专利名称：基于光纤光栅的偏振模色散补偿器的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信技术领域，特别是一种基于光纤光栅的偏振模色散补偿器，主要用于高速光纤通信中的偏振模色散的补偿，以恢复因不同偏振模传输的群时延差而展宽的光脉冲信号的脉宽，减小信号传送的失真和误码率。
背景技术：
在单模光纤中，实际上传输着两个相互正交的线性偏振模式。在理想的圆对称纤芯的单模光纤中，这两个模式是完全简并的，它们的传播常数相等，故不存在偏振模色散。但在实际的光纤中，由于光纤的不圆度及残余内应力等因素，使光纤产生双折射。除了光纤结构本身存在的双折射之外，光纤在铺设过程中的弯曲和扭转等变化，或受到外界压力及环境温度等因素的影响，也将使光纤产生附加双折射。当光在这种光纤中传输时，两个偏振模式之间就有一定的传输速度差，即它们到达光传输链路末端的时间不同(这就是所谓的偏振模色散)，这两个时间差就是偏振模色散的大小。另外，两个偏振模之间还将发生耦合。由于光纤本征双折射及外界因素的影响在光纤线路上是随机的，因此，两个偏振模之间的耦合也是随机的，造成偏振模色散是个随机量。
随着社会信息化的不断发展，用户对通信容量的需求日益增加。作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向迅速发展。现在，商用单信道的速率已发展到10Gb/s，正向40Gb/s甚至160Gb/s发展。随着单信道传输速率的提高，在较低速率光纤传输系统中影响不大的偏振模色散问题变得越来越突出。偏振模色散损害系统的传输性能，限制系统的传输速率和距离，被认为是限制高速光纤通信系统传输容量和距离的最终因素。正是由于偏振模色散对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响，如何补偿光纤通信系统偏振模色散已成为业界广泛研究的课题。另一方面，由于偏振模色散是个随机统计量，因此偏振模色散补偿器要动态可调。
偏振模色散补偿的基本原理是将光信号的二个偏振光波分解，分别通过延时量不同的延时器，然后再合成。其中的关键部件是延时器。现已报道多种偏振模色散补偿的方案。在先技术之一采用体光学延时器见Jungho Kim，Hosung Yong等发表的《Polarization mode dispersion compensator using apolarization beam splitter and quarter-wave plates》，Applied Optics，Vol.40，pp.4473-4475，2001；在先技术之二采用保偏光纤非线性啁啾光纤光栅见S.Lee，R.Khosravani等发表的《High-birefringence nonlinearly-chirped fiber Bragg grating for tunablecompensation of polarization mode dispersion》，OFC Technical Digest，pp.272-274，1999。
在先技术之三采用两根线性啁啾光纤光栅见K.Yoshiara，M.Takabayashi等人发表的《Tunable Polarization Mode Dispersion Compensator with ChirpedFiber Bragg Gratings》，OFC Technical Digest，pp.168-169，2003。
它们的基本工作原理是相同的首先将两偏振信号分开，而后让它们分别经过不同延时的路线，在反馈回路的控制下，使两偏振模之间的时延差为零。最后将补偿后的两偏振模信号混合输出给光接收机。但是利用体光学延时器构成的偏振模色散补偿器将较容易受到周围环境因素的影响；而在保偏光纤上写非线性啁啾光栅制备方法较为复杂，且不易于动态调节，即不利于动态调节补偿量；而利用在先技术之三所述的方法时，由于两根光纤的本底折射率相同，它们的时延曲线是一样的，因此在应用前，要在两根光纤光栅的表面都镀上金属膜，并引出电极，以供加电流，改变光纤光栅的温度，在应用时，要将其中的一根光栅的温度预加到60℃，以使两根光栅的时延曲线错开，产生时延差，以此补偿偏振模色散，而后改变通过另一光栅表面金属膜的电流，从而达到动态补偿的目的。由此可见，该方案制备复杂，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提供一种基于光纤光栅的偏振模色散补偿器，它制备简单，成本低，易于动态调节。
本发明的技术解决方案如下一种基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器，其特点是它包括一根预曝光线性啁啾光纤光栅和一根常规线性啁啾光纤光栅，该常规线性啁啾光纤光栅的表面有金属膜，该金属膜的两端各设一引出电极，一偏振分束器的两根尾纤分别连接预曝光线性啁啾光纤光栅和常规线性啁啾光纤光栅，该偏振分束器的输入端与偏振控制器和环行器相连。
所述的基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器的制备方法，包括下列步骤①将一根常规掺氧化锗单模光纤中间一小段光纤的涂覆层剥去后，利用紫外曝光使该小段光纤的折射率变大，形成预曝光光纤，利用线性啁啾相位板，在该预曝光光纤上写入线性啁啾光栅，形成预曝光线性啁啾光纤光栅；②将另一根常规掺氧化锗单模光纤中间一小段光纤的涂覆层剥去后，利用上述同一块线性啁啾相位板，制作常规线性啁啾光纤光栅，而后在该光栅的表面镀上金属膜，并在该金属膜的两端引出两电极；③把预曝光线性啁啾光纤光栅和常规线性啁啾光纤光栅与偏振分束器的两根尾纤分别相连接；该偏振分束器的输入端与偏振控制器和环行器相连；④经封装，即构成了基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器。
所述的两引出电极间的电阻为7欧姆。
预曝光处理后的光纤段的有效折射率将比未经处理的光纤的有效折射率来得大，这样，经预曝光处理后所写的线性啁啾光纤光栅对某一光频的光的时延将比常规线性啁啾光纤光栅对该光频的光的时延来得大。这样，当光纤传输链路的输出光经偏振分束器分解所得的两束线偏振光分别经过这两根光栅后将产生一定量的时延差，如果这个时延差与光纤传输链路所带来的偏振模色散的大小相等且符号相反，则总的时延差为零，即偏振模色散得到了补偿。利用预曝光处理后的光纤段的有效折射率的增大量随着预曝光的能量及预曝光的脉冲数的增加而增大，这意味着，可以通过控制，制备出具有不同偏振模色散的光传输链路的偏振模色散补偿器。
当给常规线性啁啾光纤光栅表面的金属膜施加不同的电流时，由于焦耳效应，常规线性啁啾光纤光栅的温度将发生变化，这将导致该光栅对某个波长的时延发生变化，即达到时延大小动态可调的目的。
常规线性啁啾光纤光栅的表面不镀金属膜，而是将其粘于悬臂梁上，通过调节悬臂梁也可达到动态调节补偿量的目的。
本发明基于光纤光栅的偏振模色散补偿器中的线性啁啾光栅有两种不同的布置方式，从而形成两种不同的实施方案。
(1)两根线性啁啾光纤光栅的周期从左到右逐渐增加，如图1所示。
(2)一根线性啁啾光纤光栅的周期从左到右逐渐增加，而另一根光栅的周期从左到右逐渐减小，如图3所示。
本新型的基于光纤光栅的偏振模色散补偿器与现有的偏振模色散补偿器相比具有以下优点(1)采用本方法制备技术而制备的偏振模色散补偿器的动态可调的方法简单，便于调节，并且动态调节的范围大。
(2)本偏振模色散补偿器的制备工艺简单，易于实现。
(3)本偏振模色散补偿器所采用的线性光纤光栅是写在商用的光纤上，且是利用线性啁啾的相位板写入的，因此成本低。
图1是本发明的基于光纤光栅的偏振模色散补偿器实施例1的结构示意图。
图2是相应于第一种实施方案的两根线性啁啾光纤光栅的时延曲线及所产生的群时延差的示意图。
图3是本发明基于光纤光栅的偏振模色散补偿器实施例2的结构示意图。
图4是实施例2的两根线性啁啾光纤光栅的时延曲线及所产生的群时延差的示意图。图中的虚线为经紫外光预曝光处理后写入的线性啁啾光纤光栅的时延曲线，而实线为未经紫外光预曝光处理后写入的线性啁啾光纤光栅的时延曲线。
具体实施例方式请参阅图1和图3。图1和图3是本发明基于光纤光栅的偏振模色散补偿器的实施例1和2的结构示意图，由图可见，本发明基于光纤光栅的偏振模色散补偿器是由一根商用常规掺氧化锗单模光纤8，采用紫外曝光使某一小段光纤的折射率变大，形成预曝光段光纤，然后在预曝光段利用线性啁啾相位板写入光栅，形成预曝光的线性啁啾光纤光栅1；在另一根光纤9上，不经过紫外预曝光处理，利用同一相位板写光栅，得到常规的线性啁啾光纤光栅2，而后在该光栅2的表面镀上金属膜，并在金属膜的两端引出电极。把预曝光线性啁啾光纤光栅1和常规线性啁啾光纤光栅2分别连接到偏振分束器3的两根尾纤上，最后将该偏振分束器3的输入端与偏振控制器5及环行器4按相连，并经封装，即构成本新型的基于光纤光栅的偏振模色散补偿器。
下面就本新型的基于光纤光栅的偏振模色散补偿器的两个应用实例作进一步说明。
实施例1整个补偿器装置如图1所示，由连接器6、偏振控制器5、环行器4、偏振分束器3、预曝光的线性啁啾光纤光栅1、常规线性啁啾光纤光栅2、光接收机7、电流控制电路10和反馈回路11组成。其中连接器6与光纤传输链路的末端相连，即对于本补偿器而言，光纤传输末端的光信号从连接器6输入，而后经过本补偿器进行偏振模色散补偿后，由光接收机7接收。具体的补偿过程为由光纤传输链路输出的光信号，经连接器6传到偏振控制器5，该偏振控制器5的作用是保证其输出光信号的偏振态不变，而后光信号再经过环行器4到偏振分束器3，偏振分束器3将光信号分成互相垂直的两束线偏振光，它们分别经过预曝光的线性啁啾光纤光栅1和常规线性啁啾光纤光栅2反射后，再经偏振分束器3合波后经环行器4由接收机7接收。环行器4的作用是保证光只传输给光接收机7。在这个过程中，由于预曝光的线性啁啾光纤光栅1和常规线性啁啾光纤光栅2引入时延的大小不同，因此在两束线偏振光之间引入了一个附加的时延差，当该时延差的大小与光纤传输链路的偏振模色散的大小相等但符号相反时，就达到了补偿偏振膜色散的目的。由于偏振模色散是个随机统计量，其大小是在变化的，从而光纤传输链路输出的光信号的偏振态也将是变化的，在本补偿器中，从接收机7取出反馈信号，经反馈电路11处理后，控制偏振控制器5，以保证偏振控制器5输出的信号的偏振态保持不变；从接收机7取出另一路反馈信号控制电流控制电路10的输出电流，使常规线性啁啾光纤光栅2对输入光信号的时延变化，而预曝光的线性啁啾光纤光栅1对输入光信号的时延不变，因此二者对光信号的时延差将随控制电流的变化而变化，从而达到动态补偿偏振模色散的目的。
实施例2把实施例1补偿装置中的预曝光的线性啁啾光纤光栅1换个方向放置就构成了该应用实例的补偿装置。与实例1相比，它具有更大的动态调节范围。
权利要求
1.一种基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器，其特征在于它包括一根预曝光线性啁啾光纤光栅(1)和一根常规线性啁啾光纤光栅(2)，该光纤光栅(2)的表面有金属膜，该金属膜的两端各设一引出电极，一偏振分束器(3)的两根尾纤分别连接预曝光线性啁啾光纤光栅(1)和常规线性啁啾光纤光栅(2)，该偏振分束器(3)的输入端与偏振控制器(5)和环行器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器的制备方法，其特征是包括下列步骤①将一根常规掺氧化锗单模光纤(8)中间一小段光纤的涂覆层剥去后，利用紫外曝光使该小段光纤的折射率变大，形成预曝光光纤，利用线性啁啾相位板，在该预曝光光纤上写入线性啁啾光栅，形成预曝光线性啁啾光纤光栅(1)；②将另一根常规掺氧化锗单模光纤(9)中间一小段光纤的涂覆层剥去后，利用上述同一块线性啁啾相位板，制作常规线性啁啾光纤光栅(2)，而后在该光栅的表面镀上金属膜，并在该金属膜的两端引出两电极；③把预曝光线性啁啾光纤光栅(1)和常规线性啁啾光纤光栅(2)与偏振分束器(3)的两根尾纤分别相连接；该偏振分束器(3)的输入端与偏振控制器(5)和环行器(4)相连；④经封装，即构成了基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器。
3.根据权利要求2所述的基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器的制备方法，其特征是所述的两引出电极间的电阻为7欧姆。
4.根据权利要求2所述的基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器的制备方法，其特征是所述的预曝光线性啁啾光纤光栅(1)的周期和另一根常规线性啁啾光纤光栅(2)的周期都从左到右逐渐增加；或预曝光线性啁啾光纤光栅(1)的周期从左到右逐渐增加和另一根常规线性啁啾光纤光栅(2)的周期从左到右逐渐减小。
全文摘要
一种基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器，其特征在于它包括一根预曝光线性啁啾光纤光栅和一根常规线性啁啾光纤光栅，该光纤光栅的表面有金属膜，该金属膜的两端各设一引出电极，一偏振分束器的两根尾纤分别连接预曝光线性啁啾光纤光栅和常规线性啁啾光纤光栅，该偏振分束器的输入端与偏振控制器和环行器相连。本发明基于线性光纤光栅偏振模色散补偿器具有制备简单、成本低和易于动态调节的优点。
文档编号H04B10/12GK1564030SQ20041001706
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日
发明者方祖捷, 周赢武, 黄锐, 刘峰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所