專利名稱：一種基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信中的器件，特別是一種基于高非線性光纖的40GHz光脈沖序列光譜展寬器，以提供作為波分復(fù)用(WDM)的高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(INTERNET)和IP技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，各種新型帶寬業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，社會(huì)對(duì)信息量的需求呈指數(shù)增長(zhǎng)，光纖通信系統(tǒng)由于具有巨大的帶寬潛力，在通信系統(tǒng)中占有的比例將越來越大。以密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)為主體的全光網(wǎng)絡(luò)已被公認(rèn)為緩解日益增長(zhǎng)的通信容量難題的有效方式，利用WDM技術(shù)提高通信容量的常用途徑是增加通信系統(tǒng)中參與復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)目以及每個(gè)波長(zhǎng)信道的數(shù)據(jù)率。在以40Gb/s傳輸速率為基礎(chǔ)的超高速、超寬帶通信系統(tǒng)中，WDM技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)以及光碼分復(fù)用(OCDM)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量，需要用到多波長(zhǎng)高脈沖重復(fù)率的超短脈沖光源，對(duì)超連續(xù)譜進(jìn)行譜切片就是實(shí)現(xiàn)這種光源的方法。
如圖2所示 超連續(xù)譜(Supercontinuum，簡(jiǎn)稱SC)的產(chǎn)生是指強(qiáng)度較高而光譜寬度有限的短脈沖在通過非線性介質(zhì)后，其光譜中產(chǎn)生許多新的頻率成分，光譜寬度遠(yuǎn)大于入射光的光譜。利用對(duì)SC譜進(jìn)行譜切片的方法，可以從中提取出任意線寬的多個(gè)中心波長(zhǎng)不同的短脈沖，其中每個(gè)中心波長(zhǎng)信道都具有與源脈沖光源相同的脈沖重復(fù)率，由此實(shí)現(xiàn)脈沖光源的多波長(zhǎng)擴(kuò)展。由于常用的非線性介質(zhì)是和波長(zhǎng)濾波器一樣的無源器件光纖，所以相對(duì)于由多個(gè)離散光源構(gòu)成的多波長(zhǎng)光源而言，不但成本低，而且穩(wěn)定性好。SC譜切割法提供了一種實(shí)現(xiàn)廉價(jià)、穩(wěn)定的多波長(zhǎng)脈沖光源的途徑，每個(gè)波長(zhǎng)通道的脈沖序列質(zhì)量好壞取決于SC譜的特性。展寬光譜的平滑性、寬度和相干性(即縱模調(diào)制深度)是衡量SC譜三個(gè)最重要的特征。
SC譜的特性除了與所使用的抽運(yùn)脈沖有關(guān)外，還決定于用于光譜展寬的非線性光纖的類型和不同特性光纖的組合連接方式，使用不同的光纖和將不同光纖按不同組合形式連接都可以構(gòu)成不同的脈沖光譜展寬器。SC的產(chǎn)生主要有三種途徑利用高階孤子壓縮效應(yīng)的色散位移光纖(DSF)；利用絕熱孤子壓縮的色散遞減光纖(DDF)；利用自相位調(diào)制(SPM)效應(yīng)的正常色散光纖。第一種方法利用脈沖在DSF的零色散點(diǎn)附近的反常色散區(qū)形成高階孤子以壓縮脈沖，擴(kuò)展頻譜。其主要問題在于脈沖在光纖的反常色散區(qū)傳播時(shí)，SC譜的相干性會(huì)受到調(diào)制不穩(wěn)定的影響而劣化，而且所展光譜在抽運(yùn)脈沖中心波長(zhǎng)附近有明顯的深陷。第二種方法采用的光纖其群速度延遲(GVD)常數(shù)沿光纖從反常值(β2＜0)變?yōu)檎Ｖ?β2＞0)，脈沖在該光纖中傳播時(shí)，在反常色散區(qū)通過絕熱孤子壓縮提高峰值功率后在正常色散區(qū)展譜。這種方法要求光纖輸入端的抽運(yùn)脈沖要滿足基態(tài)孤子的條件，這就限制了輸入脈沖的功率不能更高，脈沖的光譜展寬后會(huì)導(dǎo)致過低的功率譜密度，不利于提高信噪比；而且光纖色散必須是絕熱遞減，通常使用的光纖長(zhǎng)度很長(zhǎng)(＞1km)，對(duì)光纖制作工藝要求過高。相對(duì)于前面兩種方法，第三種方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。
使用具有正常色散值的光纖作為SC光纖實(shí)現(xiàn)脈沖的光譜展寬脈沖在這種光纖中傳輸時(shí)，SPM和正常色散的GVD引入的頻率啁啾相互作用，一方面使脈沖時(shí)域展寬，另一方面該線性啁啾的積累可以保證脈沖光譜平坦展寬。其SC產(chǎn)生的效果主要由下面的兩個(gè)參數(shù)描敘(1)LD2/LNL，其中LD2是二階色散長(zhǎng)度，定義為T02/|β2|；LNL是非線性長(zhǎng)度，定義為1/(γP0)，(2)LD2/LD3，其中LD3是三階色散長(zhǎng)度， 定義為T03/|β3|。式中，T0、β2、P0、γ、β3分別為脈沖半寬度、GVD常數(shù)、脈沖峰值功率、光纖非線性系數(shù)以及三階色散。實(shí)現(xiàn)SC有效產(chǎn)生的規(guī)則是LD2/LNL越高，SC譜越寬；同時(shí)，LD2/LD3要足夠小，以保證所展寬的SC譜不致進(jìn)入光纖的反常色散區(qū)而降低SC譜的質(zhì)量，而且這也是在整個(gè)SC脈沖寬度內(nèi)產(chǎn)生良好線性正啁啾的保證。由此確定選擇SC光纖的基本標(biāo)準(zhǔn)是光纖非線性系數(shù)要大；二階色散值盡量??；三階色散值相對(duì)于二階色散值越小越好。由上面的兩個(gè)規(guī)則我們還可以看到增大二階色散可以抑制三階色散，其代價(jià)可由相應(yīng)增大非線性系數(shù)來補(bǔ)償。具體到實(shí)際應(yīng)用，適合用于SC產(chǎn)生的光纖有兩類(1)具有正常色散值的色散平坦光纖(DFF)；(2)具有相對(duì)大的二階色散值的正常色散高非線性光纖(HNLF)。色散平坦光纖有兩個(gè)零色散波長(zhǎng)，分別位于1.3μm和1.6μm附近。這樣可以實(shí)現(xiàn)在1.3μm～1.6μm波長(zhǎng)范圍總色散都很小，而且色散斜率也很小。目前有實(shí)際應(yīng)用報(bào)道的高脈沖重復(fù)率(10GHz及以上)SC譜產(chǎn)生采用的主要就是這種光纖。這種SC光纖的優(yōu)點(diǎn)是脈沖在光纖中傳播時(shí)，很小的二階色散在降低脈沖的展寬速率的同時(shí)也減緩了峰值功率下降的速度，保證了主導(dǎo)光譜展寬的SPM的有效作用。然而，這種光纖實(shí)現(xiàn)色散平坦的手段是使波導(dǎo)色散曲線具有更大的斜率，或其負(fù)色散值隨波長(zhǎng)變化更陡，以使1.3μm～1.6μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)波導(dǎo)色散和材料色散較好地抵消。因而這種光纖的折射率分布非常復(fù)雜，該結(jié)構(gòu)的光纖制作難度極大，單位長(zhǎng)度價(jià)格昂貴。不僅如此，已證明實(shí)現(xiàn)光譜充分展寬的光纖的最佳長(zhǎng)度與色散系數(shù)的開方成反比，通常所需光纖的長(zhǎng)度在1km以上。而且，色散值越小，展寬光譜的頂端出現(xiàn)的波紋(ripple)越大，實(shí)際使用的光纖長(zhǎng)度會(huì)加長(zhǎng)以平坦頂部的振蕩和穩(wěn)定幅度噪聲。最近的研究還表明對(duì)于DFF構(gòu)成的SC光纖，由于二階色散的絕對(duì)值極小，微小的色散偏差和波動(dòng)也會(huì)極大減小SC譜的有用帶寬，這就要求在整個(gè)脈沖傳輸?shù)墓饫w長(zhǎng)度色散參數(shù)必須嚴(yán)格保持常數(shù)。因此該光纖生產(chǎn)精度嚴(yán)重影響其SC譜產(chǎn)生的質(zhì)量。在目前的工藝水平下，比較現(xiàn)實(shí)的解決辦法是提高色散的絕對(duì)值。綜合考慮以上因素，采用具有高正常色散的HNLF作為SC光纖以構(gòu)成脈沖光譜展寬器是合理選擇。
單純采用HNLF構(gòu)成的脈沖光譜展寬器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單光脈沖經(jīng)EDFA放大后，直接進(jìn)入特定長(zhǎng)度的高正常色散的HNLF實(shí)現(xiàn)光譜展寬。這種脈沖光譜展寬器的展譜特性是入脈沖峰值功率一定時(shí)，光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，光譜展寬越寬，但展寬程度會(huì)顯著減??；繼續(xù)增加光纖長(zhǎng)度，脈寬展寬，光譜展寬極微，只是光譜的包絡(luò)形狀更光滑。這是由于脈沖在高正常色散值的HNLF中傳輸時(shí)，脈沖會(huì)很快展寬，峰值功率隨之下降導(dǎo)致主導(dǎo)光譜展寬的SPM效應(yīng)迅速減弱，此后，展譜幾乎停止，色散起主導(dǎo)作用?？梢姡鳛镾C產(chǎn)生的HNLF，輸入脈沖條件一定時(shí)，有效展譜長(zhǎng)度存在極限值，單純依靠增加HNLF長(zhǎng)度，不能有效展寬脈沖的光譜。另一方面，對(duì)于輸入的脈沖而言，在脈沖寬度一定的情況下，顯然其峰值功率越高，則展譜效果越好。脈沖通過EDFA放大可以提高其峰值功率，但是放大的效果與脈沖重復(fù)率成反比，對(duì)于40GHz的脈沖序列，脈沖峰值功率受到EDFA的飽和輸出功率限制也不能有效提高。因此，普通方案中的HNLF構(gòu)成的脈沖光譜展寬器的對(duì)于40GHz的高脈沖重復(fù)頻率的脈沖光譜展寬效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于高非線性光纖的40GHz光脈沖序列光譜展寬器，以克服普通方案中的HNLF構(gòu)成的脈沖光譜展寬器對(duì)于40GHz的高脈沖重復(fù)頻率的脈沖光譜展寬效率偏低的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，其結(jié)構(gòu)是設(shè)有兩段不同長(zhǎng)度的高非線性光纖，在它們之間熔接了一根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。
基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，作為波分復(fù)用的40GHz高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。
本發(fā)明是一種新型脈沖光譜展寬器，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要優(yōu)點(diǎn)對(duì)于40GHz這種高脈沖重復(fù)頻率的脈沖序列，脈沖峰值功率放大受限的情況下，新型脈沖光譜展寬器采用啁啾脈沖壓縮技術(shù)，通過提高HNLF的光譜展寬效率實(shí)現(xiàn)了脈沖光譜進(jìn)一步有效展寬，即在相同的抽運(yùn)脈沖輸入和使用相同長(zhǎng)度的HNLF條件下，脈沖光譜展寬會(huì)有顯著提高。與采用一段150mHNLF的光譜展寬器相比，10dB光譜展寬可從10nm提高到約30nm。


圖1為本發(fā)明基于高非線性光纖的脈沖光譜展寬器示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的超連續(xù)譜作為多波長(zhǎng)高脈沖重復(fù)率的超短脈沖光源示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種新型脈沖光譜展寬器，具體涉及利用具有高正常色散值的高非線性光纖(HNLF)，構(gòu)成40GHz光脈沖序列光譜展寬器，以提供作為波分復(fù)用(WDM)的高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。對(duì)于40GHz這種脈沖峰值功率放大受限的脈沖序列，新型脈沖光譜展寬器采用啁啾脈沖壓縮技術(shù)，通過提高該HNLF的超連續(xù)譜(Supercontinuum，簡(jiǎn)稱SC)的產(chǎn)生效率，實(shí)現(xiàn)了脈沖光譜展寬的顯著的提高。
本發(fā)明脈沖光譜展寬器的構(gòu)建原理是首先，根據(jù)輸入脈沖和使用的高非線性光纖(HNLF)特性，確定標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SMF)和兩段HNLF的長(zhǎng)度。HNLF長(zhǎng)度的是根據(jù)該HNLF光譜有效展寬的極限值確定。SMF光纖長(zhǎng)度由啁啾脈沖補(bǔ)償?shù)淖罴腰c(diǎn)，其最佳補(bǔ)償點(diǎn)也是脈沖峰值功率最高點(diǎn)。
其次，將選定長(zhǎng)度的光纖依序進(jìn)行熔接，為方便將其接入SC產(chǎn)生光路，可在兩段HNLF的外端焊接上斜斷面光纖連接跳線，實(shí)際使用的脈沖光譜展寬器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
主動(dòng)鎖模脈激光器超短脈沖光源(PSL-40-1-TS)產(chǎn)生的40GHz的脈沖序列，其中心波長(zhǎng)在1550nm，脈沖寬度為1.2ps，并經(jīng)大功率EDFA(BT2-C-30-PB-FA)，將脈沖序列的平均功率放大到約27dBm。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明是基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，由三段光纖構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示設(shè)有不同長(zhǎng)度的高非線性光纖1、3，在它們之間熔接了一根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2。
本發(fā)明采用啁啾脈沖壓縮技術(shù)，利用高非線性光纖1、3和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)40GHz光脈沖的壓縮和光譜展寬。啁啾脈沖壓縮技術(shù)是抽運(yùn)脈沖首先通過第一段HNLF即高非線性光纖1，得到光譜展寬的線性正啁啾SC脈沖，然后經(jīng)過相應(yīng)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2(SMF)進(jìn)行啁啾補(bǔ)償壓縮，以再次提高脈沖的峰值功率，最后進(jìn)入第二段HNLF即高非線性光纖3實(shí)現(xiàn)脈沖光譜的進(jìn)一步展寬。所以，本發(fā)明充分利用了HNLF良好的線性正啁啾特性(二階色散遠(yuǎn)大于三階色散，可有效抑制三階色散作用)，從而能與SMF中負(fù)線性啁啾有效補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)脈沖會(huì)被壓縮，當(dāng)啁啾補(bǔ)償完成時(shí)，脈沖被壓縮至最窄，脈沖峰值功率會(huì)重新提高。此時(shí)脈沖再進(jìn)入第二段HNLF時(shí)，與脈沖峰值功率成正比的SPM效應(yīng)作用再次增強(qiáng)，因此光譜隨之進(jìn)一步得到了展寬。
上述的高非線性光纖1、3的長(zhǎng)度分別為80～150m和45～85m，或者根據(jù)實(shí)際情況而定，一般采用100、50m就可以了?？刹捎糜扇毡咀∮压旧a(chǎn)的高非線性光纖，其主要的參數(shù)如下非線性系數(shù)γ＝21/km/w，1.55μm處損耗為0.53dB/km，色散系數(shù)為-12.2ps/km/nm，色散斜率為0.012ps/km/nm2。
標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2可采用G.652等品種光纖，其長(zhǎng)度為50～100m，或者根據(jù)實(shí)際情況而定，一般采用70m長(zhǎng)就可以了?？刹捎糜晌錆h長(zhǎng)飛光纖公司生產(chǎn)的G.652光纖，其主要參數(shù)為非線性系數(shù)γ＝1.34/km/w，1.55μm處損耗為0.32dB/km，色散系數(shù)為-18ps/km/nm，色散斜率為0.09ps/km/nm2。
在確定好高非線性光纖1、3和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2三段光纖長(zhǎng)度后，切割光纖并按順序熔接光纖，以及高非線性光纖1、3兩端的光纖跳線連接頭。這里的關(guān)鍵工藝在于HNLF與G652光纖的熔接時(shí)要控制好焊點(diǎn)的損耗，通過優(yōu)化光纖熔接條件，該損耗值可以控制在0.1dB甚至更小。
本發(fā)明可作為波分復(fù)用的40GHz高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。
本發(fā)明光譜展寬器的展寬波長(zhǎng)范圍可達(dá)1530～1565nm。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的超連續(xù)譜作為多波長(zhǎng)高脈沖重復(fù)率的超短脈沖光源示意圖，如圖2所示。圖中4.波長(zhǎng)軸；5.脈沖源；6.時(shí)間軸；7.本發(fā)明光譜展寬器；8.超連續(xù)譜；9.波長(zhǎng)軸；10.波長(zhǎng)濾波器；11.多波長(zhǎng)光源。
權(quán)利要求
1.一種光譜展寬器，其特征是基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，其結(jié)構(gòu)是設(shè)有不同長(zhǎng)度的高非線性光纖(1)、(3)，在它們之間熔接了一根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜展寬器，其特征在于所述的基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，其采用啁啾脈沖壓縮技術(shù)，利用高非線性光纖(1)、(3)和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(2)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)40GHz光脈沖的壓縮和脈沖功率的放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜展寬器，其特征在于所述的高非線性光纖(1)、(3)，長(zhǎng)度分別為80～150m和45～85m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜展寬器，其特征在于所述的高非線性光纖(1)、(3)，長(zhǎng)度分別為100、50m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜展寬器，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(2)是G.652光纖，其長(zhǎng)度為50～100m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光譜展寬器，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(2)的長(zhǎng)度為70m。
7.一種基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，作為波分復(fù)用的40GHz高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光譜展寬器，其特征在于所述的光譜展寬器，其展寬波長(zhǎng)范圍為1530～1565nm。
全文摘要
本發(fā)明是基于高非線性光纖的光脈沖序列光譜展寬器，其設(shè)有不同長(zhǎng)度的高非線性光纖(1)、(3)，在它們之間熔接了一根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(2)；其作為波分復(fù)用的40GHz高脈沖重復(fù)頻率的寬帶相干光源。對(duì)于40GHz這種高脈沖重復(fù)頻率的脈沖序列，脈沖峰值功率放大受限的情況下，本發(fā)明光譜展寬器采用啁啾脈沖壓縮技術(shù)，通過提高HNLF的光譜展寬效率實(shí)現(xiàn)了脈沖光譜進(jìn)一步有效展寬，即在相同的抽運(yùn)脈沖輸入和使用相同長(zhǎng)度的HNLF條件下，脈沖光譜展寬會(huì)有顯著提高。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1645771SQ20051001814
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者元秀華, 夏軻, 王瑾, 何慧如 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)