专利名称：基于双芯光纤的多波长光微分器的制作方法
技术领域：
本发明是一种多波长光微分器，涉及光纤通信、光纤传感、光学信号处理技术，具体地讲就是基于双芯光纤的多波长光微分器。
背景技术：
随着通信和计算机技术的迅猛发展，通信信号速率越来越高，在电域对信号进行处理变得越来越困难，一种有效的解决方法是在光域对信号进行处理，基于这个目的，就需要开发设计一些光域的信号处理器件，光微分器就是其中一个非常重要的光学信号处理器件。光学微分器是一种能够在光域对光信号的光场进行时间导数运算的全光器件，光微分器有其固有的一些优点，如制作简单、成本低廉、插入损耗低、与偏振无关、与现有的光通信系统具有很高的兼容性、能够处理Gbit甚至Tbit的高速率信号。正是因为光微分器固有的这些优点，因此光微分器在脉冲整形、微波信号的光域处理、图象处理等领域具有广泛的 应用。到目前为止，人们提出了多种光微分器实现方案。2005年，Kulishov等人在((Optics Letters))发表文章((Long-period fiber gratings as ultrafast opticaldifferentiators》,提出使用长周期光纤光栅来实现光微分器的方案。这种微分器能够处理带宽大于100GHz的光信号，当信号带宽小于IGHz时，这种微分器具有很低的能量效率；另外由于长周期光纤光栅固有的对环境的敏感性，周围环境的变化会对这种光微分器的工作性能造成很大的影响。2007年，Berger, N. K.等人在《Optics Express》发表文章((Temporal differentiation of optical signals using a phase-shifted fiber Bragggrating》，提出使用相移布拉格光纤光栅来实现光微分器的方案，该方案使用两个均匀的布拉格光纤光栅，这两个光栅之间有严格的n相移。利用其反射谱的传输特性与一阶光微分器的传输特性具有相似的特点，对光信号的光场提供时间一阶微分。但该方案要求两个光栅之间具有严格的n相移，因此实现困难。中国发明专利《基于硅基环形谐振腔的光微分器》(申请号200810039557.0)利用硅基环形谐振腔来实现光微分器，当硅基环形谐振腔工作在临界耦合状态时，其频谱特性和一阶微分器具有很好的近似。但该发明制作困难，需要精确控制环形谐振腔和直波导之间的缝隙，并且只能对一个波长的光信号提供微分处理，不能同时处理多个波长的光学信号。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种基于双芯光纤的多波长光微分器。该发明利用了双芯光纤纤芯之间的模式耦合，当工作在完全耦合状态时，两个纤芯的传输谱与一阶微分器具有很好的近似，两个纤芯均可实现多波长的光微分操作，两个纤芯的传输谱具有不同的中心波长，并且通过改变双芯光纤的长度，可以对中心波长的位置和波长数量进行调节，双芯光纤长度越长，可支持的波长数越多。本发明的技术方案
基于双芯光纤的多波长光微分器，该发明包括可调激光器阵列、电信号发生器、电光调制器、双芯光纤微分器、第一检测系统、第二检测系统。其中可调激光器阵列接电光调制器的光输入端，电信号发生器输出端接电光调制器的电输入端，电光调制器的光输出端接双芯光纤微分器的第一个纤芯的输入端，双芯光纤微分器的第一个纤芯的输出端接第一检测系统，双芯光纤微分器的第二个纤芯的输出端接第二检测系统。所述的双芯光纤微分器是一段双芯光纤,两个纤芯的折射率、纤芯半径完全相同，这样两个纤芯之间的导波模式可以实现完全耦合。两个纤芯的间距为十几到几十微米，双芯光纤的长度为几十厘米。本发明的有益效果具体如下
本发明提出的一种基于双芯光纤的多波长光微分器，可以同时实现对多路光波长的光信号进行时域一阶微分操作，并且通过改变双芯光纤的长度就可以调整中心波长位置和波长数量。本发明仅使用一段双芯光纤就可以实现上述功能，具有结构简单、价格便宜、性价比高、与现有光纤通信系统兼容性好、熔接方便、波长数和中心波长位置可调的优点。
图I基于双芯光纤的多波长微分器示意图。图2高斯脉冲时域波形示意图。图3 2波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱幅频特性示意图。图4 2波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱相频特性示意图。图5 2波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱幅频特性示意图。图6 2波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱相频特性示意图。图7高斯一阶微分信号时域波形示意图。图8 4波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱幅频特性示意图。图9 4波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱相频特性示意图。图10 4波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱幅频特性示意图。图11 4波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱相频特性示意图。图12 6波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱幅频特性示意图。图13 6波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱相频特性示意图。图14 6波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱幅频特性示意图。图15 6波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱相频特性示意图。图16 8波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱幅频特性示意图。图17 8波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱相频特性示意图。图18 8波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱幅频特性示意图。图19 8波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱相频特性示意图。
具体实施例方式下面结合附图I至19,对基于双芯光纤多波长光微分器作进一步描述。实施例一基于双芯光纤的多波长光微分器，该微分器包括可调激光器阵列I、电信号发生器2、电光调制器3、双芯光纤微分器4、第一检测系统51、第二检测系统52。具体连接方式为可调激光器阵列I接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输入端41，双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输出端43接第一检测系统51，双芯光纤微分器4的第二个纤芯的输出端44接第二检测系统52。设置电信号发生器2输出高斯脉冲的半波全宽为10皮秒。电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。 设置双芯光纤微分器4的纤芯距离为10微米,长度为10厘米。第一纤芯传输谱的幅频特性如图3所示，第一纤芯传输谱的相频特性如图4所示，第二纤芯传输谱的幅频特性如图5所示，第二纤芯传输谱的相频特性如图6所示。从图3和图5的幅频特性可以看出，纤芯光场幅度与频率相对中心频率(载波频率)的失谐量成正比；从图4和图6的相频特性可以看出，在传输谱的中心频率(载波频率)处，有严格的n相移，符合微分器的理论传输特性。第一个纤芯传输谱的中心频率为1470nm，第二个纤芯传输谱的中心频率为1592nm，因此可实现2波长的光微分器。设置可调激光器阵列I的输出光波长为1470nm和1592nm,与双光纤光微分器的中心波长对正。从电光调制器3输出的高斯光脉冲,输入到双芯光微分器4的第一纤芯输入端41,经过双芯光纤微分器4的微分处理，从第一纤芯输出端43输出的光信号输入到第一检测系统51，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示；从第二纤芯输出端44输出的光信号输入到第一检测系统52，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示。实施例二基于双芯光纤的多波长光微分器，该微分器包括可调激光器阵列I、电信号发生器2、电光调制器3、双芯光纤微分器4、第一检测系统51、第二检测系统52。具体连接方式为可调激光器阵列I接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输入端41，双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输出端43接第一检测系统51，双芯光纤微分器4的第二个纤芯的输出端44接第二检测系统52。设置电信号发生器2输出高斯脉冲的半波全宽为10皮秒。电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。设置双芯光纤微分器4的纤芯距离为10微米，长度为20厘米。第一纤芯传输谱的幅频特性如图8所示，第一纤芯传输谱的相频特性如图9所示，第二纤芯传输谱的幅频特性如图10所示，第二纤芯传输谱的相频特性如图11所示。从图8和图10的幅频特性可以看出，纤芯光场幅度与频率相对中心频率(载波频率)的失谐量成正比；从图9和图11的相频特性可以看出，在传输谱的中心频率(载波频率)处，有严格的n相移，符合微分器的理论传输特性。第一个纤芯传输谱的中心频率为1413nm和1531nm，第二个纤芯传输谱的中心频率为1470nm和1592nm，因此可实现4波长的光微分器。设置可调激光器阵列I的输出光波长为1413nm、1470nm、1531nm、1592nm,与双光纤光微分器的中心波长对正。从电光调制器3输出的高斯光脉冲,输入到双芯光微分器4的第一纤芯输入端41,经过双芯光纤微分器4的微分处理，从第一纤芯输出端43输出的光信号输入到第一检测系统51，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示；从第二纤芯输出端44输出的光信号输入到第一检测系统52，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示。实施例三基于双芯光纤的多波长光微分器，该微分器包括可调激光器阵列I、电信号发生器2、电光调制器3、双芯光纤微分器4、第一检测系统51、第二检测系统52。具体连接方式为可调激光器阵列I接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输入端41，双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输出端43接第一检测系统51，双芯光纤微分器4的第二个纤芯的输出端44接第二检测系统52。设置电信号发生器2输出高斯脉冲的半波全宽为10皮秒。电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。
设置双芯光纤微分器4的纤芯距离为10微米,长度为25厘米。第一纤芯传输谱的幅频特性如图12所示，第一纤芯传输谱的相频特性如图13所示，第二纤芯传输谱的幅频特性如图14所示，第二纤芯传输谱的相频特性如图15所示。从图12和图14的幅频特性可以看出，纤芯光场幅度与频率相对中心频率(载波频率)的失谐量成正比；从图13和图15的相频特性可以看出，在传输谱的中心频率(载波频率)处，有严格的n相移，符合微分器的理论传输特性。第一个纤芯传输谱的中心频率为1447nm、1543nm、1650nm,第二个纤芯传输谱的中心频率为1402nm、1495nm、1592nm。因此可实现6波长的光微分器。设置可调激光器阵列I的输出光波长为1402nm、1447nm、1495nm、1543nm、1592nm、1650nm,与双光纤光微分器的中心波长对正。从电光调制器3输出的高斯光脉冲,输入到双芯光微分器4的第一纤芯输入端41,经过双芯光纤微分器4的微分处理，从第一纤芯输出端43输出的光信号输入到第一检测系统51，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示；从第二纤芯输出端44输出的光信号输入到第一检测系统52，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示。实施例四基于双芯光纤的多波长光微分器，该微分器包括可调激光器阵列I、电信号发生器2、电光调制器3、双芯光纤微分器4、第一检测系统51、第二检测系统52。具体连接方式为可调激光器阵列I接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输入端41，双芯光纤微分器4的第一个纤芯的输出端43接第一检测系统51，双芯光纤微分器4的第二个纤芯的输出端44接第二检测系统52。
设置电信号发生器2输出高斯脉冲的半波全宽为10皮秒。电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。设置双芯光纤微分器4的纤芯距离为10微米,长度为30厘米。第一纤芯传输谱的幅频特性如图16所示，第一纤芯传输谱的相频特性如图17所示，第二纤芯传输谱的幅频特性如图18所示，第二纤芯传输谱的幅频和相频特性如图19所示。从图16和图18的幅频特性可以看出，纤芯光场幅度与频率相对中心频率(载波频率)的失谐量成正比；从图17和图19的相频特性可以看出，在传输谱的中心频率(载波频率)处，有严格的相移，符合微分器的理论传输特性。第一个纤芯传输谱的中心频率为1395nm、1471nm、1551nm、1640nm,第二个纤芯传输谱的中心频率为1355nm、1431nm、1511nm、1592nm。因此可实现8波长的光微分器。设置可调激光器阵列I的输出光波长为1355nm、1395nm、1431nm、1471nm、1511nm、1551nm、1592nm、1640nm，与双光纤光微分器的中心波长对正。 从电光调制器3输出的高斯光脉冲,输入到双芯光微分器4的第一纤芯输入端41,经过双芯光纤微分器4的微分处理，从第一纤芯输出端43输出的光信号输入到第一检测系统51，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示；从第二纤芯输出端44输出的光信号输入到第一检测系统52，可得到高斯一阶微分信号，其时域波形如图7所示。
权利要求
1.基于双芯光纤的多波长光微分器，其特征在于包括可调激光器阵列(I)、电信号发生器(2)、电光调制器(3)、双芯光纤微分器(4)、第一检测系统(51)、第二检测系统(52)； 所述的器件之间的连接方式为 可调激光器阵列(I)接电光调制器(3 )的光输入端，电信号发生器(2 )输出端接电光调制器(3)的电输入端，电光调制器(3)的光输出端接双芯光纤微分器(4)的第一个纤芯的输入端(41),双芯光纤微分器(4)的第一个纤芯的输出端(43)接第一检测系统(51),双芯光纤微分器(4)的第二个纤芯的输出端(44)接第二检测系统(52)。
2.根据权利要求I所述的基于双芯光纤的多波长光微分器，其特征是，所述的双芯光纤微分器(4)的两个纤芯的折射率和纤芯半径完全一致，纤芯之间的距离为十几到几十微米。
3.根据权利要求I所述的基于双芯光纤的多波长光微分器，其特征是，通过改变双芯光纤微分器(4)的长度，可以调节双芯光纤微分器(4)的中心波长的位置和中心波长的数量。
全文摘要
基于双芯光纤的多波长光微分器，涉及光纤通信、光纤传感、光学信号处理技术。本发明包括可调激光器阵列(1)、电信号发生器(2)、电光调制器(3)、双芯光纤微分器(4)、第一检测系统(51)、第二检测系统(52)。所述双芯光纤微分器(4)为一段双芯光纤，两个纤芯的折射率和纤芯半径完全一样，这样两个纤芯之间的导波模式可以实现完全耦合。两个纤芯的间距为十几到几十微米，双芯光纤的长度为几十厘米，通过改变双芯光纤的长度就可以调整中心波长位置和波长数量。该器件制作的光微分器结构简单、价格便宜、性价比高，并且中心波长位置和波长数量可调。
文档编号G02F1/35GK102736354SQ20121021466
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者宁提纲, 张婵, 李晶, 李超, 油海东, 裴丽, 陈宏尧 申请人:北京交通大学