能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件制造技术

本发明专利技术涉及一种能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件，包括光输入端，光输出端，在光输入端与光输出端之间有能同时滤波和色散补偿的装置，其特点是：能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件是多端口光方向耦合型器件与啁啾光纤光栅连接构成。本发明专利技术能同时进行光学滤波和色散补偿的步骤如下：提供多个波长信号光，需要得到某些特定波长不失真的信号光；将上述多波长信号光传输至能同时实现滤波和色散补偿的器件，该器件在提取出预定波段信号光的同时，压缩脉冲展宽，进行色散补偿；从能同时实现滤波和色散补偿的器件中输出不失真的预定信号光。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于光通信器件领域，特别是一种能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件。
技术介绍
为满足日益增长的通信系统扩容需要，充分利用光纤的巨大带宽资源，密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术作为当今光纤通信系统扩容的最佳方案，其发展趋势将是更高速率、更长距离、更大容量，具体表现在通信系统中每路波长复用数增多，信道间隔减小。这种高速DWDM传输系统对器件性能提出更高要求，要求新的通信器件能促进更高的谱效率，具有更强的灵活性和更低的成本。滤波器作为系统中的关键器件，要在窄的信道间隔基础上，具有高反射率、窄带宽，良好的信道隔离度，较低的插入损耗，较小的串扰和较高的带宽利用率。由于系统的色散容差与信号速率的平方成反比，高速传输系统对色散控制的要求也越来越高，在传输更短距离后就必须进行准确、有效色散补偿。目前，DWDM系统中通用的滤波技术主要有多层介质膜滤波、阵列波导光栅(Array Waveguide Grating，AWG)和光纤Bragg光栅(Fiber BraggGrating，FBG)。多层介质膜滤波器由多层高反射膜组成，是一种利用多光束干涉原理制成的滤波器。温度特性比较好，通带较平坦，在隔离度、偏振损耗和偏振模色散方面具有良好的光学特性。阵列波导光栅是以光集成技术为基础的平面波导器件，也是利用光束干涉原理制成的滤波器件。由于采用平面波导技术，具有结构紧凑，易于批量生产，重复性好等特点。光纤Bragg光栅是一种全光纤器件。它利用光纤的光敏性，通过紫外光的照射使光纤纤芯的折射率产生周期性扰动，形成了具有波长选择性的反射器。光纤光栅的周期、长度和折射率的调制强度一起决定了光栅反射率的高低和带宽的大小。利用FBG的波长选择性制作的在线光纤滤波器具有成本低、与光纤兼容、易于集成等优点，能实现窄信道滤波。在色散补偿方面，DWDM系统所使用的传输光纤通常都是单模光纤，其色散可分为色度色散(即群速色散，Group Velocity Dispersion，GVD)和偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)。对于色度色散补偿，目前常见的解决方案有采用色散补偿光纤(Dispersion Compensated Fiber，DCF)和啁啾光纤光栅(Chirped Fiber Bragg Grating，CFBG)两种。DCF是一种具有大负色散、小纤芯尺寸的单模光纤，能进行色散补偿。但是，由于DCF的衰减系数较普通单模光纤高，当色散补偿量较大时，较长的DCF对系统引入的附加衰减也越大，需要额外补偿这些损耗，增加了系统成本。此外DCF用于波分复用系统时，容易产生非线性效应，使信号间产生串扰。CFBG指光栅周期沿长度方向发生一定变化的FBG。采用CFBG可以方便地对各信道进行精确的色散补偿，它补偿能力强，成本低，对光纤链路的升级也比较容易。具有附加损耗小、器件微型化、耦合性好等特性。在光纤通信系统中，为了提取不失真的有用光信号，目前通常先采用色散补偿器件对信号进行色散补偿，脉冲整形后，再用滤波器件提取信号，其中，所使用的色散补偿器件和滤波器件一般都采用前面所述的公知技术。这种分别采用两种独立器件实现色散补偿和滤波功能的方式虽然可以满足要求，但由于器件使用的多次性和个异性，具有插入损耗较大，成本较高等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件，它能不失真地滤出预定光信号，又能对预定光信号提供一定量的色散，予以色散补偿，使器件在滤出光信号的同时进行色散补偿，且插入损耗小，成本低，以克服上述的不足。为了实现上述目的，本专利技术采用的方案是一种能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件，包括光输入端、光输出端，在光输入端与光输出端之间有能同时进行滤波和色散补偿的装置，其特点是光输入、输出端由多端口光方向耦合型器件提供，啁啾光纤光栅作为同时进行滤波和色散补偿的装置，所述多端口光方向耦合型器件的一个输入端作为整个光学器件的光输入端，其一个输出端作为整个光学器件的光输出端，其一个输入输出端连接啁啾光纤光栅。能同时进行光学滤波和色散补偿的步骤如下提供多个波长信号光，需要得到某些特定波长不失真的信号光；将这些多波长信号光传输至能同时实现滤波和色散补偿的器件，该器件在提取出预定波段信号光的同时，压缩脉冲展宽，进行色散补偿；从能同时实现滤波和色散补偿的器件中输出不失真的预定信号光。在上述方案中，啁啾光纤光栅作为关键部件，其滤波性能和色散补偿特性由其特征曲线(反射谱和时延曲线)决定。根据高速DWDM传输系统对滤波和色散补偿的要求，啁啾光纤光栅要能同时实现这两种功能，对其反射谱和时延曲线都有很高要求，反射谱必须在窄的信道间隔基础上，具有高反射率、窄带宽和较高的带宽利用率，同时时延曲线要具有良好的平滑度和线性度。不同结构的光栅具有不同的特征曲线。为得到高性能的特征曲线，必须设计特定的光栅结构以达到指标要求。光栅的结构设计指根据目标特征曲线，设计出光栅结构参数。通常用切趾函数Δn(z)和局部啁啾量Λ(z)描述啁啾光纤光栅的结构特征，z表示光栅轴向位置参数。当Λ(z)是线性函数时，光栅的啁啾形式为线性；非线性啁啾光纤光栅的Λ(z)是非线性函数。典型的切趾函数有高斯函数、双曲正切函数、余弦函数和升余弦函数等，它们的函数曲线都是对称的钟型。虽然经这些函数切趾后的CFBG反射谱变得光滑，时延抖动有所改善，但反射率较低，带宽利用率不高，时延曲线平滑度较差，线性度不够好。由此，必须选用一种有效的设计方法才能保证啁啾光纤光栅滤波特性优良、色散补偿能力好、插入损耗小和非线性效应弱。较简单的光纤Bragg光栅设计方法是一阶波恩近似法，利用光栅反射谱和耦合系数间近似的傅立叶变换关系得到光栅结构参数，该方法只适用于低反射率光栅，在设计高反射率光栅时具有局限性。另一类方法采用具有精确解的积分方程描述光栅中电磁波的传播特性，通过求解方程，得到光栅结构参数。但通常不易求出方程解析解，需对目标谱进行有理函数限制或采取特定的数学求解算法，该类方法计算效率较低，结果精确性较差。此外，还有一种基于因果讨论的光栅设计方法，从光栅矩阵分析法出发，将光栅等分成多层，充分考虑电磁波传播介质层的结构和物理特性，在场沿光栅传播的同时，根据简单的因果关系，逐层确定每一层介质结构参数。该方法具有计算效率高、结果精确等优点。分析表明采用该方法设计的光栅的分析特征曲线和目标特征曲线基本重合，所以在理论设计上，可以通过设定优良的目标特征曲线，得到高品质、优性能光纤Bragg光栅的结构参数。啁啾光纤光栅的制作可采用多种公知方法，如相位掩膜法、光纤/掩膜移动扫描法、二次曝光法等等。对于本专利技术中的啁啾光纤光栅，如前所述，其结构参数是根据具体的滤波和色散补偿要求进行个体设计后得到的，目标参数的不同，光栅的结构也不同。为降低制作成本，可以选用光纤/掩膜移动扫描法制作本专利技术中的啁啾光纤光栅，该方法易于实现，并且方便、灵活，便于控制。附图说明图1是啁啾光纤光栅的原理图。图2是啁啾光纤光栅的特征曲线(反射谱和时延曲线)图。图3是啁啾光纤光栅的设计方法说明图。图4是根据一目标指标设计的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件，包括光输入端，光输出端，在光输入端与光输出端之间有能同时滤波和色散补偿的装置，其特征在于：能同时实现光学滤波和色散补偿功能的器件是多端口光方向耦合型器件与啁啾光纤光栅连接构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：许远忠，肖凌燕，
申请(专利权)人：武汉光迅科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]