專利名稱：基于采樣光柵的二維編解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種通信光電子技術(shù)，設(shè)計(jì)與制作方法屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及光 纖光柵制作領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
編解碼器是光碼分多址的光纖通信系統(tǒng)的核心器件，所以編解碼器的設(shè)計(jì)和制作技術(shù)是 光碼分多址系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)。采用光纖光柵作為主要器件是實(shí)現(xiàn)編解碼器的一種常規(guī)可 行的方法，然而普通的光纖光柵一般只能實(shí)現(xiàn)在時(shí)域上的一維編碼。對于在時(shí)域和頻域上都 編碼的二維編碼方式制造的光碼分多址系統(tǒng)中的編解碼器，通?？梢圆捎霉饫w光柵陣列結(jié)構(gòu)， 如圖l所示。但由于陣列體積龐大，制作時(shí)要求構(gòu)成陣列的每個(gè)光纖光柵制作起來一致匹配， 相互間的長度間隔精度要求很高，從而制約了它的實(shí)際應(yīng)用。其次，這個(gè)陣列結(jié)構(gòu)使得光在 其中傳輸?shù)穆烦涕L，對應(yīng)的光需要較長的時(shí)間進(jìn)行光纖光柵陣列的編解碼功能，這樣系統(tǒng)的 傳輸速率會受到很大的限制。此外，光纖光柵陣列制造的編解碼器中每個(gè)光纖光柵結(jié)構(gòu)簡單， 使得光碼分多址系統(tǒng)的安全性存在隱患。
采樣光纖光柵，是一種用周期性的窗函數(shù)對光柵折射率進(jìn)行調(diào)制后得到的光纖光柵。在 制作過程中通過平移臺和聚焦透鏡組控制激光器光斑在光纖中的照射位置，就可以形成采樣 光纖光柵。而采樣光纖光柵的反射譜呈多峰結(jié)構(gòu)，而反射峰間距反比于采樣周期。所以制作 采樣光纖光柵，根據(jù)其采樣周期的不同，會在頻域上產(chǎn)生中心波長不同的反射峰。
發(fā)明內(nèi)容
從上述的背景技術(shù)出發(fā)，如果將光纖光柵的陣列用不同周期采樣光柵的級聯(lián)結(jié)構(gòu)組成， 級聯(lián)的先后順序構(gòu)成在時(shí)域上的編碼，同時(shí)級聯(lián)的結(jié)構(gòu)中每一級的周期選擇對應(yīng)于頻域上的 編碼，那么就能用單根光纖光柵形成在時(shí)域和頻域上的二維編解碼器。
本發(fā)明的目的是提供一種由單根光纖光柵制造的、在光碼分多址的光纖通信中應(yīng)用的二 維編解碼器，作為光通信系統(tǒng)中的編解碼器件，可以方便有效地通過在光纖光柵制作過程中
采樣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在時(shí)域和頻域進(jìn)行二維編碼的功能。為此，本發(fā)明釆用在光纖通信線 路上設(shè)有通過光環(huán)形器與光纖通信線路相接的光纖光柵。上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。 本發(fā)明的特征在于，依次含有以下步驟
步驟(l):對單根單模光纖進(jìn)行載氫處理并剝?nèi)ヒ欢瓮扛矊樱?步驟(2):把步驟(l)所述單模光纖固定在均勻模板后，使之貼近；
步驟(3):調(diào)整200nm 350nm的激光器，使之輸出約為50mW的光功率； 步驟(4):調(diào)整光路，使經(jīng)掃描反射鏡反射的光斑照射在所述的光纖纖芯上； 步驟(5):打開微機(jī)的掃描移動(dòng)平臺以及激光器控制程序，輸入設(shè)定的以下參數(shù)，控制采 樣周期，使得即將制成的一根光纖光柵分為采樣周期各不相同的幾個(gè)光纖光柵段，不同的采 樣點(diǎn)的位置，產(chǎn)生在時(shí)域和頻域不同的二維編解碼器，在進(jìn)行光通信時(shí)，每段的位置會產(chǎn)生 相應(yīng)的光延遲，對應(yīng)于時(shí)域上的編碼，而不同的采樣周期選擇對應(yīng)于頻域上不同的波長，二 者成反比，根據(jù)波長的有和無，相當(dāng)于0信號和1信號，從而實(shí)現(xiàn)頻域上的編碼，從而實(shí)現(xiàn) 在頻域和時(shí)域上的二維編碼和解碼
A:采樣周期，光纖光柵段不同，采樣周期就不同，其數(shù)值決定了頻域編碼的波長； 《采樣點(diǎn)的位置，其間隔即為采樣周期； A:采樣點(diǎn)的曝光強(qiáng)度，即曝光時(shí)間，在1分鐘 100分鐘； Z"=尸* X (J + 一/2); 其中，《.,為第々個(gè)時(shí)隙的第J個(gè)采樣點(diǎn)，A為第A個(gè)時(shí)隙的采樣周期，相位取0時(shí)^>"
=0，相位取兀時(shí)^>7= 1。所述單模光纖光柵的長度在lcm 100cm間。所述單模光纖光柵 是一個(gè)4波長、15個(gè)時(shí)隙的采樣光柵，長度為13.6cm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以方便有效地在一根光纖光柵上實(shí)現(xiàn)光碼分多址系統(tǒng)的二維編碼，從 而減少編解碼器體積，增大系統(tǒng)傳輸速率，提高通信保密性，并擴(kuò)展編解碼器碼字容量。
圖l為傳統(tǒng)光纖光柵陣列制造的二維編解碼器的示意圖，ll為輸入光，12為輸出光，13 為光纖光柵陣列。
圖2為發(fā)明的光纖光柵二維編解碼器的示意圖。
圖3為發(fā)明的使用結(jié)構(gòu)圖，31為輸入光，32為光纖光柵二維編解碼器，33為輸出光。 圖4為發(fā)明的二位編解碼器的反射譜，41為利用等效原理產(chǎn)生的-1級反射峰。 圖5為制作平臺的結(jié)構(gòu)圖，51為氬離子激光器，52為掃描反射鏡，53為掃描移動(dòng)平臺， 54為相位模板，55為單模光纖。
具體實(shí)施例方式
如圖2、圖3所示， 一種光纖光柵二維編解碼器，由單根光纖所制成，在光纖通信線路 上設(shè)有通過光環(huán)形器與光纖通信線路相接的光纖光柵。所述的光纖光柵通過光環(huán)形器接入光 碼分多址的光纖通信線路中，光環(huán)形器有一個(gè)接口與光纖光柵相接，另外兩個(gè)接口接入光纖 通信線路上。
所述的光纖光柵二維編解碼器是一段帶有光纖光柵的長度為1厘米 100厘米(最佳長 度為IO厘米)的器件。制作中通過對采樣周期的控制，使得一根光纖光柵分為不同的采樣周 期的幾個(gè)光纖光柵段。每段各自的周期會在頻域上產(chǎn)生不同的波長，根據(jù)波長的有和無，相 當(dāng)于1信號和0信號，從而實(shí)現(xiàn)在頻域上的編碼；而每段的位置會在光通信中產(chǎn)生相應(yīng)的光 延遲，對應(yīng)于時(shí)域上的編碼。由此就實(shí)現(xiàn)了在頻域和時(shí)域上的二位編碼結(jié)構(gòu)。又因?yàn)橹谱髟?同一根光纖光柵上的光碼分多址系統(tǒng)的編解碼器是對沖擊脈沖的編解碼，其光源可以具有較 好的相干性，從而可以通過相位編碼實(shí)現(xiàn)信號的相干相長或相干相消，最終能夠提高編解碼 的信噪比性能、擴(kuò)展碼字容量。
所述的光纖光柵是用波長為200 350納米(最佳波長為248納米)的激光器通過相位模 板或相干光束衍射等方法照射光纖，照射時(shí)間為1分鐘 100分鐘(典型值為IO分鐘)后在 光纖中形成折射率成周期性變化的光纖光柵。照射過程中通過平移臺和聚焦透鏡組控制激光 器光斑在光纖中的寫入位置，從而同時(shí)確定在時(shí)域和頻域的碼字設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施實(shí)例光柵的反射譜如圖4所示。其中，41為利用等效原理產(chǎn)生的-1級反射峰。本 實(shí)施實(shí)例光柵制作的裝置如圖5所示。其中，光源采用連續(xù)的244nm倍頻氬離子激光器51 (美 國coherent公司生產(chǎn))。掃描反射鏡52固定在ESP6000掃描移動(dòng)平臺(Newport公司生產(chǎn)) 53上，掃描移動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)精度為0. lmm。反射鏡52具有掃描及反射光束的功能，并將激光器 51輸出的紫外光反射到均勻相位模板54上，該相位模板長度為60mm，紫外光經(jīng)過相位模板 照射在其下經(jīng)載氫處理的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖55上。ESP6000掃描移動(dòng)平臺與微機(jī)的PI0 口 (圖中 未標(biāo)出)相連。通過在微機(jī)上運(yùn)行事先設(shè)計(jì)好的驅(qū)動(dòng)軟件，改變移動(dòng)平臺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(運(yùn)動(dòng) 距離、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等)，使其按照某一運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行，就可得到需要的光纖光柵。
本實(shí)例的主要工藝流程如下
(1) 將普通光纖進(jìn)行載氫處理并剝?nèi)ヒ欢瓮扛矊樱?br>
(2) 將上述光纖固定在均勻模板后，使之貼近；
(3) 調(diào)整激光器輸出為50mW的光功率；
(4) 調(diào)整光路，使經(jīng)掃描反射鏡反射的光斑照射在光纖纖芯上；
(5) 打開微機(jī)的掃描移動(dòng)平臺和激光器控制程序，輸入設(shè)定以下參數(shù) &釆樣周期，其數(shù)值決定了頻域編碼的波長，理論上與波長成反比；
4:釆樣點(diǎn)的位置，其間隔即為采樣周期A; A:采樣點(diǎn)的曝光強(qiáng)度即曝光時(shí)間；
(6) 啟動(dòng)掃描平臺，使其移動(dòng)到光柵的采樣位置《，并在采樣點(diǎn)由激光器進(jìn)行相應(yīng)時(shí) 間的曝光，曝光時(shí)間由步驟(5)中的A決定。
使用時(shí)，將光纖光柵制作而成的編解碼器按圖3的方式通過光環(huán)形器接入光碼分多址的 光纖通信線路中。所述的光纖光柵通過光環(huán)形器接入光碼分多址的光纖通信線路中，光環(huán)形 器有一個(gè)接口與光纖光柵相接，另外接口接入光纖通信線路上。所述的光環(huán)形器為市場所購 產(chǎn)品。傳統(tǒng)的光纖光柵陣列制作的編解碼器用多個(gè)環(huán)形器，并精確控制各個(gè)光纖光柵間的距
離。而本發(fā)明的光纖光柵編解碼器是由大約248納米的激光器有選擇地照射單根光纖中的某
些區(qū)域而制成的光纖光柵，再通過光環(huán)形器接入光碼分多址的光纖通信線路中。
由本發(fā)明的光纖光柵二維編碼器的反射同時(shí)在時(shí)域和頻域上形成編碼后的信號。若經(jīng)由
碼字匹配的解碼器，則形成匹配解調(diào)后與原信號相同的匹配后的信號；若經(jīng)由碼字不匹配的 解碼器，則會形成一連串類似噪聲的信號，而不會形成與原始信號相同的信號。
由于本發(fā)明的編解碼器中的光纖光柵設(shè)計(jì)靈活，與傳統(tǒng)的光纖光柵陣列的二維編解碼器 相比體積小，器件數(shù)量少，制作方便并且穩(wěn)定性高。光通信線路中的編解碼速率高、通信保 密性也有提高，并通過合理地選擇在單根光纖中照射的區(qū)域，可以豐富碼字容量。
權(quán)利要求
1、基于采樣光柵的二維編解碼器的制作方法，其特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)對單根單模光纖進(jìn)行載氫處理并剝?nèi)ヒ欢瓮扛矊?；步驟(2)把步驟(1)所述單模光纖固定在均勻模板后，使之貼近；步驟(3)調(diào)整200nm～350nm的激光器，使之輸出約為50mW的光功率；步驟(4)調(diào)整光路，使經(jīng)掃描反射鏡反射的光斑照射在所述的光纖纖芯上；步驟(5)打開微機(jī)的掃描移動(dòng)平臺以及激光器控制程序，輸入設(shè)定的以下參數(shù)，控制采樣周期，使得即將制成的一根光纖光柵分為采樣周期各不相同的幾個(gè)光纖光柵段，不同的采樣點(diǎn)的位置，產(chǎn)生在時(shí)域和頻域不同的二維編解碼器，在進(jìn)行光通信時(shí)，每段的位置會產(chǎn)生相應(yīng)的光延遲，對應(yīng)于時(shí)域上的編碼，而不同的采樣周期選擇對應(yīng)于頻域上不同的波長，二者成反比，根據(jù)波長的有和無，相當(dāng)于0信號和1信號，從而實(shí)現(xiàn)頻域上的編碼，從而實(shí)現(xiàn)在頻域和時(shí)域上的二維編碼和解碼Pk采樣周期，光纖光柵段不同，采樣周期就不同，其數(shù)值決定了頻域編碼的波長；Zk采樣點(diǎn)的位置，其間隔即為采樣周期；Ak采樣點(diǎn)的曝光強(qiáng)度，即曝光時(shí)間，在1分鐘～100分鐘；Zk，j＝Pk×(j+sign/2)；其中，Zk，j為第k個(gè)時(shí)隙的第j個(gè)采樣點(diǎn)，Pk為第k個(gè)時(shí)隙的采樣周期，相位取0時(shí)sign＝0，相位取π時(shí)sign＝1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于采樣光柵的二維編解碼器的制作方法，其特征在于，所述單模光纖光柵的長度在lcm 100cm間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于采樣光柵的二維編解碼器的制作方法，其特征在于，所述 單模光纖光柵是一個(gè)4波長、15個(gè)時(shí)隙的采樣光柵，長度為13.6cm。
全文摘要
基于采樣光柵的二維編解碼器的制作方法屬于一種通信光電子技術(shù)，其特征在于，采用在光纖通信線路上設(shè)有通過光環(huán)形器與光纖通信線路相接的光纖光柵，其長度為1厘米～100厘米，采用多種光纖作為原材料，用200～350nm的激光器通過相位掩模板照射光纖，照射時(shí)間為1分鐘～100分鐘后在光纖中形成折射率成周期性變化的光纖光柵。照射點(diǎn)位置可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)而產(chǎn)生在時(shí)域和頻域的二維編碼的碼字結(jié)構(gòu)，從而在單根光纖光柵上實(shí)現(xiàn)光碼分多址的光纖通信系統(tǒng)的二維編碼和解碼。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地用光纖光柵設(shè)計(jì)二維編碼的碼字結(jié)構(gòu)，從而大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率，擴(kuò)展可用的碼字容量，以及簡化光碼分多址系統(tǒng)中二維編解碼器的制作。
文檔編號G02B6/34GK101169502SQ200710178610
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者司治建, 恒 季, 鄴 張, 謝世鐘, 陳宏偉 申請人:清華大學(xué)