專利名稱：旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵及寫入方法及其動態(tài)增益均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵及該光纖光柵的寫入方法以及基于該光纖光柵的動態(tài)增益均衡器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對光通信系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量要求的逐步提高，密集波分復(fù)用系統(tǒng)開始大規(guī)模走向商用。為滿足密集波分復(fù)用系統(tǒng)長距離信息傳輸信號中繼的要求，各種類型光放大器如摻鉺光纖放大器、拉曼放大器、半導(dǎo)體光放大器等得到了迅猛發(fā)展，但是由于光放大器本身增益譜線的不平坦，以及密集波分復(fù)用系統(tǒng)中信號的上/下線路、通信線路信道的增減、環(huán)境參量變化等因素的影響，在長距離密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，各信道增益的不均衡嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的通信質(zhì)量，因此研究開發(fā)動態(tài)增益均衡器尤為必要，動態(tài)增益均衡器和可調(diào)諧激光器及可調(diào)諧濾波器一樣，被普遍認為是新一代光纖通信系統(tǒng)中的熱門器件。
目前已有多位學(xué)者提出多種原理的動態(tài)增益均衡器，如在平面光波導(dǎo)芯片上實現(xiàn)串聯(lián)式Mach-Zehnder干涉儀法、基于平面陣列波導(dǎo)光柵的多通道干涉儀方法、使用可調(diào)Faraday旋轉(zhuǎn)器的方法、磁光和電光效應(yīng)的方法、可調(diào)光衰減器和摻鉺光纖放大器組合的方法、基于微機電系統(tǒng)的方法、光聲光可調(diào)諧濾波器法、光纖環(huán)形鏡法等，但這些方法都具有成本較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不是全光纖型器件、插入損耗較大等缺點。前不久我們也提出了基于普通長周期光纖光柵的橫向負荷特性和彎曲特性實現(xiàn)動態(tài)增益均衡的方法，但由于其橫向負荷具有較低的靈敏度和明顯的方向相關(guān)性，從而導(dǎo)致在實際應(yīng)用時裝配工序和控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了它的進一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明填補了現(xiàn)有技術(shù)的空白，用一種新的光纖光柵的寫入方法，在普通光纖上寫出了一種全新的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，并基于該旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、插入損耗小、裝配容易、全光纖型的動態(tài)增益均衡器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的寫入方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將待寫入光柵的光纖扭曲數(shù)圈，扭曲光纖段控制在一定的長度范圍內(nèi)；(2)在扭曲光纖的中間段單邊寫入若干個長周期光纖光柵；(3)將處于扭曲狀態(tài)的光纖恢復(fù)到自由狀態(tài)即形成旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵。
光纖扭曲的圈數(shù)為4～6圈，扭曲光纖段的長度L在100～150mm范圍內(nèi)，光柵周期Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)在50個左右。
一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，其結(jié)構(gòu)特征為在一定長度的光纖段中，按一定的周期分布有若干條光柵，每條光柵的折射率變化覆蓋角度為180°，其位置相對于前一條光柵順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)一定的角度，所有光柵共同形成360°的旋轉(zhuǎn)折變光柵周期，即各條光柵旋轉(zhuǎn)的角度總和為360°。
光柵周期Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)為50，每條光柵相對于前一條光柵旋轉(zhuǎn)的角度為7.2°。
一種基于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的動態(tài)增益均衡器，其結(jié)構(gòu)特征為旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的光柵段置于恒溫控制箱體的中部，其兩端伸出箱體外；在恒溫控制箱體的下半部設(shè)置有制冷器，制冷器的上表面緊貼旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的光柵段；在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的兩側(cè)相同水平位置，設(shè)置有與其直徑相同的匹配光纖，在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵之上設(shè)置有剛性較好的金屬板或相近剛度的其它形材板，并由設(shè)置在恒溫控制箱體四角的微型彈簧支撐，金屬板的上面設(shè)置有微型壓電陶瓷；微型壓電陶瓷與制冷器均分別由外加控制電路控制。恒溫控制箱體的下半部分填充有隔熱材料。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是按照本發(fā)明提供的方法寫出的新型的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵具有獨特的橫向負荷特性和溫度的線性響應(yīng)特性，其諧振峰的振幅隨任意方向橫向負荷的增加因模式耦合和光纖的雙折射效應(yīng)而呈線性減小，并且其靈敏度極高，從而可通過改變該長周期光纖光柵的橫向負荷來實現(xiàn)其諧振峰幅度的大小調(diào)節(jié)；其諧振峰位置與環(huán)境溫度的變化也呈良好的線性關(guān)系，可以通過改變光柵所處環(huán)境溫度來實現(xiàn)諧振峰位置的調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供的動態(tài)增益均衡器巧妙的應(yīng)用了該光纖光柵的橫向負荷特性和溫度的線性響應(yīng)特性，實現(xiàn)了光柵諧振峰的幅度和位置的動態(tài)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了光放大器中對光增益的動態(tài)調(diào)節(jié)，該均衡器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、插入損耗小、容易裝配等優(yōu)點。


圖1為旋轉(zhuǎn)折變型長周期光纖光柵的結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1中A、B、C、D位置光柵橫截面折射率變化的示意圖；圖3為周期為500um旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的典型透射譜；圖4是基于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的動態(tài)增益均衡器的結(jié)構(gòu)圖；圖5為圖4的A-A視圖；圖6是應(yīng)用動態(tài)增益調(diào)節(jié)后的增益平坦圖。
具體實施例方式
一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的寫入方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將待寫入光柵的光纖扭曲數(shù)圈，扭曲光纖段控制在一定的長度范圍內(nèi)；(2)在扭曲光纖的中間段單邊寫入(如高頻CO2激光脈沖單邊寫入方法，見專利文獻ZL00245055.0，也可以用其它單邊寫入方法)若干個長周期光纖光柵；(3)將處于扭曲狀態(tài)的光纖恢復(fù)到自由狀態(tài)即形成旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵。
在將光纖扭曲時，光纖扭曲的圈數(shù)最好為4～6圈(即光纖旋轉(zhuǎn)角度θ＝1440°～2160°)，扭曲光纖段的長度L在100～150mm范圍內(nèi)，在寫入光柵時，寫入光柵的周期最好為Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)最好控制在50個左右。
一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，其結(jié)構(gòu)特征為在一定長度的光纖段中，按一定的周期分布有若干條光柵，每條光柵的折射率變化覆蓋角度為180°，其位置相對于前一條光柵順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)一定的角度，所有光柵共同形成360°的旋轉(zhuǎn)折變光柵周期，即各條光柵旋轉(zhuǎn)的角度總和為360°。光柵周期Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)為50，每條光柵相對于前一條光柵旋轉(zhuǎn)的角度為7.2°。
利用本發(fā)明的寫入方法，在普通光纖上寫出了上述新型的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，即沿著光柵的軸向，光柵各周期位置的包層折射率變化呈旋轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，這就克服了高頻CO2激光脈沖單邊寫入方法，或其它單邊寫入方法寫入時，使光纖光柵的折射率變化只發(fā)生在靠近激光入射一側(cè)而導(dǎo)致形成后的光柵具有較大的原始雙折射這種現(xiàn)象。這在降低旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵諧振峰方向相關(guān)性的同時，也降低了諧振波長隨橫向負荷增加的漂移量，此外還提高了旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵諧振峰橫向負荷的靈敏度，同時也在一定程度上提高了其諧振波長的溫度靈敏度。
圖1和圖2所示為在康寧SMF-28普通通信單模光纖上寫出的一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(扭曲光纖的長度L＝100mm，光柵周期Λ＝0.5mm，光纖旋轉(zhuǎn)角度θ＝1440°，光柵周期數(shù)為50)，圖中，4-1為包層，4-2為纖芯，圖1中黑實線表示在光纖包層發(fā)生折變的區(qū)域，可見沿光纖軸線方向，黑實線發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，到位置B、C、D分別旋轉(zhuǎn)了7.2°、180°和360°，圖2為在A、B、C和D位置光柵橫截面折射率變化的示意圖，可見折變主要發(fā)生在光纖包層，光柵折變區(qū)域每個周期均會旋轉(zhuǎn)7.2°?？紤]到光柵每個周期折射率變化最大覆蓋角度為180°，因此，折變旋轉(zhuǎn)360°即形成一個完整的旋轉(zhuǎn)折變光柵周期。圖3為這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的典型透射譜，圖中3個諧振波長依次為1610.5nm，1530.5nm和1486.5nm，相應(yīng)的諧振峰幅度依次為-18.65dB，-13.54dB和-6.95dB，并且這種光柵的插入損耗很低，一般小于0.3dB?？刂茣r，可以只控制與光放大器增益譜相對應(yīng)的諧振峰，比如摻鉺光纖放大器，一般需要控制1530.5nm這個諧振峰。
一種基于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的動態(tài)增益均衡器，其結(jié)構(gòu)特征為旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4的光柵段置于恒溫控制箱體1的中部，其兩端伸出箱體外；在恒溫控制箱體1的下半部設(shè)置有制冷器6，制冷器6的上表面緊貼旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4的光柵段；在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4的兩側(cè)相同水平位置，設(shè)置有與其直徑相同的匹配光纖9，10，在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4之上設(shè)置有剛性較好的金屬板3或相近剛度的其它形材板，并由設(shè)置在恒溫控制箱體1四角的微型彈簧5，8支撐，金屬板3的上面設(shè)置有微型壓電陶瓷2；微型壓電陶瓷2與制冷器6均分別由外加控制電路控制。恒溫控制箱體1的下半部分填充有隔熱材料7。
該均衡器利用旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4的橫向負荷特性和溫度的線性響應(yīng)特性，將旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4置于恒溫控制箱體1內(nèi)，通過控制恒溫控制箱體1的溫度就可以調(diào)節(jié)光柵諧振峰的位置；通過給微型壓電陶瓷2加電壓，從而達到給旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4施加橫向壓力的目的，從而可以改變旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵4相應(yīng)諧振峰的幅度大小。橫向負荷和溫度的同時調(diào)節(jié)即可以實現(xiàn)透射譜形狀的動態(tài)調(diào)節(jié)，其響應(yīng)時間可小于10ms。
應(yīng)用實例將本發(fā)明的動態(tài)增益均衡器接在一個用作線路放大的摻鉺光纖放大器之后，其增益平坦度如圖6所示，增益不平坦度已從未平坦前的+7dB減小到平坦后的±0.5dB(C波段32nm范圍內(nèi))。進一步優(yōu)化旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的參數(shù)可將該摻鉺光纖放大器的增益不平坦度降到±0.4dB左右，完全可滿足實際通信系統(tǒng)中對摻鉺光纖放大器增益平坦度的要求。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的寫入方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將待寫入光柵的光纖扭曲數(shù)圈，扭曲光纖段控制在一定的長度范圍內(nèi)；(2)在扭曲光纖的中間段單邊寫入若干個長周期光纖光柵；(3)將處于扭曲狀態(tài)的光纖恢復(fù)到自由狀態(tài)即形成旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的寫入方法，其特征在于光纖扭曲的圈數(shù)為4～6圈，扭曲光纖段的長度L在100～150mm范圍內(nèi)，光柵周期Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)在50個左右。
3.一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，其特征在于在一定長度的光纖段中，按一定的周期分布有若干條光柵，每條光柵的折射率變化覆蓋角度為180°，其位置相對于前一條光柵順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)一定的角度，所有光柵共同形成360°的旋轉(zhuǎn)折變光柵周期，即各條光柵旋轉(zhuǎn)的角度總和為360°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，其特征在于光柵周期Λ＝0.5mm，光柵周期數(shù)為50，每條光柵相對于前一條光柵旋轉(zhuǎn)的角度為7.2°。
5.一種基于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的動態(tài)增益均衡器，其特征在于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵(4)的光柵段置于恒溫控制箱體(1)的中部，其兩端伸出箱體外；在恒溫控制箱體(1)的下半部設(shè)置有制冷器(6)，制冷器(6)的上表面緊貼旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵(4)的光柵段；在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵(4)的兩側(cè)相同水平位置，設(shè)置有與其直徑相同的匹配光纖(9，10)，在旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵(4)之上設(shè)置有剛性較好的金屬板(3)或相近剛度的其它形材板，并由設(shè)置在恒溫控制箱體(1)四角的微型彈簧(5，8)支撐，金屬板(3)的上面設(shè)置有微型壓電陶瓷(2)；微型壓電陶瓷(2)與制冷器(6)均分別由外加控制電路控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的動態(tài)增益均衡器，其特征在于恒溫控制箱體(1)的下半部分填充有隔熱材料(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵的寫入方法及根據(jù)該方法寫出的旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵，并基于該旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵設(shè)計出了動態(tài)增益均衡器。該光纖光柵的寫入方法包括以下步驟(1)將待寫入光柵的光纖扭曲數(shù)圈，扭曲光纖段控制在一定的長度范圍內(nèi)；(2)在扭曲光纖的中間段單邊寫入若干個長周期光纖光柵；(3)將處于扭曲狀態(tài)的光纖恢復(fù)到自由狀態(tài)即形成旋轉(zhuǎn)折變型光纖光柵。用該方法寫出的光纖光柵具有獨特的橫向負荷特性和溫度的線性響應(yīng)特性；利用該光纖光柵的上述特性設(shè)計的動態(tài)增益均衡器實現(xiàn)了光柵諧振峰的幅度和位置的動態(tài)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了光放大器中對光增益的動態(tài)調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、插入損耗小、容易裝配等優(yōu)點。
文檔編號G02F1/01GK1786755SQ20051005742
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者朱濤, 饒云江, 王久玲 申請人:重慶大學(xué)