一种高阶动态可调的色散补偿设备及色散补偿方法

专利名称：一种高阶动态可调的色散补偿设备及色散补偿方法
技术领域：
本发明属于光纤通讯领域，特别是适用于需要小型化、高阶动态可调的色散补偿 的领域，涉及一种新型的利用多个半导体制冷元件改变光纤光栅啁啾率以调节色散的色散 补偿设备，以及利用该设备实现色散补偿的方法。
背景技术：
在光纤通讯领域，随着通信速率和通信距离的不断提高以及密集波分复用技术的 发展，色散已经成为制约光纤通信性能提高的一个重要因素。目前色散补偿技术可以分为 静态补偿和动态补偿两类。光信号在光纤中传播极长的一段距离后，其色散不仅受光纤长 度的影响，还随着环境温度波动和光功率等因素变化，其中后两者的影响往往是动态的和 非线性的。基于色散补偿光纤(DCF)的静态色散补偿技术有着不可调节和体积庞大的缺 点，基于光纤光栅的动态色散补偿技术恰好克服了 DCF技术的缺点，利用施加应力或改变 温度梯度的方法，来动态改变光纤光栅的啁啾率以调节色散，光纤光栅尺寸很小，可以很容 易的进行封装。但是传统的利用施加应力或改变温度梯度的调节技术只能线性的改变光纤 光栅的啁啾率，无法补偿高阶色散，限制了实际应用。半导体制冷元件利用帕尔帖(Peltire)效应，可以将热量从元件一端泵到另一 端，输入电流的方向正或负可以实现制冷或加热，输入电流的大小可以决定温度改变量。半 导体制冷元件结构简单、体积小、控制方便、温度反应灵敏并且升降可调，非常适合应用于 小型化动态可调的光纤光栅色散补偿模块。使用多个半导体制冷元件，沿色散补偿光纤光 栅排列，调节各个半导体制冷元件靠近光纤光栅端的温度，可以任意改变光纤光栅上温度 场分布曲线，实现高阶色散补偿。

发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，使用多个半导体制冷元件改变光纤光栅 啁啾率的技术，提出了一种高阶动态可调的色散补偿设备。使用半导体制冷元件，光纤光 栅，V型槽，以及可控电源作为设备关键元件，具有动态可调，可实现高阶色散补偿的优点。 同时提供了实现色散补偿的方法。本发明解决技术问题所采取技术方案为一种高阶动态可调的色散补偿设备包括色散补偿模块、可控电源、控制器、色散检 测仪、光纤耦合器、光纤环形器。色散补偿模块中的光纤光栅通过光纤与光纤环形器的II 口光连接，光纤环形器 的III 口与光纤耦合器的单端口光连接，光纤耦合器的双端口中的一个端口与色散检测仪的输入端光连接，色散检测仪的输出端与控制器的输入端信号连接，控制器的输出端与可 控电源输入端信号连接，可控电源的多路电流输出端与色散补偿模块中的多个半导体制冷 元件电连接。所述的色散补偿模块包括长方体结构的金属条、半导体制冷元件、散热片、光纤光栅；金属条和散热片之间固定设置有多个半导体制冷元件，所述的金属条位于半导体制冷 元件的上部，金属条的顶面居中沿长度方向上开有V型槽，V型槽内固定设置有光纤光栅， 所述的V型槽的槽深为d，0.2mm彡1mm，V型槽的张角为α，60° ( α彡120° ；所述 的多个半导体制冷元件为沿模块的长度方向等间距排布。利用色散补偿设备实现色散补偿的具体方法为首先将色散补偿模块内的光纤光栅的一端经过光纤环形器的I 口接入需要补偿 色散的光纤通信网络，另一端浸入折射率匹配溶液或以小于2mm的直径弯曲，以保证极小 的端面反射，光纤耦合器的双端口中的另一个端口接入需要补偿色散的光纤通信网络；然后光纤通信网络上需要色散补偿的光束通过光纤环行器入射到色散补偿模块 的光纤光栅上，被色散补偿模块的光纤光栅反射。反射的光束通过光纤耦合器，其中反射的 光束一部分分束到色散检测仪检测光束的色散参数。最后将色散检测仪检测得到的参数上传到控制器，由控制器进行分析，并反馈到 由控制器控制的可控电源，控制器通过调节各个半导体制冷元件的注入电流实现色散补偿 模块上的光纤光栅的色散补偿。本发明中，光纤光栅是色散补偿的核心元件，可以在一定范围精确调节色散补偿 值，是业内常用的一种色散补偿器件。制冷元件利用帕尔帖(Peltire)效应，可以在一定范 围内比较精确的改变温度，是业内常用的一种温度调节器件。光纤光栅和制冷元件都是小 尺寸器件，多个制冷元件的排列可以实现高阶色散补偿，控制器控制的可控电源可以方便 的实现色散补偿的动态调节。本发明适用于光纤通信网络的色散补偿，与传统的色散补偿 方案相比，本发明的模块尺寸很小，可以做到色散的高阶、动态调整。非常适用于链路复杂， 需要动态路由的高速光纤通信网络，并能做到在光纤通信网络升级换代时不需要更换模块 硬件。


图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中色散补偿模块的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，一种高阶动态可调的色散补偿设备包括色散补偿模块3、可控电源4、控制器5、色散检测仪6、光纤耦合器7、光纤环形器2 ；色散补偿模块3中的光纤光栅通过光纤与光纤环形器2的II 口 2-2光连接，光纤 环形器2的III 口 2-3与光纤耦合器7的单端口 7-1光连接，光纤耦合器7的双端口中的 一个端口 7-2与色散检测仪6的输入端光连接，色散检测仪6的输出端与控制器5的输入 端信号连接，控制器5的输出端与可控电源4输入端信号连接，可控电源4的多路电流输出 端与色散补偿模块3中的多个半导体制冷片电连接；如图2所示，色散补偿模块3包括长方体结构的金属条3-1、半导体制冷片3-2、散 热片3-3、光纤光栅3-4 ；金属条3-1和散热片3-3之间固定设置有四个半导体制冷片3_2， 金属条3-1位于半导体制冷片3-2的上部，金属条3-1的顶面居中沿长度方向上开有V型 槽，V型槽内固定设置有光纤光栅3-4，V型槽槽深d为0.5mm，V型槽的张角α为90° ；四个半导体制冷片3-2为沿色散补偿模块3的长度方向等间距排布。色散检测仪6为成熟产品，控制器中5的所用到的控制器分析反馈算法为现有技 术。利用色散补偿设备实现色散补偿的具体方法为 首先将色散补偿模块3内的光纤光栅3-4的一端经过光纤环形器2的I口 2-1接 入需要补偿色散的光纤通信网络1，另一端小于2mm的直径弯曲，以保证极小的端面反射， 光纤耦合器7的双端口中的另一个端口 7-3接入需要补偿色散的光纤通信网络1 ；然后光纤通信网络1上需要色散补偿的光束通过光纤环行器2入射到色散补偿模 块3的光纤光栅3-4上，被色散补偿模块3的光纤光栅3-4反射。反射的光束通过光纤耦 合器7，其中反射的光束一部分分束到色散检测仪6检测光束的色散参数。最后将色散检测仪6检测得到的参数上传到控制器5，由控制器5进行分析，并反 馈到由控制器5控制的可控电源4，控制器5通过调节各个半导体制冷片3-2的注入电流实 现色散补偿模块3上的光纤光栅3-4的色散补偿效果。通过多次反馈达到预设的色散补偿 值。经过色散补偿的光束通过光纤耦合器7反射回光纤通信网络1。
权利要求
一种高阶动态可调的色散补偿设备，包括色散补偿模块、可控电源、控制器、色散检测仪、光纤耦合器和光纤环形器，其特征在于色散补偿模块中的光纤光栅通过光纤与光纤环形器的II口光连接，光纤环形器的III口与光纤耦合器的单端口光连接，光纤耦合器的双端口中的一个端口与色散检测仪的输入端光连接，色散检测仪的输出端与控制器的输入端信号连接，控制器的输出端与可控电源输入端信号连接，可控电源的多路电流输出端与色散补偿模块中的多个半导体制冷元件电连接；所述的色散补偿模块包括长方体结构的金属条、半导体制冷元件、散热片、光纤光栅；金属条和散热片之间固定设置有多个半导体制冷元件，所述的金属条位于半导体制冷元件的上部，金属条的顶面居中沿长度方向上开有V型槽，V型槽内固定设置有光纤光栅，所述的V型槽的槽深为d，0.2mm≤d≤1mm，V型槽的张角为α，60°≤α≤120°；所述的多个半导体制冷元件为沿模块的长度方向等间距排布。
2.利用色散补偿设备实现色散补偿的方法，其特征在于该方法包括如下步骤首先将色散补偿模块内的光纤光栅的一端经过光纤环形器的I口接入需要补偿色散 的光纤通信网络，另一端浸入折射率匹配溶液或以小于2mm的直径弯曲，光纤耦合器的双 端口中的另一个端口接入需要补偿色散的光纤通信网络；然后光纤通信网络上需要色散补偿的光束通过光纤环行器入射到色散补偿模块的光 纤光栅上，被色散补偿模块的光纤光栅反射；反射的光束通过光纤耦合器，其中反射的光束 一部分分束到色散检测仪检测光束的色散参数；最后将色散检测仪检测得到的参数上传到控制器，由控制器进行分析，并反馈到由控 制器控制的可控电源，控制器通过调节各个半导体制冷元件的注入电流实现色散补偿模块 上的光纤光栅的色散补偿。
全文摘要
本发明涉及一种高阶动态可调的色散补偿设备及色散补偿方法。现有的技术只能线性的改变光纤光栅的啁啾率。本发明的光纤光栅与光纤环形器的II口光连接，光纤环形器的III口与光纤耦合器的单端口连接，光纤耦合器的双端口中的一个端口与色散检测仪的输入端光连接，色散检测仪的输出端与控制器的输入端信号连接，控制器的输出端与可控电源输入端信号连接，可控电源输出端与半导体制冷元件电连接。本发明的方法为光纤通信网络的两端接入上述的色散补偿设备，控制器根据色散检测仪的测量参数，进行分析反馈，改变各个半导体制冷元件的注入电流，从而改变V型槽内的温度场分布，实现色散补偿的目的。本发明模块尺寸很小，可以做到色散的高阶、动态调整。
文档编号G02B6/34GK101800607SQ20101003965
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者何赛灵, 周斌, 张阿平 申请人:浙江大学