专利名称：可调控级联式光纤光栅dwdm单/多信道滤波器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器；本发明还涉及一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器及其实现方法背景技术在光纤通信和光纤传感器实用化进程中，光纤光栅调谐技术的研究与开发受到越来越多的注意。例如在可调谐光纤激光器、光纤光栅传感调谐滤波器、光纤色散补偿器等方面都得到了广泛的应用。在光纤通信领域，随着密集波分复用系统的日渐普及，可调谐光纤光栅技术将起到越来越重要的作用。由可调谐光纤光栅构成的用于通道级上、下话路的光分、插复用器(OADM)，具有性能良好、结构简单、成本相对较低的优点，非常适合于在未来城域网点到点密集波分复用(缩写DWDM)光传输系统，实现高速全光网络的分插功能，解决通信业务的动态上、下复用和解复用。
对于用于DWDM系统的可调谐光纤光栅滤波器，国内外已有不少大学和研究所开展了相关的研究，主要是围绕着如下几个课题1)如何控制均匀光纤光栅的带外反射较大，即其较大的反射旁瓣所造成的信道串扰，2)如何克服光纤光栅反射谱的温度敏感特性，即反射谱的中心波长随温度变化所造成的波长漂移(温漂效应)，3)如何有效地实现光纤光栅反射波长的可调谐。相应的解决方法分别为用变迹技术实现光纤光栅反射旁瓣的抑制或消除，用有源/无源温度补偿方式稳定光纤光栅的温度特性，以及用应力方式实现光纤光栅的调谐。具体的实现技术则是五花八门，各显神通。目前国外已掌握了抑制光纤光栅反射旁瓣的技术和控制光栅光谱随温度漂移的工艺，使光栅的反射旁瓣及“温漂”均满足DWDM系统的要求，而光纤光栅调谐的实现也仅限于对单信道的调谐。现有的技术只能实现单一光纤光栅滤波器中心反射波长的调节，而无法调节反射带宽。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用简单易行的反射谱旁瓣受到良好抑制、温度敏感性受到控制，反射谱在较大范围内可调谐的光纤光栅滤波器。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种不仅可以实现中心反射波长的调节，而且可以实现不同反射带宽的调节，以及多信道之间的信道间距调节的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法。
本发明解决第一个技术问题采用的技术方案一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器，它包括一个抑制反射谱旁瓣的光纤光栅；一个将所述的光纤光栅封装的内层封装结构；一个温漂控制装置，安装在光纤光栅的内层封装结构的表面，对光纤光栅恒温控制；一个可调谐装置，安装在光纤光栅的封装结构上；一个控制电路，所述的控制电路主要包括温度控制电路和调谐电路；一个将所述的光纤光栅、温漂控制装置、可调谐装置、控制电路封装的外层封装结构。
上述的温漂控制装置包括一个对光纤光栅表面的温度进行实时测量的温度传感器；一个半导体制冷器；所述的温度传感器和半导体制冷器与所述的温度控制电路连接。
上述的可调谐装置，包括两个线圈和铁环组合，所述的线圈与所述的调谐电路连接。
上述的温度控制电路包括基准电压、比较器、逻辑控制电路和驱动器；所述的比较器将所述的温度传感器采集到的温度信号与基准电压比较，然后将结果输入逻辑控制电路，所述的逻辑控制电路比较输入信号与预先设定的温度值，有偏差则控制所述驱动器输出相应的电流，控制所述的半导体制冷器进行工作，完成恒温控制；所述的调谐电路利用第一个线圈和第二个线圈完成调协作用，根据外部接口控制的要求，由控制逻辑完成对第一个线圈驱动器和第二个线圈驱动器的电流方向和大小的控制，第一个线圈和第二个线圈之间产生拉力或压力，光纤光栅受到相应的应力，从而完成调谐功能。
本发明专利解决第二个技术问题的技术方案一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器，采用两个或多个完全相同上述的光纤光栅滤波器相串联。
本发明专利解决第三个技术问题的技术方案一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法，它包括如下步骤(1)采用升余弦光束实现光纤光栅背景折射率刻写，制作出抑制反射谱旁瓣的光纤光栅；(2)将光纤光栅内层封装；(3)对光纤光栅滤波器进行有源温控；(4)采用电磁控制应力方法调谐；(5)将以上装置封装，制成单个具有反射谱抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器；(6)将两个或多个完全相同的上述单个具有反射谱抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器串联。
上述步骤(3)利用温度传感器对光栅表面的温度进行实时测量，然后通过电路与设定的温度值进行比较，如果发现温度超出设定的范围，就使通过半导体制冷器的电流发生变化，利用半导体电能与热能转化的特性，实现光纤光栅的恒温控制，从而维持整个滤波器温度的恒定。
上述步骤(4)在光纤光栅的封装结构上，安装线圈和铁环，线圈中有一定强度的电流通过。当两电流的方向不同时，将产生应力(拉力或压力)。这样，通过对线圈中电流方向的控制就能够实现拉力或压力，光栅将受到相应的拉力或压力，就使得光纤光栅的中心波长可以向上、下两个方向移动，从而实现对光纤光栅的调谐。通过对电流强弱的控制，就可以控制应力的大小，间接控制了信道调谐的幅度。
本发明的有益效果1.本发明采用升余弦光束实现光纤光栅背景折射率刻写，制作出反射谱旁瓣得到了较好的抑制的光纤光栅。这样就可以制作出信道间距很窄的滤波器，满足密集波分复用系统对于信道间隔的严格要求。
2.本发明添加温漂控制装置，实现光纤光栅的恒温控制，从而维持整个滤波器温度的恒定，使得光纤光栅的中心反射波长不会随温度发生漂移。
3.本发明采用的可调谐装置，通过对线圈中电流方向的控制就能够实现拉力或压力，就使得光纤光栅的中心波长可以向上、下两个方向移动，从而实现对光纤光栅的调谐。通过对电流强弱的控制，就可以控制应力的大小，间接控制了信道调谐的幅度。
4.本发明将多个完全相同的单个具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器串连起来，再通过调节，就可以实现DWDM多信道滤波器以及宽带滤波器。
5.本发明对于单个具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器，调谐是利用电磁改变应力方法实现，利用电磁调谐的方法对于智能化要求越来越高的光纤通信网络来说，具有更好的优越性，不仅利于调谐的实现，而且更利于网络智能化的实现。
6.本发明采用了反射谱旁瓣抑制技术，滤波器的间距很窄，滤波的效果也好；采用温控技术使得光栅的滤波信道能够很稳定的停留在原始信道上，因此信道间的串扰能够很好的避免；采用电磁调谐技术，使得滤波器的滤波信道波长控制起来很方便，而且利于实现智能化；多个滤波器级联，可以按照网络的要求，进行动态的调谐和光波信道上下。使所发明的光栅滤波器可用于信道间距为50/25GHz的密集波分复用光纤传输系统。
图1为本发明一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器的结构示意图；图2为本发明温漂控制装置示意图；图3为本发明可调谐装置示意图；图4为本发明可控电路方框图；图5为两个完全相同的图1所示的光纤光栅滤波器串联所组成可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的示意图；图6为图5所示的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器调节出的单信道滤波；图7为图5所示的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器调节出的的双信道滤波；图8为图5所示的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器调节出的调节出宽带滤波；图9为多个完全相同图1所示的光纤光栅滤波器串联所组成可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的示意图；具体实施方式
如图1所示，一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器，它包括一个抑制反射谱旁瓣的光纤光栅1；一个将所述的光纤光栅封装的内层封装结构2；一个温漂控制装置3，所述的温漂控制装置3，安装在光纤光栅1的内层封装结构2的表面，对光纤光栅恒温控制；一个可调谐装置4；一个控制电路5，主要分为温度控制电路33和调谐电路43。
一个将所述的光纤光栅1、内层封装2、温漂控制装置3、可调谐装置4、控制电路5封装的外层封装结构6。
所述的光纤光栅1是采用升余弦光束实现光纤光栅背景折射率刻写，制作出抑制反射旁瓣的光纤光栅。
如图2所示的温漂控制装置3为有源温控装置，它包括一个对光纤光栅表面的温度进行实时测量的温度传感器31；一个半导体制冷器32；所述的温度传感器31和半导体制冷器32与温度控制电路33连接。采用温漂控制装置3以后就可以使光纤光栅1的反射波长不随温度变化而变化，从而保证了在密集波分复用(DWDM)系统中，光纤光栅1不会因为温度的变化而导致信道的漂移，从而避免了信道之间串扰的发生。所述的温漂控制装置3主要是利用温度传感器31对光纤光栅1表面即内部封装结构2的温度进行实时测量，然后通过温度控制电路33与设定的温度值进行比较，如果发现温度超出设定的范围，就使通过半导体制冷器32的电流发生变化，利用半导体电能与热能转化的特性，实现光纤光栅的恒温控制，从而维持整个滤波器温度的恒定。
如图3所示，一个可调谐装置4，主要包括两个线圈41和铁环42组合，并安装在光纤光栅的内层封装结构2上。在光纤光栅1的内层封装结构2上，安装线圈和铁环，线圈中有一定强度的电流通过，电流的方向和大小由驱动器1和驱动器2控制。当两电流的方向不同时，将产生应力(拉力或压力)。这样，通过对线圈中电流方向的控制就能够实现拉力或压力，光栅将受到相应的拉力或压力，就使得光纤光栅的中心波长可以向上、下两个方向移动，从而实现对光纤光栅的调谐。通过对电流强弱的控制，就可以控制应力的大小，间接控制了信道调谐的幅度。
图4为整个光纤光栅滤波器的电路框图，主要分为温度控制电路33和调谐电路43。其中，控制逻辑是整个电路的核心部分，利用温度传感器31和制冷控制电路32自动完成温度控制，具体工作过程为比较器将温度传感器31采集到的温度信号与基准电压比较，然后将结果输入逻辑控制电路，逻辑控制电路比较输入信号与预先设定的温度值，有偏差则控制驱动器输出相应的电流，控制半导体制冷器进行工作，完成恒温控制。调谐电路利用线圈41和铁环42完成调谐作用，具体工作过程为根据外部接口控制的要求，由控制逻辑完成对线圈驱动器1和驱动器2的电流方向和大小的控制，线圈41和铁环42之间产生拉力或压力，光纤光栅1受到相应的应力，从而完成调谐功能。
如图5所示，将两个完全相同的如图1所示的单个密集波分复用光纤光栅滤波器串连起来，再通过适当的调节，就可以实现密集波分复用单/双信道滤波器以及宽带滤波器。图6为没有加任何调节的滤波器，两个滤波器的带宽重叠，整体看起来为一个单信道的滤波器所产生的滤波；图7为经过适当的调节后，一个滤波器保持状态，另一个滤波器加线圈中加不同方向的电流，滤波器的线圈41和铁环42之间产生应(拉或压)力，光纤光栅产生相应的应力，使得滤波器的中心反射波长发生相应的偏移，两个滤波器的滤波带宽被调谐到不同的波长上，从而形成了双信道滤波器所产生的滤波，其信道间距可以根据需要通过调整电流的大小，进行进一步的调谐。图8为将两个滤波器滤波的带宽相连，形成了一个宽带滤波器所产生的滤波。
图9为将多个完全相同的单个可调谐的密集波分复用光纤光栅滤波器串连起来，再通过适当的调节，就可以实现密集波分复用多信道滤波器以及宽带滤波器。
权利要求
1.一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器，它包括一个抑制反射谱旁瓣的光纤光栅；一个将所述的光纤光栅封装的内层封装结构；一个温漂控制装置，安装在光纤光栅的内层封装结构的表面，对光纤光栅恒温控制；一个可调谐装置，安装在光纤光栅的封装结构上；一个控制电路，所述的控制电路主要包括温度控制电路和调谐电路；一个将所述的光纤光栅、温漂控制装置、可调谐装置、控制电路封装的外层封装结构。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅滤波器，其特征在于所述的温漂控制装置包括一个对光纤光栅表面的温度进行实时测量的温度传感器；一个半导体制冷器；所述的温度传感器和半导体制冷器与所述的温度控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅滤波器，其特征在于所述的可调谐装置，包括两个线圈和铁环组合，所述的线圈与所述的调谐电路连接。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅滤波器，其特征在于所述的温度控制电路包括基准电压、比较器、逻辑控制电路和驱动器；所述的比较器将所述的温度传感器采集到的温度信号与基准电压比较，然后将结果输入逻辑控制电路，所述的逻辑控制电路比较输入信号与预先设定的温度值，有偏差则控制所述驱动器输出相应的电流，控制所述的半导体制冷器进行工作，完成恒温控制。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅滤波器，其特征在于所述的调谐电路利用第一个线圈和第二个线圈完成调协作用，根据外部接口控制的要求，由控制逻辑完成对第一个线圈驱动器和第二个线圈驱动器的电流方向和大小的控制，第一个线圈和第二个线圈之间产生拉力或压力，光纤光栅受到相应的应力，从而完成调谐功能。
6.一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器，其特征在于采用两个或多个完全相同的如权利要求1-5任何一项所述的光纤光栅滤波器相串联。
7.权利要求6的一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法，其特征在于它包括如下步骤一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法，它包括如下步骤(1)采用升余弦光束实现光纤光栅背景折射率刻写，制作出抑制反射谱旁瓣的光纤光栅；(2)将光纤光栅内层封装；(3)对光纤光栅滤波器进行有源温控；(4)采用电磁控制应力方法调谐；(5)将以上装置封装，制成单个具有反射谱抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器；(6)将两个或多个完全相同的上述单个具有反射谱抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器串联。
8.根据权利要求7所述的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法，其特征在于所述步骤(3)利用温度传感器对光栅表面的温度进行实时测量，然后通过电路与设定的温度值进行比较，如果发现温度超出设定的范围，就使通过半导体制冷器的电流发生变化，利用半导体电能与热能转化的特性，实现光纤光栅的恒温控制，从而维持整个滤波器温度的恒定。
9.根据权利要求7所述的一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器的实现方法，其特征在于上述步骤(4)在光纤光栅的封装结构上，安装线圈和铁环，线圈中有一定强度的电流通过；当两电流的方向不同时，将产生拉力或压力，通过对线圈中电流方向的控制就能够实现拉力或压力，光栅将受到相应的拉力或压力，就使得光纤光栅的中心波长可以向上、下两个方向移动，从而实现对光纤光栅的调谐；通过对电流强弱的控制，就可以控制应力的大小，间接控制了信道调谐的幅度。
全文摘要
本发明涉及一种具有反射谱旁瓣抑制、温控、可调谐的光纤光栅滤波器，它包括一个抑制反射谱旁瓣的光纤光栅；一个将所述的光纤光栅封装的内层封装结构；一个温漂控制装置，安装在光纤光栅的内层封装结构的表面，对光纤光栅恒温控制；一个可调谐装置，安装在光纤光栅的封装结构上；一个控制电路，所述的控制电路主要包括温度控制电路和调谐电路；一个将所述的光纤光栅、温漂控制装置、可调谐装置、控制电路封装的外层封装结构。本发明的光纤光栅滤波器使用简单易行、反射谱旁瓣受到良好抑制、温度敏感性受到控制，反射谱在较大范围内可调谐。本发明还公开了一种可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器及其实现方法。本发明的可调控级联式光纤光栅DWDM单/多信道滤波器不仅可以实现中心反射波长的调节，而且可以实现不同反射带宽的调节，以及多信道之间的信道间距调节。
文档编号H04B10/12GK1651949SQ20051003330
公开日2005年8月10日 申请日期2005年3月1日 优先权日2005年3月1日
发明者刘伟平, 陈晓峰, 黄红斌, 郑力明, 陈舜儿 申请人:暨南大学