專(zhuān)利名稱(chēng)：寬頻域密集波分復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種髙效優(yōu)化易制作的寬頻域密集波分復(fù)用器，屬光信息技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多通道Bragg光纖光柵在制作密集波分復(fù)用器(DWDM)系統(tǒng)中引起了人們 的越來(lái)越多的關(guān)注。由于采樣光纖Bragg光柵在多通道中的濾波、色散補(bǔ)償?shù)确?面的特性非常適合于國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，所以采樣Bragg光纖光柵可以用于多通 道器件和設(shè)備的制作。采樣Bragg光柵可以通過(guò)用周期的振幅采樣函數(shù)或者相位 采樣函數(shù)對(duì)光纖的折射率進(jìn)行調(diào)制來(lái)得到。在這種結(jié)構(gòu)中，梳狀濾波器的自由 光譜范圍(FSR)唯一依賴(lài)于調(diào)節(jié)采樣光纖光柵的周期P。近年來(lái)，當(dāng)光纖光柵 中光柵周期發(fā)生啁啾變化，其啁啾系數(shù)和光柵采樣周期滿足一定的條件下，便 出現(xiàn)了振幅型光纖光柵的Talbot效應(yīng)，這時(shí)自由光譜范圍就不僅僅取決于光柵 的周期，而且還決定于光柵的啁啾變化。振幅采樣光柵中的Talbot效應(yīng)在光纖 的設(shè)計(jì)和光纖能量效率利用方面提供了很大方便，促進(jìn)我們更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)了 解光纖光柵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
目前，由于振幅采樣光纖光柵在能量利用率和折射率調(diào)制方面的不足，相 位采樣光纖光柵以其髙的能量利用率、平坦的反射通道的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)引起光學(xué)研 究者的極大興趣。但在相位采樣光纖光柵中，要通過(guò)對(duì)光纖折射率的調(diào)制來(lái)達(dá) 到我們所要求的多通道，對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)者和實(shí)驗(yàn)制作來(lái)說(shuō)是一件很困難的事，所 以一直以來(lái)，人們不斷探索優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)制作技術(shù)。2006年 J.E.Rothenberg、 Hongpu Li等人實(shí)驗(yàn)制作了 45通道的均勻相位采樣光纖光柵 (Joshua E. Rothenberg, Hongpu Li, Yunlong Sheng， Jan Popelek， Jason Zweiback, " Phase-only sampled 45 channel fiber Bragg grating written with a diffraction-compensated phase mask, " Optics Letters, Vol. 31 Issue 9， pp.1199-1201 (2006))，他們采用了所謂的"無(wú)拼接誤差"刻蝕技術(shù)制作了位相模板，其制作難度相當(dāng)困難。所以對(duì)制造寬頻域，多信道的波分復(fù)用相 位采樣光纖光柵來(lái)說(shuō)，如何減少位相模板的制作難度或者如何減少釆樣周期中 的相位采樣點(diǎn)， 一直是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種具有寬頻域、優(yōu)異的通道 均勻性，能量效率髙，髙隔離度的光纖光柵波分復(fù)用器。
本發(fā)明所釆用的技術(shù)方案是提供一種寬頻域密集波分復(fù)用器，它以相位 采樣光纖光柵為基材，采用相位函數(shù)進(jìn)行采樣；所述的光纖光柵的周期發(fā)生線
性或其它任意形式的啁啾，啁啾系數(shù)Cg滿足Talbot條件。 所述的光纖光柵的周期發(fā)生線性的啁啾，啁啾系數(shù)Cg為
其中，s為整數(shù)，邁為正整數(shù)，s/m為一個(gè)不可約的比值，A。為光柵中心的 柵格周期，P為采樣相位函數(shù)的周期。 所述的釆樣相位函數(shù)^(z)為
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，^為相位變化點(diǎn)的位置，0",為相位變化點(diǎn)的大小；K為一個(gè)采樣
周期的相位采樣點(diǎn)數(shù)；所述的^和0,"采用模擬退火算法優(yōu)化得到。
研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于啁啾采樣Bragg光纖光柵，當(dāng)采樣周期和啁啾系數(shù)Cg滿足
一定的條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光譜的自成像現(xiàn)象，即Talbot效應(yīng)，這是干涉作用導(dǎo)致 了周期性離散的反射譜。本發(fā)明正是基于以上的機(jī)理，選擇光柵周期的啁啾變 化使反射譜發(fā)生偏移，從而引起光譜干涉。當(dāng)啁啾條件滿足Talbot條件時(shí)，反 射峰峰值增加，波譜展寬，并且線寬均勻，這樣便實(shí)現(xiàn)了在相位采樣Bragg光 纖光柵中利用最少的位相變化采樣點(diǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)了多通道的可能。對(duì)于均勾的相位采樣光柵，想要得到更多的信道意味著在一個(gè)相位采樣周 期中有更多的相位采樣點(diǎn)，這就為制作光纖光柵波分復(fù)用器帶來(lái)了極大難度。 而啁啾相位采樣光柵可以用很少的相位采樣點(diǎn)得到與均勻光柵相同甚至更多的 信道數(shù)。
本發(fā)明利用在相位采樣光纖光柵中的Talbot效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)采樣周期 中改變很少相位點(diǎn)，得到寬通道，髙能量效率，髙隔離度的效果。這對(duì)制造位 相采樣光纖光柵的來(lái)講，極大的減少了其難度。與現(xiàn)有的制作均勻的相位采樣 光纖光柵的技術(shù)相對(duì)比，本發(fā)明采用Talbot效應(yīng)的相位采樣光纖光柵更加適合 于多信道的DWDM系統(tǒng)，因?yàn)樗还茉谕ǖ赖臄?shù)目上，還是通道的均勻性、能量 效率和通道之間的隔離度上都有明顯的優(yōu)勢(shì)。由此，基于Talbot效應(yīng)，相位采 樣光纖光柵的多通道、均勻性和髙能量對(duì)DWDM系統(tǒng)帶來(lái)了極大的制作便利條件。


圖1是按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制備的Dammann型二元相位采樣光纖 光柵的采樣點(diǎn)和相位變化點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制備的Dammann型二元相位采樣光纖 光柵隨著光柵周期啁啾系數(shù)變化后相位采樣光柵的多級(jí)反射譜圖。
圖3是按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制備的發(fā)生Talbot效應(yīng)的Dammann 型相位采樣光纖光柵與均勻相位采樣光纖光柵的信道對(duì)比圖。
圖4是按本發(fā)明實(shí)施例2技術(shù)方案制備的Multi-level型位相采樣光纖光
柵一個(gè)采樣周期中的位相變化結(jié)構(gòu)圖。
圖5是按本發(fā)明實(shí)施例2技術(shù)方案制備的Multi-level型相位采樣光纖光柵
隨著光柵周期啁啾系數(shù)變化后相位采樣光柵的多級(jí)反射譜圖。
圖6是按本發(fā)明實(shí)施例2技術(shù)方案制備的發(fā)生Talbot效應(yīng)的Multi-level 型相位采樣光纖光柵與均勻相位采樣光纖光柵的信道對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例1:Bragg光纖光柵柵格周期呈線性啁啾(可以是任意形式的啁啾)，即
A(z) = A。(l + c^)，啁啾系數(shù)^滿足光譜的Talbot條件
其中，s為整數(shù)，m為正整數(shù)，s/m為一個(gè)不可約的比值。光柵中心的柵格
周期為A。，啁啾系數(shù)為^g，采樣周期為P。
相位采樣采用二元位相結(jié)構(gòu)，0,,,=m;r (m=0, 1， 2，…K)，或者是任意固定
的位相值。通過(guò)模擬退火算法，得出相位變化點(diǎn)位置z,"的一組優(yōu)化解。這時(shí)候
稱(chēng)之為Da腿ann 二元相位采樣光纖光柵。
在本實(shí)施例中，使用的參數(shù)如下光柵有效折射率"。=1.485，光柵中心的
柵格周期A(,521.8855nm (相關(guān)的Bragg波長(zhǎng)、=1550nm)，光柵周期的折射率
變化A ^6.0X10—4，相位采樣周期為P=1.0mm,采樣周期數(shù)N=40。
參見(jiàn)附圖1 ,它是本實(shí)施例制備的Dammann型二元相位采樣光纖光柵的采 樣點(diǎn)和相位變化點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。相位取樣周期P=1.0mm，相位采樣點(diǎn)數(shù)為6。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例l技術(shù)方案制備的Dammarm型二元相位采樣光纖光柵 隨著光柵周期啁啾系數(shù)變化后相位采樣光柵的多級(jí)反射譜圖；其中，圖(a)為 均勻光柵，s=0， m=l;圖(b)和圖(c)為發(fā)生Talbot效應(yīng)的相位采樣光纖 光柵，圖(b)中，s=l， m=2，圖(c)中，s =2， m=3。參見(jiàn)附圖2，當(dāng)啁 啾系數(shù)變化滿足Talbot條件時(shí)，反射光譜的通道間隔(即自由光譜范圍)從均 勻光柵圖(a)中的0.8nm減小到圖(b)中的0. 4nm，再至圖(c)中的0. 27nm，在 相等的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，通道成倍數(shù)增加。由圖2可以看出，較之均勻光柵，發(fā)生 Talbot效應(yīng)的相位采樣光纖光柵中，其每個(gè)通道的帶寬分布非常均勻，通道之 間的隔離度明顯加大，而且信道分布得到很大范圍的擴(kuò)展。
圖3是按本發(fā)明實(shí)施例1技術(shù)方案制備的發(fā)生Talbot效應(yīng)的Dammann型 相位采樣光纖光柵與均勻相位采樣光纖光柵的信道對(duì)比圖。兩者都采用相位釆 樣光纖光柵，光柵總長(zhǎng)度均為8cm。圖(a〉是均勻的相位采樣光纖光柵，采樣周期P=2mm,采樣周期數(shù)N=40,得到其通道間隔是0. 4nm,而與之對(duì)應(yīng)的發(fā)生 Talbot效應(yīng)并產(chǎn)生相同通道間隔(0.4nm)的相位釆樣光纖光柵，如圖(b)所示， 其釆樣周期P=lmm,周期數(shù)N=80，啁啾系數(shù)cg=2. 6094X lO—Vmm, s=l, m=2。 從圖(b)可以看出，從一個(gè)僅有6個(gè)相位采樣點(diǎn)變化的Dammann型二元相位采樣 光纖光柵得到了一個(gè)寬頻域，多信道的反射光譜。
實(shí)施例2:
Bragg光纖光柵柵格周期呈線性啁啾(可以是任意形式的啁啾)，即
A(z) = A。(l + Cj)，啁啾系數(shù)Cg滿足光譜的Talbot條件
其中，s為整數(shù)，m為正整數(shù)，s/m為一個(gè)不可約的比值。光柵中心的柵格 周期為A。，啁啾系數(shù)為Cg，采樣周期為P。
相位采樣采用Multi-level相位結(jié)構(gòu)，相位變換點(diǎn)z ,是均勻的分布的。通
過(guò)模擬退火算法，得到相位變化量0 ,的一組優(yōu)化解，e,"變化范圍為(-2;r， 2;t), 這時(shí)候稱(chēng)之為Multi-level相位采樣光柵。
本實(shí)施例中采用的參數(shù)如下光纖內(nèi)有效折射率為 =1.485，光柵中心的柵
格周期A。-521.8855nm (相關(guān)的Bragg波長(zhǎng)4 = 1550nm),光柵周期的折射率變化
A =6.0X10—4，相位取樣周期是P=l. 0mm，
參見(jiàn)附圖4 ，它是按本實(shí)施例技術(shù)方案制備的Multi-level型位相采樣光 纖光柵一個(gè)采樣周期中的位相變化結(jié)構(gòu)圖。相位采樣周期是l.Omm， 一個(gè)周 期中的相位采樣點(diǎn)為10個(gè)。
圖5是按本實(shí)施例技術(shù)方案制備的Multi-level型相位采樣光纖光柵隨著 光柵周期啁啾系數(shù)變化后多級(jí)反射譜圖；其中，圖(a)為均勻光柵，s=0， m =1;圖(b)和圖(c)為發(fā)生Talbot效應(yīng)的相位釆樣光纖光柵，圖(b)中， s=l， m=2，圖(c)中，s=2， m=3。參見(jiàn)附圖5，當(dāng)光柵周期的啁啾系數(shù)滿 足Talbot條件變化時(shí)，反射光譜的通道間隔從均勻光柵圖(a〉中的0.8nm減小到圖(b)中的0.4mn再至圖(c)中的0.27nrn,在相等的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，通道成倍數(shù) 增加。更為重要的是，較之均勻光柵，發(fā)生Talbot效應(yīng)的光柵中，其每個(gè)通道 的帶寬分布非常均勻，通道之間的隔離度明顯加大，而且信道分布擴(kuò)展到更大 的波長(zhǎng)范圍。
圖6是具有相同通道間隔的均勻相位采樣光柵與按本實(shí)施例技術(shù)方案制備 的發(fā)生Talbot效應(yīng)相位采樣光柵的信道對(duì)比圖。參見(jiàn)附圖6,圖中，圖(a)采用 總長(zhǎng)度是6cm的均勻相位采樣光柵，每個(gè)采樣周期中有40個(gè)相位變化采樣點(diǎn)， 從圖中可見(jiàn)有效通道數(shù)為34，通道隔離度小于10dB;圖(b)是采用同樣長(zhǎng)度為 6cm發(fā)生Talbot效應(yīng)的啁啾相位采樣光柵，啁啾系數(shù)cg=2. 6094X10—7mm, s=l， m=2，采樣周期P4mm，每個(gè)釆樣周期中的位相采樣點(diǎn)數(shù)為10，從圖可看出，有 效通道數(shù)為44，通道隔離度大于20dB。由此可以看出，在Multi-level型相位 采樣光纖光柵中，利用Talbot效應(yīng)，可以使用較少的位相變化采樣點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn) 比均勻相位采樣光柵通道數(shù)更多，質(zhì)量更好的信號(hào)通道。如果不采用Talbot 效應(yīng)，想要達(dá)到同樣的效果，則要求更多的相位變化采樣點(diǎn)?？梢?jiàn)Talbot效應(yīng) 為實(shí)際高效率優(yōu)質(zhì)光柵制作帶來(lái)了極大的便利。
權(quán)利要求
1.一種寬頻域密集波分復(fù)用器，其特征在于它以相位采樣光纖光柵為基材，采用相位函數(shù)進(jìn)行采樣；所述的光纖光柵的周期發(fā)生線性或其它任意形式的啁啾，啁啾系數(shù)Cg滿足Talbot條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種寬頻域密集波分復(fù)用器，其特征在于所述的光纖光柵的周期發(fā)生線性的啁啾，啁啾系數(shù)Cg為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，s為整數(shù)，m為正整數(shù)，s/m為一個(gè)不可約的比值，A。為光柵中心的柵格周期，P為采樣相位函數(shù)的周期。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻域密集波分復(fù)用器，其特征在于所述的采樣相位函數(shù)、(z)為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^,為相位變化點(diǎn)的位置，e",為相位變化點(diǎn)的大??；K為一個(gè)采樣周期 的相位采樣點(diǎn)數(shù)；所述的；和0,,,采用模擬退火算法優(yōu)化得到。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的光學(xué)光纖波分復(fù)用器件，它是基于相位采樣Bragg光纖光柵發(fā)生Talbot效應(yīng)制作而成，具有寬頻域、信道密集、通道隔離好等特點(diǎn)，非常適合運(yùn)用于要求多信道(＞40個(gè)通道)，高密度(1納米大于2個(gè)信道)的光學(xué)波分復(fù)用元件。相比于同等要求信道的均勻相位采樣Bragg光纖光柵，在Talbot效應(yīng)下，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)采樣周期中改變最少的相位變化采樣點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)反射峰通道的效果，并且在Dammann型二元相位采樣光纖光柵和Multilevel型相位采樣光纖光柵中得到證實(shí)。本發(fā)明采用Talbot效應(yīng)的相位采樣光柵技術(shù)，在制造寬頻域、通道均勻、隔離度好的DWDM時(shí)，不管在降低制造難度上，還是提高通道質(zhì)量上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H04J14/02GK101315442SQ20081012323
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者張桂菊, 朱曉軍, 王欽華, 陸玉玲 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)