专利名称：基于采样光栅的二维编解码器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种通信光电子技术，设计与制作方法属于光纤通信技术领域，尤其涉及光 纤光栅制作领域。
背景技术：
编解码器是光码分多址的光纤通信系统的核心器件，所以编解码器的设计和制作技术是 光码分多址系统的核心关键技术。采用光纤光栅作为主要器件是实现编解码器的一种常规可 行的方法，然而普通的光纤光栅一般只能实现在时域上的一维编码。对于在时域和频域上都 编码的二维编码方式制造的光码分多址系统中的编解码器，通常可以采用光纤光栅阵列结构， 如图l所示。但由于阵列体积庞大，制作时要求构成阵列的每个光纤光栅制作起来一致匹配， 相互间的长度间隔精度要求很高，从而制约了它的实际应用。其次，这个阵列结构使得光在 其中传输的路程长，对应的光需要较长的时间进行光纤光栅阵列的编解码功能，这样系统的 传输速率会受到很大的限制。此外，光纤光栅阵列制造的编解码器中每个光纤光栅结构简单， 使得光码分多址系统的安全性存在隐患。
采样光纤光栅，是一种用周期性的窗函数对光栅折射率进行调制后得到的光纤光栅。在 制作过程中通过平移台和聚焦透镜组控制激光器光斑在光纤中的照射位置，就可以形成采样 光纤光栅。而采样光纤光栅的反射谱呈多峰结构，而反射峰间距反比于采样周期。所以制作 采样光纤光栅，根据其采样周期的不同，会在频域上产生中心波长不同的反射峰。
发明内容
从上述的背景技术出发，如果将光纤光栅的阵列用不同周期采样光栅的级联结构组成， 级联的先后顺序构成在时域上的编码，同时级联的结构中每一级的周期选择对应于频域上的 编码，那么就能用单根光纤光栅形成在时域和频域上的二维编解码器。
本发明的目的是提供一种由单根光纤光栅制造的、在光码分多址的光纤通信中应用的二 维编解码器，作为光通信系统中的编解码器件，可以方便有效地通过在光纤光栅制作过程中
采样结构的设计，实现在时域和频域进行二维编码的功能。为此，本发明釆用在光纤通信线 路上设有通过光环形器与光纤通信线路相接的光纤光栅。上述结构设计实现了本发明的目的。 本发明的特征在于，依次含有以下步骤
步骤(l):对单根单模光纤进行载氢处理并剥去一段涂覆层； 步骤(2):把步骤(l)所述单模光纤固定在均匀模板后，使之贴近；
步骤(3):调整200nm 350nm的激光器，使之输出约为50mW的光功率； 步骤(4):调整光路，使经扫描反射镜反射的光斑照射在所述的光纤纤芯上； 步骤(5):打开微机的扫描移动平台以及激光器控制程序，输入设定的以下参数，控制采 样周期，使得即将制成的一根光纤光栅分为采样周期各不相同的几个光纤光栅段，不同的采 样点的位置，产生在时域和频域不同的二维编解码器，在进行光通信时，每段的位置会产生 相应的光延迟，对应于时域上的编码，而不同的采样周期选择对应于频域上不同的波长，二 者成反比，根据波长的有和无，相当于0信号和1信号，从而实现频域上的编码，从而实现 在频域和时域上的二维编码和解码
A:采样周期，光纤光栅段不同，采样周期就不同，其数值决定了频域编码的波长； 《采样点的位置，其间隔即为采样周期； A:采样点的曝光强度，即曝光时间，在1分钟 100分钟； Z"=尸* X (J + 一/2); 其中，《.,为第々个时隙的第J个采样点，A为第A个时隙的采样周期，相位取0时^>"
=0，相位取兀时^>7= 1。所述单模光纤光栅的长度在lcm 100cm间。所述单模光纤光栅 是一个4波长、15个时隙的采样光栅，长度为13.6cm。
本发明的优点是可以方便有效地在一根光纤光栅上实现光码分多址系统的二维编码，从 而减少编解码器体积，增大系统传输速率，提高通信保密性，并扩展编解码器码字容量。
图l为传统光纤光栅阵列制造的二维编解码器的示意图，ll为输入光，12为输出光，13 为光纤光栅阵列。
图2为发明的光纤光栅二维编解码器的示意图。
图3为发明的使用结构图，31为输入光，32为光纤光栅二维编解码器，33为输出光。 图4为发明的二位编解码器的反射谱，41为利用等效原理产生的-1级反射峰。 图5为制作平台的结构图，51为氩离子激光器，52为扫描反射镜，53为扫描移动平台， 54为相位模板，55为单模光纤。
具体实施例方式
如图2、图3所示， 一种光纤光栅二维编解码器，由单根光纤所制成，在光纤通信线路 上设有通过光环形器与光纤通信线路相接的光纤光栅。所述的光纤光栅通过光环形器接入光 码分多址的光纤通信线路中，光环形器有一个接口与光纤光栅相接，另外两个接口接入光纤 通信线路上。
所述的光纤光栅二维编解码器是一段带有光纤光栅的长度为1厘米 100厘米(最佳长 度为IO厘米)的器件。制作中通过对采样周期的控制，使得一根光纤光栅分为不同的采样周 期的几个光纤光栅段。每段各自的周期会在频域上产生不同的波长，根据波长的有和无，相 当于1信号和0信号，从而实现在频域上的编码；而每段的位置会在光通信中产生相应的光 延迟，对应于时域上的编码。由此就实现了在频域和时域上的二位编码结构。又因为制作在 同一根光纤光栅上的光码分多址系统的编解码器是对冲击脉冲的编解码，其光源可以具有较 好的相干性，从而可以通过相位编码实现信号的相干相长或相干相消，最终能够提高编解码 的信噪比性能、扩展码字容量。
所述的光纤光栅是用波长为200 350纳米(最佳波长为248纳米)的激光器通过相位模 板或相干光束衍射等方法照射光纤，照射时间为1分钟 100分钟(典型值为IO分钟)后在 光纤中形成折射率成周期性变化的光纤光栅。照射过程中通过平移台和聚焦透镜组控制激光 器光斑在光纤中的写入位置，从而同时确定在时域和频域的码字设计结构。
本实施实例光栅的反射谱如图4所示。其中，41为利用等效原理产生的-1级反射峰。本 实施实例光栅制作的装置如图5所示。其中，光源采用连续的244nm倍频氩离子激光器51 (美 国coherent公司生产)。扫描反射镜52固定在ESP6000扫描移动平台(Newport公司生产) 53上，扫描移动平台运动精度为0. lmm。反射镜52具有扫描及反射光束的功能，并将激光器 51输出的紫外光反射到均匀相位模板54上，该相位模板长度为60mm，紫外光经过相位模板 照射在其下经载氢处理的标准单模光纤55上。ESP6000扫描移动平台与微机的PI0 口 (图中 未标出)相连。通过在微机上运行事先设计好的驱动软件，改变移动平台的运动状态(运动 距离、运动时间等)，使其按照某一运动规律运行，就可得到需要的光纤光栅。
本实例的主要工艺流程如下
(1) 将普通光纤进行载氢处理并剥去一段涂覆层；
(2) 将上述光纤固定在均匀模板后，使之贴近；
(3) 调整激光器输出为50mW的光功率；
(4) 调整光路，使经扫描反射镜反射的光斑照射在光纤纤芯上；
(5) 打开微机的扫描移动平台和激光器控制程序，输入设定以下参数 &釆样周期，其数值决定了频域编码的波长，理论上与波长成反比；
4:釆样点的位置，其间隔即为采样周期A; A:采样点的曝光强度即曝光时间；
(6) 启动扫描平台，使其移动到光栅的采样位置《，并在采样点由激光器进行相应时 间的曝光，曝光时间由步骤(5)中的A决定。
使用时，将光纤光栅制作而成的编解码器按图3的方式通过光环形器接入光码分多址的 光纤通信线路中。所述的光纤光栅通过光环形器接入光码分多址的光纤通信线路中，光环形 器有一个接口与光纤光栅相接，另外接口接入光纤通信线路上。所述的光环形器为市场所购 产品。传统的光纤光栅阵列制作的编解码器用多个环形器，并精确控制各个光纤光栅间的距
离。而本发明的光纤光栅编解码器是由大约248纳米的激光器有选择地照射单根光纤中的某
些区域而制成的光纤光栅，再通过光环形器接入光码分多址的光纤通信线路中。
由本发明的光纤光栅二维编码器的反射同时在时域和频域上形成编码后的信号。若经由
码字匹配的解码器，则形成匹配解调后与原信号相同的匹配后的信号；若经由码字不匹配的 解码器，则会形成一连串类似噪声的信号，而不会形成与原始信号相同的信号。
由于本发明的编解码器中的光纤光栅设计灵活，与传统的光纤光栅阵列的二维编解码器 相比体积小，器件数量少，制作方便并且稳定性高。光通信线路中的编解码速率高、通信保 密性也有提高，并通过合理地选择在单根光纤中照射的区域，可以丰富码字容量。
权利要求
1、基于采样光栅的二维编解码器的制作方法，其特征在于，依次含有以下步骤步骤(1)对单根单模光纤进行载氢处理并剥去一段涂覆层；步骤(2)把步骤(1)所述单模光纤固定在均匀模板后，使之贴近；步骤(3)调整200nm～350nm的激光器，使之输出约为50mW的光功率；步骤(4)调整光路，使经扫描反射镜反射的光斑照射在所述的光纤纤芯上；步骤(5)打开微机的扫描移动平台以及激光器控制程序，输入设定的以下参数，控制采样周期，使得即将制成的一根光纤光栅分为采样周期各不相同的几个光纤光栅段，不同的采样点的位置，产生在时域和频域不同的二维编解码器，在进行光通信时，每段的位置会产生相应的光延迟，对应于时域上的编码，而不同的采样周期选择对应于频域上不同的波长，二者成反比，根据波长的有和无，相当于0信号和1信号，从而实现频域上的编码，从而实现在频域和时域上的二维编码和解码Pk采样周期，光纤光栅段不同，采样周期就不同，其数值决定了频域编码的波长；Zk采样点的位置，其间隔即为采样周期；Ak采样点的曝光强度，即曝光时间，在1分钟～100分钟；Zk，j＝Pk×(j+sign/2)；其中，Zk，j为第k个时隙的第j个采样点，Pk为第k个时隙的采样周期，相位取0时sign＝0，相位取π时sign＝1。
2、 根据权利要求1所述的基于采样光栅的二维编解码器的制作方法，其特征在于，所述单模光纤光栅的长度在lcm 100cm间。
3、 根据权利要求1所述的基于采样光栅的二维编解码器的制作方法，其特征在于，所述 单模光纤光栅是一个4波长、15个时隙的采样光栅，长度为13.6cm。
全文摘要
基于采样光栅的二维编解码器的制作方法属于一种通信光电子技术，其特征在于，采用在光纤通信线路上设有通过光环形器与光纤通信线路相接的光纤光栅，其长度为1厘米～100厘米，采用多种光纤作为原材料，用200～350nm的激光器通过相位掩模板照射光纤，照射时间为1分钟～100分钟后在光纤中形成折射率成周期性变化的光纤光栅。照射点位置可以根据不同设计而产生在时域和频域的二维编码的码字结构，从而在单根光纤光栅上实现光码分多址的光纤通信系统的二维编码和解码。本发明的优点是可以方便地用光纤光栅设计二维编码的码字结构，从而大大提高数据传输速率，扩展可用的码字容量，以及简化光码分多址系统中二维编解码器的制作。
文档编号G02B6/34GK101169502SQ200710178610
公开日2008年4月30日 申请日期2007年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者司治建, 恒 季, 邺 张, 谢世钟, 陈宏伟 申请人:清华大学