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας τα υλικά και τις κατασκευαστικές μεθόδους που διατίθενται στις μέρες μας.

scholarly journals Comparison of Fabry – Perot Filter of Fiber Bragg Grating for Visible and Ultraviolet Spectra

2016 ◽  
Vol 1 (1) ◽  
Author(s):  
Didik Puji Sutriyono
Keyword(s):  
Visible Light ◽  
Fiber Bragg Grating ◽  
Transfer Matrix Method ◽  
Matrix Method ◽  
Laser Source ◽  
Bragg Grating ◽  
Coupled Mode Theory ◽  
Coupled Mode ◽  
Ultraviolet Spectra ◽  
Fabry Perot

<p>The use of Fiber Bragg Grating (FBG) as Fabry – Perot filter has been successfully developed for visible light and ultraviolet spectra. The characteristic of FBG is analyzed by using computational model with Transfer Matrix Method by order 2 with the coupled mode theory. The reflectivity, length of grating and bandwidth are parameters to determine the performance of FGB with laser source of 1 mW for 250 – 350 nm, ultraviolet and 380 – 780 nm, visible light. The simulation is also carried out by various grating from 0.5 cm – 9.5 cm with increment step of 1 cm. The simulation result showed that there is the filter discrepancy for maximum peak. This design of FGB can be used as a filter. Only selected wavelength is allowed to transmit the signal until the end of the optical fiber.</p>

scholarly journals MATHEMATICAL JUSTIFICATION OF FIBER SENSORS BASED ON FIBER BRAGG GRATINGS

2021 ◽  
Vol 117 (2) ◽  
pp. 129-135
Author(s):  
Waldemar Wójcik
Keyword(s):  
Monitoring System ◽  
Transfer Matrix ◽  
Transfer Matrix Method ◽  
Matrix Method ◽  
Fiber Optic ◽  
Spectral Characteristics ◽  
Fiber Optic Sensors ◽  
Fiber Gratings ◽  
Fiber Sensors ◽  
Bragg Fiber

Nowadays, the most promising approach is the use of fiber-optic sensors as a key element of the monitoring system. Fiber-optic sensors (FOS) have a number of advantages, the most important of which include immunity to electromagnetic interference, low weight and the possibility of their inclusion in the measured structure. The use of such sensors in the monitoring system will make it possible to simplify the measurement and obtain reliable data, as well as to obtain all new possibilities for measuring various quantities simultaneously.The most perspective are the sensors based on the Bragg fiber gratings. Bragg fiber gratings have several advantages, for instance, they allow creating the distributed measuring massifs, which contain several sensors. As well, they are insensitive to the optic power source vibrations. Variety of using the fiber sensors based on the Bragg fiber gratings has led to producing the Bragg fiber gratings with different spectral characteristics.The article herein considers the issues of the Bragg fiber gratings mathematical modeling using the transfer matrix method. Transfer matrix method allows defining the optical components spectral characteristics based on the bound modes theory and description of electromagnetic wave, passing through an optic fiber. In the article there have been analyzed the Bragg fiber gratings in compliance with spectral features, such as transmission and reflectance spectra.

scholarly journals Comparison of Fabry – Perot Filter of Fiber Bragg Grating for Visible and Ultraviolet Spectra

2016 ◽  
Vol 1 ◽  
Author(s):  
Didik Puji Sutriyono
Keyword(s):  
Visible Light ◽  
Fiber Bragg Grating ◽  
Transfer Matrix Method ◽  
Matrix Method ◽  
Laser Source ◽  
Bragg Grating ◽  
Coupled Mode Theory ◽  
Coupled Mode ◽  
Ultraviolet Spectra ◽  
Fabry Perot

<p>The use of Fiber Bragg Grating (FBG) as Fabry – Perot filter has been successfully developed for visible light and ultraviolet spectra. The characteristic of FBG is analyzed by using computational model with Transfer Matrix Method by order 2 with the coupled mode theory. The reflectivity, length of grating and bandwidth are parameters to determine the performance of FGB with laser source of 1 mW for 250 – 350 nm, ultraviolet and 380 – 780 nm, visible light. The simulation is also carried out by various grating from 0.5 cm – 9.5 cm with increment step of 1 cm. The simulation result showed that there is the filter discrepancy for maximum peak. This design of FGB can be used as a filter. Only selected wavelength is allowed to transmit the signal until the end of the optical fiber.</p>

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document