专利名称：一种适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超结构光纤光栅相位编解码器的制作方法，它可以针对不同 的波长通道设计高编码效率的光码分多址编解码器，制作不同波长通道编解码器 仅需一块均匀相位掩模板和微米精度的位移台，具有较强的实用价值。
背景技术：
编码器设计与制作是0CDMA通信系统的关键。传统的相移光栅的制作采用的 是连续相位写入技术[1-2]，这种技术通过精确的控制光束照射时间和位置，使得 相邻码片间折射率调制出现;r相移。光纤光栅的周期一般在530nm附近，因此如 果要准确控制相邻码片间的相位变化必须使用纳米级测量与控制工艺，这包括 10nm精度的长程位移台和亚纳米精度干涉测量仪，国际上也只有英国的南安普顿 大学和日本的OKI公司拥有该工艺，国内现有制作工艺还无法达到纳米级精度要 求。因此，必须依托现有设备，对编码器设计与制作技术进行创新，利用较低精 度的工艺制作出性能符合要求的编码器。均匀采样的布拉格光栅可以看作是无穷个具有等布拉格波长间隔的光栅的叠 加，它的反射谱具有多峰结构，其中每一个反射峰对应于采样光栅的一级鬼栅。 国内清华大学提出的等效相移(EPS)技术是在采样光栅的基础上通过改变某个位 置的采样周期，使得各级鬼栅上形成相移[3-6]。不同于直接相移技术，等效相移 技术将折射率调制相位的变化转换为光栅的采样周期变化，而采样周期的变化在 数百微米，因此等效相移技术制作的编码器的精度只是由位移台精度决定，为亚 微米精度，相比于纳米级精度的直接相移技术制作工艺精度下降了几个数量级， 使得仅利用一块相位掩模板和亚微米精度的位移台就可以制作出时域相位编解码 器。本发明的应用背景是波分复用器件和设备被广泛应用于骨干、城域和接入 光网络，与WDM相结合成为OCDMA技术在接入网和城域网应用中的必然趋势。采用南安普敦大学提出的直接相移技术制作不同波长通道的编解码器需要不同周期 的相位掩模板，而用于制作光纤光栅的相位掩模板是整套设备中比较昂贵的器件， 如此针对C波段的几十个WDM波长信道进行编解码就需要几十个相位掩，莫板，成 本极高。采用清华大学提出的等效相移技术可以用一块相位掩模板制作不同中心 波长的编解码器，但是编码效率过低、且具有严重的不一致性。 参考文献[1] Tao Pu, YuQuang Li， Shuwen Yang, Research of Algebra Congruent Codes Used in 2D OCDMA System [J]. /￡S￡V-Zr， 2003， 21(11): 2557-2564. [2] J.H丄ee, RC.Teh， P.Petropoulos, M.Ibsen and D.J.Richardson, High performance, 64-chip, 160Gchip/s fiber grating based OCDMA receiver incorporating a nonlinear optical loop mirror [C〗，尸roce&."g ThH4-l[3] Xu Wang, etc, 10-user truly-asynchronous OCDMA experiment with 511 -chip SSFBG en/decoder and SC-based optical thresholder [C]. OFC 2005， Vol.5, Pp.3. [4] P. C. Teh， M. Iben, J. H. Lee and etc., Demonstration of a four-channel WDM/OCDMA system Using 255-chip 320-Gchip/s quartemary phase coding gratings, 鹏i:尸/w组歸wo/. Z饥，2002, 14(2): 227~229.[5] Wtang Dai， Xiangfei Chen， Dianjie Jiang, and etc., Equivalent Phase Shift in a Fiber Bragg Grating Achieved by Changing the Sampling Period, /7zo加. 歸"o/.丄饥，2004， 16(10): 2284 2286[6] Wtang Dai， Xiangfei Chen， Jie Sun, and etc., High-performance, high-chip-count optical code division multiple access encoders-decoders based on a reconstruction equivalent-chirp technique, CJpto Ze".， 2006,31(11)发明内容技术问题本发明的目的是提出一种能够基于微米精度光栅制作工艺实现 的、适用于WDM与OCDMA相兼容的网络应用的一种适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法，该编解码器仅需要一个均匀相位掩模板就可以制作适合不 同波长通道、不同光源谱宽的OCDMA编解码器，还能够保持不同波长通道具有较 高而一致的编码效率。技术方案本发明的适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法采用一块均匀相位掩模板和微米精度的位移台，针对不同的波长通道设计高编码效率的光码分多址编解码器，制作对应波长的通道编解码器，具体的步骤为步骤1:按照下述设定参数设计具有下述中心波长和码片长度的编码光栅中心波长4=2weffyl±^L码片长度其中l为所设计编码器中心波长；」为光纤光栅周期，等于相位掩模板周期的2倍； "eff为光纤等效折射率，由光敏光纤生产厂家决定； P为采样周期，0.1mm<P<lmm;5^为编码带宽，由激光器谱宽决定，0.5nm<5『<5nm; []为取整函数； 步骤2:根据步骤l所得参数，按下式确定取样点位置4 =尸 2 r其中A:为采样数序数，A=0，1,2...,N-1， N决定于码长；外={0，兀}，决定于码字，码字为1则外=丌，码字为0则科=0，步骤3:采用均匀相位掩模板和氩离子激光器和精度小于l拜的光路扫描系 统，根据步骤2所得取样点位置Zfc控制紫外光扫描照射相位模板和光敏光纤，至 此通过步骤1-3完成给定波长和编码带宽的相位编解码器初样制作。重复制作对应波长的通道编解码器时，按照如下步骤4-5重新制作，而无需 更换相位模板步骤4:根据公式;t =2 "±1重新计算新编码器中心波长;1/;继而根据下式重新确定采样周期P、5『步骤5:将尸*带入步骤2确定取样点位置函数，然后按照步骤3的方法、采用相同的总曝光量制作新波长通道的编解码器。重复制作对应波长的通道编解码器时还可采用准分子激光器实现批量生产，6其工艺流程如下步骤31:根据所需制作的地址码字、波长、带宽，采用氩离子激光器和光路 扫描系统试制编解码器；步骤32:测试所制作光纤光栅的幅度和相位谱，用相关运算程序验证其设计性能，据此进行设计参数修正，重复步骤1直至达到设计性能要求；所述参数包括^及各点曝光量；步骤33:根据步骤31-32试制所确定的&及各点曝光量，制作幅度采样模 板，幅度采样模板的制作精度要求可大于l(Vm，可采用钢片刻蚀实现；步骤34:将幅度采样模板置于相位模板前，采用准分子激光器试生产； 步骤35:测试、调整曝光量等参数，采用准分子激光器规模生产。有益效果制作与波分复用相兼容的0CDMA编解码器，本技术具有制作成本 低、设计灵活的优势，体现在制作不同波长通道编解码器仅需一块均匀相位模板；可以针对不同中心波长、不同信道带宽设计编解码器，所制作的编解码器插入损 耗、自互相关性能优异。与传统直接相移制作法比较，本发明所提出的制作法在 设计阶段无须直接相移技术所需的纳米位移台和干涉测量仪，它在量产阶段无须 针对特定码字定制复杂相位掩模板，仅需制作幅度釆样模板，大大降低了成本和 制作周期。
图l是实例l、 2所制作的编码器频谱图， 图2是实例l、 2中编解码器的相关性能图， 图3是本发明与直接相移的工艺流程对比图。
具体实施方式
本发明的适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法采用一块均匀相 位掩模板和微米精度的位移台，针对不同的波长通道设计高编码效率的光码分多 址编解码器，制作对应波长的通道编解码器，具体的步骤为步骤1:按照下述设定参数设计具有下述中心波长和码片长度的编码光栅中心波长义2码片长度Z#=JP其中义c为所设计编码器中心波长；」为光纤光栅周期，等于相位掩模板周期的2倍； Weff为光纤等效折射率，由光敏光纤生产厂家决定； P为采样周期，0.1mm<P<lmm;5PF为编码带宽，由激光器谱宽决定，0.5nm<5『<5nm; []为取整函数； 步骤2:根据步骤l所得参数，按下式确定取样点位置&:*户 2tt其中A:为采样数序数，/H),1，2...，N-1， N决定于码长；外={0，兀},决定于码字，码字为1则外=兀，码字为0则外=0，步骤3:采用均匀相位掩模板和氩离子激光器和精度小于l拜的光路扫描系 统，根据步骤2所得取样点位置Zt控制紫外光扫描照射相位模板和光敏光纤，至 此通过步骤1-3完成给定波长和编码带宽的相位编解码器初样制作。重复制作对应波长的通道编解码器时，按照如下步骤4-5重新制作，而无需 更换相位模板步骤4:根据公式义=2""±_^~重新计算新编码器中心波长义^继而根据 下式重新确定采样周期P':尸=二4 —2"eff^步骤5:将i^带入步骤2确定取样点位置函数，然后按照步骤3的方法、采用相同的总曝光量制作新波长通道的编解码器。重复制作对应波长的通道编解码器时还可采用准分子激光器实现批量生产， 其工艺流程如下步骤31:根据所需制作的地址码字、波长、带宽，采用氩离子激光器和光路 扫描系统试制编解码器；步骤32:测试所制作光纤光栅的幅度和相位谱，用相关运算程序验证其设计 性能，据此进行设计参数修正，重复步骤1直至达到设计性能要求；所述参数包 括&及各点曝光量；步骤33:根据步骤31-32试制所确定的Z4及各点曝光量，制作幅度采样模 板，幅度采样模板的制作精度要求可大于10阿，可采用钢片刻蚀实现； 步骤34:将幅度釆样模板置于相位模板前，采用准分子激光器试生产； 步骤35:测试、调整曝光量等参数，采用准分子激光器规模生产。下面就采用Z,k-1070nm相位掩模板制作带宽均为lnm、编码长度127位，中心波长分别是1550nm和1552nm编码器制作进行具体描述。
实例1中心波长义^1550nm编解码器由于相位掩模板周期^nasfl070nm，光栅周期j=535nm，所采用载氢光纤 "eff=1.446，由式义Bragg-2^7eff可得采样光栅的0级波长;^1548nm，因此需要采用 采样光栅的土l级进行相位编码，波长间隔M-2nm;根据下式 义2尸=-得出采样周期P-0.4mm。根据下式 A义A:A^ 二尸得出Zchip=0.8mm。 根据127位的码字，按下式:z A、x户，k=0,l，...,253尸 2;r确定取样点位置&。据此编写光路扫描控制程序，对254个取样位置实施逐 点曝光，每个点曝光量为8s，激光器输出功率40mw。
实例2中心波长;ic-1552nni编解码器9级进行相位编码，波长间隔M^4nm;根据下式:<formula>formula see original document page 10</formula>确定取样点位置&。据此编写光路扫描控制程序，对508个取样位置实施逐 点曝光，每个点曝光量为4s，激光器输出功率40mw。上述2个实例所制作的编码器频谱如图1所示，根据编解码器的实测相位谱 计算所得的相关性能如图2所示。由图可见实例1、 2具有不同的中心波长、相同 的编码谱宽，和相近的自相关PWR、互相关PCR、自相关峰PI性能。本申请所提出的制作方法应用于OCDMA编解码器的制作不仅更有利于编解码 器与光源匹配而且也使得编码器的编解码性能得到了有效提高，它对光纤光栅制 作工艺的要求也相对较低。OCDMA编解码器制作分为两个阶段第一阶段是设计与样品制作，需要采用 氩离子激光器和扫描法制作；第二阶段为批量生产，根据设计定型的模板釆用准 分子激光器大规模生产。图3给出了本发明与英国南安普顿大学提出的直接相移 法制作、量产OCDMA编解码器的工艺流程对比。
权利要求
1. 一种适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法，其特征在于该方法采用一块均匀相位掩模板和微米精度的位移台，针对不同的波长通道设计高编码效率的光码分多址编解码器，制作对应波长的通道编解码器，具体的步骤为步骤1按照下述设定参数设计具有下述中心波长和码片长度的编码光栅中心波长<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>λ</mi> <mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub> <mi>n</mi> <mi>eff</mi></msub><mi>Λ</mi><mo>±</mo><mfrac> <msup><mi>λ</mi><mn>2</mn> </msup> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>n</mi> <mi>eff</mi></msub><mi>P</mi> </mrow></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100239587C00011.gif" wi="30" he="9" top= "91" left = "64" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->码片长度<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>L</mi> <mi>chip</mi></msub><mo>=</mo><mi>P</mi><mo>[</mo><mfrac> <mrow><mo>|</mo><msub> <mi>λ</mi> <mi>c</mi></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>n</mi> <mi>eff</mi></msub><mi>Λ</mi><mo>|</mo> </mrow> <mi>BW</mi></mfrac><mo>]</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2008100239587C00012.gif" wi="36" he="11" top= "105" left = "64" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->其中λc为所设计编码器中心波长；Λ为光纤光栅周期，等于相位掩模板周期的2倍；neff为光纤等效折射率，由光敏光纤生产厂家决定；P为采样周期，0.1mm＜P＜1mm；BW为编码带宽，由激光器谱宽决定，0.5nm＜BW＜5nm；[]为取整函数；步骤2根据步骤1所得参数，按下式确定取样点位置Zkid="icf0003" file="S2008100239587C00013.gif" wi="39" he="11" top= "191" left = "54" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>其中k为采样数序数，k＝0，1，2…，N-1，N决定于码长；id="icf0004" file="S2008100239587C00014.gif" wi="20" he="4" top= "218" left = "53" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>决定于码字，码字为1则id="icf0005" file="S2008100239587C00015.gif" wi="9" he="2" top= "219" left = "125" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>码字为0则id="icf0006" file="S2008100239587C00016.gif" wi="9" he="3" top= "218" left = "160" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>步骤3采用均匀相位掩模板和氩离子激光器和精度小于1μm的光路扫描系统，根据步骤2所得取样点位置Zk控制紫外光扫描照射相位模板和光敏光纤，至此通过步骤1-3完成给定波长和编码带宽的相位编解码器初样制作。
2、根据权利要求1所述的适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法， 其特征在于重复制作对应波长的通道编解码器时，按照如下步骤4-5重新制作，而无需更换相位模板步骤4:根据公式^-2^J:tl重新计算新编码器中心波长义/;继而根据步骤5:将尸*带入步骤2确定取样点位置函数，然后按照步骤3的方法、采用相同的总曝光量制作新波长通道的编解码器。
3、如权利要求1所述的适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法， 其特征在于重复制作对应波长的通道编解码器时还可采用准分子激光器实现批量 生产，其工艺流程如下-步骤31:根据所需制作的地址码字、波长、带宽，采用氩离子激光器和光路 扫描系统试制编解码器；步骤32:测试所制作光纤光栅的幅度和相位谱，用相关运算程序验证其设计 性能，据此进行设计参数修正，重复步骤1直至达到设计性能要求；所述参数包 括&及各点曝光量；步骤33:根据步骤31-32试制所确定的Za及各点曝光量，制作幅度采样模 板，幅度采样模板的制作精度要求可大于10pm，可采用钢片刻蚀实现；步骤34:将幅度采样模板置于相位模板前，采用准分子激光器试生产； 步骤35:测试、调整曝光量等参数，采用准分子激光器规模生产。下式重新确定采样周期p^
全文摘要
适应不同波长、高编码效率的光编解码器制作方法采用一块均匀相位掩模板和微米精度的位移台，针对不同的波长通道设计高编码效率的光码分多址编解码器，制作对应波长的通道编解码器，步骤1按照下述设定参数设计具有下述中心波长和码片长度的编码光栅中心波长见右式，码片长度见右式，步骤2根据步骤1所得参数，按下式确定取样点位置Z<sub>k</sub>见上式，步骤3采用均匀相位掩模板和氩离子激光器和精度小于1μm的光路扫描系统，根据步骤2所得取样点位置Z<sub>k</sub>控制紫外光扫描照射相位模板和光敏光纤，至此通过步骤1-3完成给定波长和编码带宽的相位编解码器初样制作。
文档编号H04J14/02GK101261340SQ200810023958
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者权 玉, 王荣李, 涛 蒲 申请人:中国人民解放军理工大学