專利名稱：：應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及其監(jiān)控的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及光通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及其監(jiān)控的裝置，主要用于高速光纖通信中的色散補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
：在高速光纖通信系統(tǒng)中，由于光在光纖中傳輸群速度的色散，光信號(hào)的脈沖寬度在傳輸過程中發(fā)生展寬，導(dǎo)致信號(hào)噪聲比下降，誤碼率上升。這是影響通信系統(tǒng)的工作距離和數(shù)據(jù)速率的最主要原因之一。因此必須對光纖色散加以補(bǔ)償。由于通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)速率不同、數(shù)據(jù)格式不同、傳輸距離不同等因素，色散補(bǔ)償還要求是動(dòng)態(tài)可調(diào)的。動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償是高比特率長距離傳輸系統(tǒng)和智能化光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。光纖色散補(bǔ)償技術(shù)有多種方案。采用色散系數(shù)與傳輸光纖相反的色散補(bǔ)償光纖，可以進(jìn)行固定的色散補(bǔ)償，目前已經(jīng)比較成熟。但是它不能用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償主要有二個(gè)要求一是調(diào)諧工作波長，用以對準(zhǔn)信號(hào)光脈沖的波長；二是調(diào)節(jié)色散補(bǔ)償量，欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償都不能達(dá)到脈寬壓縮的最佳效果。為此需要發(fā)展動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償?shù)钠骷?。在色散補(bǔ)償器件方面，主要有干涉儀方案和啁啾光纖光柵二大類。光纖光柵具有良好的可調(diào)諧特性，因此受到廣泛重視。在先技術(shù)之一，“Distributedon-fiberthinfilmheatersforBragggratingwithadjustablechirp”，(J.A.Rogers，B.J.Eggleton，J.R.Pedrazzani，andT.A.Strasser，Appl.Phys.Lett.，1999，Vol.74，No.21，pp3131-3133)，是通過改變溫度及其分布的方法，實(shí)現(xiàn)工作波長和色散率的調(diào)節(jié)。在先技術(shù)之二，“AtunabledispersioncompensatorwithfixedbandwidthforWDMsystemsusingauniformFBG”，(JeffC.Livas，CLEO，Baltimore，CTh01，pp495-496)，是利用光纖光柵的應(yīng)變調(diào)諧特性，實(shí)現(xiàn)峰值波長和啁啾率的調(diào)整。在光纖通信系統(tǒng)中用啁啾光纖光柵1作色散補(bǔ)償?shù)姆椒?，是將它用一個(gè)環(huán)行器串聯(lián)在系統(tǒng)中，如圖1所示。輸入光信號(hào)從環(huán)行器的01端口進(jìn)、02端口出、經(jīng)光纖光柵反射后，又從02端口進(jìn)環(huán)行器、從03端口輸出進(jìn)入下行光纖。啁啾光纖光柵1接入系統(tǒng)后，就不能用常規(guī)光譜分析儀方法對其光譜進(jìn)行測量。尤其是動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償，還必須對色散補(bǔ)償效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以獲得補(bǔ)償系統(tǒng)穩(wěn)定在最佳補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下工作。對補(bǔ)償效果的直接監(jiān)測是采用誤碼儀。但是誤碼儀價(jià)格昂貴，難以普遍使用。因此在動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償技術(shù)中，需要解決好補(bǔ)償量和補(bǔ)償效果的簡易監(jiān)測，才能實(shí)現(xiàn)反饋控制，達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康摹?br/>發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及其監(jiān)控的裝置，要求相對簡易、廉價(jià)，能實(shí)現(xiàn)對啁啾光纖光柵峰值波長和色散率的調(diào)諧和監(jiān)測控制。本實(shí)用新型的原理是基于光纖光柵的應(yīng)變調(diào)諧特性。光纖光柵的峰值波長隨應(yīng)變變化的關(guān)系如下式所示ΔλB＝(1-γ)ελB。式中γ為光纖的光彈系數(shù)，對于石英光纖為0.22。為了對光纖光柵施加方便可控的應(yīng)力，可以將光纖光柵固定在一個(gè)懸臂梁上，如圖2所示。設(shè)該懸臂梁的厚度(y方向)為a，寬度(x方向)為b，長度(z方向)為l。設(shè)z為離開固定端的距離，ul為z＝l處梁自由端在y方向的位移，則固定在懸臂梁上表面的光纖光柵的波長偏移為Δλ＝3λBaul(1-γ)(l-z)/2l3(1)測量該光纖光柵反射譜峰值波長的偏移，就可以求得懸臂梁自由端的位移，也就獲知了其彎曲的狀態(tài)。以梁的中心面(即y方向的中點(diǎn))為中心斜方向固定在懸臂梁側(cè)面的光纖光柵的波長偏移為Δλ＝3λBaul(1-γ)(z-l/2)/l2L(2)式中L是光柵的長度。由式(2)可得，在懸臂梁發(fā)生應(yīng)變，其自由端有一位移ul時(shí)，光纖光柵峰值波長偏移量隨光柵長度的變化，也就是引入了一個(gè)附加的啁啾。改變懸臂梁自由端位移ul就可以改變這一附加啁啾。這是用應(yīng)變方法調(diào)節(jié)光纖光柵啁啾率，從而調(diào)節(jié)色散補(bǔ)償量的基本原理。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于包括一應(yīng)變調(diào)諧裝置，包括一應(yīng)變梁和一微馬達(dá)，一啁啾光纖光柵固定在該應(yīng)變梁地側(cè)面；一均勻光纖光柵固定在該應(yīng)變梁的頂面，該均勻光纖光柵一端通過光纖耦合器與一寬帶光源和一解調(diào)均勻光纖光柵相連，另一端通過一接收器連接一PC機(jī)，該解調(diào)均勻光纖光柵的另一端通過一接收器連接該P(yáng)C機(jī)，該P(yáng)C機(jī)的輸出端經(jīng)一驅(qū)動(dòng)器與所述的微馬達(dá)相連。所述的應(yīng)變梁為懸臂梁，其固定端由夾持器固定，在該懸臂梁的自由端設(shè)置所述的微馬達(dá)。所述的微馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá)，由步進(jìn)電機(jī)、精密絲桿、螺母和傳動(dòng)件，且該傳動(dòng)件伸入懸臂梁的自由端的中間形成一個(gè)推動(dòng)懸臂梁的自由端發(fā)生位移的裝置。所述的應(yīng)變梁為簡支梁，該簡支梁的兩端由夾持器固定，所述的微馬達(dá)設(shè)置在該簡支梁的中點(diǎn)。所述的微馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá)，由步進(jìn)電機(jī)、精密絲桿、螺母和傳動(dòng)件，且傳動(dòng)件與固定在夾持器之間的簡支梁的中點(diǎn)相連接，形成一個(gè)帶動(dòng)簡支梁中點(diǎn)發(fā)生位移的裝置。所述的PC機(jī)也可用微處理器代替。本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)控方法具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、所采用的元件簡單、廉價(jià)，避免了使用昂貴的光譜分析儀或其他光譜監(jiān)控儀器，大大降低了動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償自動(dòng)監(jiān)控的成本。2、監(jiān)控用的光纖光柵與色散補(bǔ)償用的啁啾光纖光柵固定在同一調(diào)諧機(jī)構(gòu)上，所測得的數(shù)據(jù)直接、可靠。3、與在先技術(shù)二相比，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。在先技術(shù)二采用可移動(dòng)支點(diǎn)調(diào)節(jié)懸臂的長度；同時(shí)又要移動(dòng)懸臂的自由端，來改變光纖光柵的啁啾量。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而且它沒有設(shè)計(jì)可以用于監(jiān)測懸臂形變的器件。圖1是啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償原理圖圖2是懸臂梁幾何結(jié)構(gòu)圖3是本實(shí)用新型裝置部分結(jié)構(gòu)之一圖4是本實(shí)用新型裝置部分結(jié)構(gòu)之二圖5是本實(shí)用新型裝置的光路和電路框圖圖6是線寬調(diào)諧光纖光柵反射譜曲線圖7是步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)懸臂梁端點(diǎn)位移的裝置示意圖圖8是步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)簡支梁中點(diǎn)位移的裝置示意圖具體實(shí)施方式先請參閱圖3，圖3是本實(shí)用新型裝置部分結(jié)構(gòu)之一，其中1為起色散補(bǔ)償作用的啁啾光纖光柵，2為用于對啁啾光纖光柵1進(jìn)行調(diào)諧的懸臂梁。啁啾光纖光柵1固定在懸臂梁2的側(cè)面上，3為安裝懸臂梁2固定端的夾持器，4為懸臂梁2的自由端，5為移動(dòng)懸臂梁自由端4而改變懸臂梁2應(yīng)變狀態(tài)的微馬達(dá)。6為固定在懸臂梁2頂面的用于監(jiān)控色散補(bǔ)償狀態(tài)的均勻(非啁啾)光纖光柵。通過光纖光柵6峰值波長的監(jiān)測，就可以獲知懸臂梁2的應(yīng)變狀態(tài)，從而獲知啁啾光纖光柵1的調(diào)諧情況。圖4是本實(shí)用新型裝置部分結(jié)構(gòu)之二，其中1為起色散補(bǔ)償作用的啁啾光纖光柵，2a為用于對啁啾光纖光柵1進(jìn)行調(diào)諧的簡支梁，啁啾光纖光柵1固定在簡支梁2a的側(cè)面上，并將梁的中點(diǎn)與啁啾光纖光柵1的中點(diǎn)對齊，3a為固定簡支梁2a二端的夾持器，5為移動(dòng)簡支梁2a中點(diǎn)從而改變簡支梁2a應(yīng)變狀態(tài)的微馬達(dá)，6為固定在簡支梁2a頂面的用于監(jiān)控色散補(bǔ)償狀態(tài)的均勻(非啁啾)光纖光柵。通過光纖光柵6峰值波長的監(jiān)測，就可以獲知簡支梁2a的應(yīng)變狀態(tài)，從而獲知啁啾光纖光柵1的調(diào)諧情況。簡支梁形變后引起固定在梁頂面上的均勻光纖光柵6的調(diào)諧量為Δλ＝6λBau0(1-γ)(1-z2/l2)/5l2(3)固定在梁側(cè)面的光纖光柵的調(diào)諧量為Δλ＝12λBau0z(1-γ)(1-z2/l2)/5l2L(4)式(3)和(4)中坐標(biāo)z以梁的中點(diǎn)為原點(diǎn)，u0為梁中點(diǎn)在y方向的位移量，2l為二端二個(gè)夾持器之間的長度。用簡支梁對光纖光柵峰值波長進(jìn)行調(diào)諧，引起反射光譜線寬的變化比用懸臂梁方法小，適合于單純色散補(bǔ)償量的調(diào)節(jié)。圖5是本實(shí)用新型裝置的光路和電路框圖。利用本實(shí)用新型應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置進(jìn)行光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控的方法，包括下列步驟①利用夾持器3在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b懸臂梁2，將起色散補(bǔ)償作用的啁啾光纖光柵1固定在懸臂梁2的側(cè)面上；②將本實(shí)用新型裝置的其它元部件安裝好，事先標(biāo)定接收器9a接收的信號(hào)大小反映懸臂梁2彎曲大小的對應(yīng)關(guān)系和啁啾光纖光柵1的啁啾系數(shù)隨懸臂梁2彎曲變化的定量關(guān)系并保存到PC機(jī)11的存儲(chǔ)器中；③根據(jù)系統(tǒng)性能要求設(shè)定的色散補(bǔ)償量輸入PC機(jī)11，該P(yáng)C機(jī)11根據(jù)第②步所保存的定量對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)運(yùn)算并給驅(qū)動(dòng)器12發(fā)出指令，該驅(qū)動(dòng)器12輸出電流轉(zhuǎn)動(dòng)微馬達(dá)5，使懸臂梁2發(fā)生彎曲變形，從而使固定在懸臂梁上的啁啾光纖光柵1和均勻光纖光柵6發(fā)生應(yīng)變，同時(shí)，PC機(jī)11根據(jù)采集到接收器9a和9b采集的信號(hào)，通過計(jì)算得到懸臂梁自由端的位移量ul，從而判斷是否達(dá)到所需要的色散補(bǔ)償量，給出使微馬達(dá)5轉(zhuǎn)動(dòng)或維持不動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。均勻光纖光柵6通過光纖耦合器10與寬帶光源8和解調(diào)用的均勻光纖光柵7相連。光纖光柵7安裝于不受應(yīng)力的狀態(tài)，并與光纖光柵6處于相同的溫度環(huán)境中。光纖光柵7的光譜與光纖光柵6相匹配，即它們峰值波長差在懸臂梁彎曲應(yīng)變引起的光譜變化范圍之內(nèi)。從寬帶光源8發(fā)出的寬光譜的光經(jīng)耦合器10入射到光纖光柵6上，其中與光纖光柵6的反射光譜相符合的部分反射回耦合器10。并經(jīng)過耦合器10入射到解調(diào)光纖光柵7上。經(jīng)過光纖光柵7濾波后的光束入射到接收器9a(PD1)上。輸出電信號(hào)由PC機(jī)或微處理器作數(shù)據(jù)采集。寬光譜經(jīng)過光纖光柵6濾波后的光束，入射到接收器9b(PD2)上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后也由PC機(jī)或微處理器11作數(shù)據(jù)采集。PD2的信號(hào)作為對寬帶光源8輸出功率穩(wěn)定性的監(jiān)控信號(hào)。懸臂梁2的彎曲使光纖光柵6的反射光譜的峰值波長位置發(fā)生變化。因而接收器9a(PD1)的信號(hào)大小將反映懸臂梁2的彎曲的大小。這一定量的對應(yīng)關(guān)系，以及啁啾光纖光柵1的啁啾系數(shù)隨懸臂梁2彎曲而變化的定量對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過事先標(biāo)定保存到PC機(jī)11的存儲(chǔ)器中。啁啾光纖光柵1通過如圖1所示的方法連接到光纖通信系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)性能要求設(shè)定色散補(bǔ)償量；輸入PC機(jī)或微處理器11。PC機(jī)或微處理器11根據(jù)所保存的定量對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)運(yùn)算發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)器12。驅(qū)動(dòng)器12輸出電流轉(zhuǎn)動(dòng)微馬達(dá)5，推動(dòng)懸臂梁2的自由端4，使懸臂梁2發(fā)生彎曲形變。從而使固定在懸臂梁2上的啁啾光纖光柵1和均勻光纖光柵6發(fā)生應(yīng)變。同時(shí)，根據(jù)采集到的接收器9a和9b的信號(hào)，通過計(jì)算得到懸臂梁自由端4的位移量ul，從而判斷是否達(dá)到所需要的色散補(bǔ)償量，給出使微馬達(dá)5轉(zhuǎn)動(dòng)或維持不動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制。圖5所示的方法以圖3的裝置作為例子作說明。對于圖4所示的裝置進(jìn)行調(diào)諧和監(jiān)控的方法，與上述方法相同，恕我不再重復(fù)敘說。本實(shí)用新型的懸臂梁可以用金屬材料制成，如硬鋁、黃銅等。這類材料穩(wěn)定性好。但是楊氏模量高，需要較大的推動(dòng)力。也可以用膠木、尼龍、有機(jī)玻璃等制作。這類材料楊氏模量低，需要的推動(dòng)力較小。但是材料的熱膨脹系數(shù)較大，根據(jù)實(shí)用的要求，需要采用一定的溫度穩(wěn)定裝置。本實(shí)用新型的實(shí)施實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)采用硬鋁材料，獲得了成功。啁啾光纖光柵線寬調(diào)諧的典型結(jié)果見圖6?？梢钥吹骄€寬變化范圍為0.3-1.7nm。對于懸臂梁的推動(dòng)，可采用由步進(jìn)電機(jī)5a，精密絲桿5b，螺母5c和傳動(dòng)件5d構(gòu)成的裝置，如圖7所示。圖中傳動(dòng)件5d伸入懸臂梁2的自由端4的中間。這樣步進(jìn)電機(jī)5a轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以帶動(dòng)懸臂梁2的自由端4發(fā)生位移。對于簡支梁的推動(dòng)，可采用由步進(jìn)電機(jī)5a，精密絲桿5b，螺母5c和傳動(dòng)件5e構(gòu)成的裝置，如圖8所示。圖中傳動(dòng)件5e與固定在夾持器3a之間的簡支梁2a的中點(diǎn)相連接。這樣步進(jìn)電機(jī)5a轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以帶動(dòng)簡支梁2a的中點(diǎn)發(fā)生位移。權(quán)利要求1.一種應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于包括一應(yīng)變調(diào)諧裝置，包括一應(yīng)變梁(2)和一微馬達(dá)(5)，一啁啾光纖光柵(1)固定在該應(yīng)變梁(2)地側(cè)面；一均勻光纖光柵(6)固定在該應(yīng)變梁(2)的頂面，該均勻光纖光柵(6)一端通過光纖耦合器(10)與一寬帶光源(8)和一解調(diào)均勻光纖光柵(7)相連，另一端通過一接收器(9b)連接一PC機(jī)(11)，該解調(diào)均勻光纖光柵(7)的另一端通過一接收器(9a)連接該P(yáng)C機(jī)(11)，該P(yáng)C機(jī)(11)的輸出端經(jīng)一驅(qū)動(dòng)器(12)與所述的微馬達(dá)(5)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于所述的應(yīng)變梁(2)為懸臂梁，其固定端由夾持器(3)固定，在該懸臂梁(2)的自由端(4)設(shè)置所述的微馬達(dá)(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微馬達(dá)(5)為步進(jìn)馬達(dá)(5a)，由步進(jìn)電機(jī)(5a)、精密絲桿(5b)、螺母(5c)和傳動(dòng)件(5d)，且該傳動(dòng)件(5d)伸入懸臂梁(2)的自由端4的中間形成一個(gè)推動(dòng)懸臂梁(2)的自由端(4)發(fā)生位移的裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于所述的應(yīng)變梁(2)為簡支梁(2a)，該簡支梁(2a)的兩端由夾持器(3a)固定，所述的微馬達(dá)(5)設(shè)置在該簡支梁(2a)的中點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微馬達(dá)(5)為步進(jìn)馬達(dá)(5a)，由步進(jìn)電機(jī)(5a)、精密絲桿(5b)、螺母(5c)和傳動(dòng)件(5e)，且傳動(dòng)件(5e)與固定在夾持器(3a)之間的簡支梁(2a)的中點(diǎn)相連接，形成一個(gè)帶動(dòng)簡支梁(2a)中點(diǎn)發(fā)生位移的裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)賞及其監(jiān)控裝置，其特征在于所述的PC機(jī)(11)也可為微處理器。專利摘要一種應(yīng)變調(diào)諧光纖光柵色散動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及其監(jiān)控的裝置，該裝置包括一應(yīng)變調(diào)諧裝置，包括一應(yīng)變梁和一微馬達(dá)，一啁啾光纖光柵固定在該應(yīng)變梁地側(cè)面；一均勻光纖光柵固定在該應(yīng)變梁的頂面，該均勻光纖光柵一端通過光纖耦合器與一寬帶光源和一解調(diào)均勻光纖光柵相連，另一端通過一接收器連接一PC機(jī)，該解調(diào)均勻光纖光柵的另一端通過一接收器連接該P(yáng)C機(jī)，該P(yáng)C機(jī)的輸出端經(jīng)一驅(qū)動(dòng)器與所述的微馬達(dá)相連。本實(shí)用新型所采用的元件簡單、廉價(jià)，監(jiān)控用的光纖光柵與色散補(bǔ)償用的啁啾光纖光柵固定在同一調(diào)諧機(jī)構(gòu)上，所測得的數(shù)據(jù)直接、可靠，操控方便。文檔編號(hào)G02B6/34GK2655262SQ200320107830公開日2004年11月10日申請日期2003年11月7日優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日發(fā)明者方祖捷,瞿榮輝,蔡海文,陳高庭申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所