专利名称：一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器的制作方法
技术领域：
一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器技术领域[0001]本实用新型涉及一种分插复用器，尤其是涉及一种基于光纤光栅滤波器的光分 插复用器。
背景技术：
[0002]光分插复用器(OpticalAdd-Drop Multiplexer，0ADM)是波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)光通信网络的关键器件之一，其功能是从传输光路中有选 择地上下载(Add/Drop)信号，同时不影响其它波长信道的传输。随着光通信网络的飞速 发展，对光分插复用器的需求日益迫切。[0003]光分插复用器的核心部件是滤波器，通过滤波器选择要上路/下路的波长，实 现波长路由，因此，高性能、多信道的密集梳状滤波器的设计与制造将极大提高光分插 复用器的性能。目前，在光分插复用器中常用的滤波器的类型有声光可调谐滤波器、体 光栅滤波器、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating, AWG)滤波器、光纤光栅滤波器、多层介质膜滤波器等。[0004]光纤光栅中的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)具有反射率高(可 达100%)、插入损耗低、与光纤兼容性好和偏振无关等优点，可以对宽带光源中满足布 拉格条件的任一波长进行窄带输出，波长选择性好。而线性啁啾光纤光栅，其不仅具备 光纤布拉格光栅的优点，而且其输出的信道带宽可由线性啁啾光纤光栅的总啁啾量进行 调控。因此，利用线性啁啾光纤光栅的上述特性，设计可调谐、多信道的密集梳状滤波 器，可以用于制作高性能的光分插复用器。[0005]目前，已有多种采用光纤光栅制作滤波器的方案一种方案为取样光纤光栅型 滤波器，如啁啾取样光纤布拉格光栅和相移取样光纤布拉格光栅，由于光纤布拉格光栅 的折射率受到取样函数的调制，其反射谱为分离的周期性的波长信道，因此信道数目越 多需要的折射率调制越大；另一种方案为采用重叠写入线性啁啾光纤光栅，即在光纤的 相同部位写入多个光纤布拉格光栅，制成啁啾光纤光栅带通型滤波器，这种滤波器具有 较大的反射带宽，但是在光纤的同一位置写入多个光纤布拉格光栅并保持良好特性，技 术要求比较高。上述两种方案制作的滤波器均存在反射率低、滤波带宽不够平坦等缺 点，致使滤波效果并不十分理想。发明内容[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种反射率高、滤波带宽平坦、超宽信 道带宽的基于光纤光栅滤波器的光分插复用器。[0007]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于光纤光栅滤波器 的光分插复用器，包括第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤、第四单模光纤、 第五单模光纤、第六单模光纤、第一光环形器、第二光环形器和多级联光纤光栅滤波 器，所述的第一光环形器具有第一输入端、第一输出端和下路信号减口端，所述的第二光环形器具有第二输入端、第二输出端和上路信号增口端，所述的第一单模光纤的第一 端接入宽带信号光源，所述的第一单模光纤的第二端与所述的第一光环形器的第一输入 端相连接，所述的第一光环形器的第一输出端与第二单模光纤的第一端相连接，所述的 第二单模光纤的第二端与所述的多级联光纤光栅滤波器的第一端相连接，所述的第一光 环形器的下路信号减口端与所述的第三单模光纤的第一端相连接，所述的第三单模光纤 的第二端输出下路信号，所述的多级联光纤光栅滤波器的第二端与所述的第四单模光纤 的第一端相连接，所述的第四单模光纤的第二端与所述的第二光环形器的第二输入端相 连接，所述的第二光环形器的上路信号增口端与所述的第五单模光纤的第一端相连接， 所述的第五单模光纤的第二端接入上路信号，所述的第二光环形器的第二输出端与所述 的第六单模光纤的第一端相连接，所述的第六单模光纤的第二端输出宽带信号光源。[0008]所述的多级联光纤光栅滤波器主要由M个中心周期不同的一级光纤光栅首尾串 联连接构成，所述的一级光纤光栅主要由m个中心周期相同的二级光纤光栅首尾串联连 接构成，所述的二级光纤光栅为线性啁啾光纤光栅，第1个所述的一级光纤光栅中的第1 个所述的二级光纤光栅的第一端与所述的第二单模光纤的第二端相连接，第M个所述的 一级光纤光栅中的第m个所述的二级光纤光栅的第二端与所述的第四单模光纤的第一端 相连接，其中，M>2，m>50[0009]各个所述的一级光纤光栅的中心周期各不相同，各个所述的一级光纤光栅的 中心周期沿轴向等差递减；一个所述的一级光纤光栅和组成该所述的一级光纤光栅的 各个所述的二级光纤光栅的中心周期相同，记为Aci，所述的中心周期Aci由布拉格 条件决定；一个所述的二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化，记周期为Λ，A (z)= A0(I-Cz), -1/2<ζ<1/2,其中，c表示所述的二级光纤光栅的啁啾系数，1表示所述的 二级光纤光栅的长度；将一个所述的二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化的总变化量表 示为总啁啾量 C，C = A0cl, C e。[0010]与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过将多个中心周期相同的二级光纤 光栅串联连接构成一个一级光纤光栅，使得一级光纤光栅具有很好的滤波特性，通过将 多个中心周期各不相同的一级光纤光栅串联连接构成滤波器，使得该滤波器对不同布拉 格条件下的波长均产生反射，极大扩展了滤波范围，同时滤波信道等间隔分布，且具有 多信道(大于40个)、高密度(信道间隔小于0.5nm)、高反射(接近100% )和超宽带宽 等特性，因此该滤波器可以很好地应用于WDM系统中的多级联光纤光栅光分插复用。
[0011]图1为本实用新型的光分插复用器的基本结构示意图；[0012]图2 为由 3 个中心周期分别为 Atll = 0.531μιη，Λ Q2 = 0.530 μ m 和 Λ Q3 = 0.5 μ m的一级光纤光栅91、92、93串联连接构成的多级联光纤光栅滤波器，当每个二 级光纤光栅的总啁啾量C= Inm时，二级光纤光栅的周期随多级联光纤光栅的长度变化 的示意图；[0013]图3 为由 3 个中心周期分别为 Atll = 0.531μιη，Λ Q2 = 0.530 μ m 和 Λ Q3 = 0.5 μ m的一级光纤光栅91、92、93串联连接构成的多级联光纤光栅滤波器的反射谱；[0014]图4为图3中的任意一级光纤光栅91、92或93的反射谱；[0015]图5为具有92个信道的多级联光纤光栅滤波器的反射谱。
具体实施方式
[0016]
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。[0017]实施例一[0018]一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器，如图1所示，其包括第一单模光纤 1、第二单模光纤2、第三单模光纤3、第四单模光纤4、第五单模光纤5、第六单模光纤 6、第一光环形器7、第二光环形器8和多级联光纤光栅滤波器9，第一光环形器7具有第 一输入端71、第一输出端72和下路信号减口端73，第二光环形器8具有第二输入端81、 第二输出端82和上路信号增口端83，第一单模光纤1的第一端接入宽带信号光源，第一 单模光纤1的第二端与第一光环形器7的第一输入端71相连接，第一光环形器7的第一 输出端72与第二单模光纤2的第一端相连接，第二单模光纤2的第二端与多级联光纤光 栅滤波器9的第一端相连接，第一光环形器7的下路信号减口端73与第三单模光纤3的 第一端相连接，第三单模光纤3的第二端输出下路信号，多级联光纤光栅滤波器9的第二 端与第四单模光纤4的第一端相连接，第四单模光纤4的第二端与第二光环形器8的第二 输入端81相连接，第二光环形器8的上路信号增口端83与第五单模光纤5的第一端相连 接，第五单模光纤5的第二端接入上路信号，第二光环形器8的第二输出端82与第六单 模光纤6的第一端相连接，第六单模光纤6的第二端输出宽带信号光源。[0019]在此具体实施例中，多级联光纤光栅滤波器9主要由M个中心周期不同的一级 光纤光栅91、92、……、9M首尾串联连接构成，一级光纤光栅主要由m个中心周期相 同的二级光纤光栅首尾串联连接构成，如第1个一级光纤光栅主要由m个中心周期相同 的二级光纤光栅911、912、……、91m首尾串联连接构成，如第M个一级光纤光栅主要 由m个中心周期相同的二级光纤光栅9M1、9M2、……、9Mm首尾串联连接构成，二 级光纤光栅为线性啁啾光纤光栅，第1个一级光纤光栅中的第1个二级光纤光栅911的第 一端与第二单模光纤2的第二端相连接，第M个一级光纤光栅中的第m个二级光纤光栅 9Mm的第二端与第四单模光纤4的第一端相连接，其中取M》，m>5,如果太小，则会 导致多级联光纤光栅滤波器9的反射率低、反射谱带宽窄；同时，M和m取值也不宜太 大，否则不实用，且成本较高，一般取2《M《7，5《m《15。[0020]在此具体实施例中，各个一级光纤光栅的中心周期各不相同，各个一级光纤光 栅的中心周期沿轴向等差递减，等差递减的量可根据设计要求确定；一个一级光纤光栅 和组成该一级光纤光栅的多个二级光纤光栅的中心周期相同，记为Aci，该中心周期Aci 由布拉格条件决定。一个二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化，记周期为Λ，A (z)= A0(I-Cz), -1/2<ζ<1/2,其中，c表示二级光纤光栅的啁啾系数，1表示所述的二级光 纤光栅的长度。令一个二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化的总变化量为总啁啾量C， C = A0cl, C e。[0021]本实用新型的光分插复用器的工作原理为一个宽带信号光源通过第一单模 光纤从第一光环形器的第一输入端输入，第一光环形器的第一输入端将宽带信号光源传 输至第一光环形器的第一输出端，第一光环形器的第一输出端通过第二单模光纤将宽带 信号光源传输至多级联光纤光栅滤波器，多级联光纤光栅滤波器反射并透射宽带信号光源，反射的梳状滤波信号通过第一光环形器的下路信号减口端从第三单模光纤的第二端 输出，透射的梳状滤波信号通过第四单模光纤后进入第二个光环形器的第二输入端，透 射的梳状滤波信号与经第五单模光纤进入第二个光环形器的上路信号增口端的光信号复 用后，由第二光环形器的第二输出端输出，从而可在传输光路中有选择地上下载信号， 实现了超宽信道的波长路由。[0022]图2为二级光纤光栅的周期随多级联光纤光栅的长度变化的示意图，该多级联 光纤光栅由3个中心周期分别为Atll = 0.531 μ m，A02 = 0.530 μ m和Atl3 = 0.529 μ m 的一级光纤光栅91、92、93串联连接构成，且每个二级光纤光栅的总啁啾量C= lnm。 图2中每个一级光纤光栅由m = 10个二级光纤光栅串联连接构成，每个二级光纤光栅的 纤芯有效折射率Iiefr =1.48，折射率调制深度δ neff = 3.5 X 10_4，长度1 = 4mm，则由3个 一级光纤光栅串联连接构成的多级联光纤光栅滤波器的总长度为12cm;每个二级光纤光 栅中相同周期所对应位置处的光栅截面构成反射同一波长光的反射镜，相邻的两个反射 镜构成法布里-珀罗谐振腔(F-P谐振腔)，则在多级联光纤光栅滤波器中形成多F-P谐 振腔干涉。[0023]图3给出了由3个中心周期分别为Atll = 0.531 μ m，Λ。2 = 0.530 μ m禾口 Λ。3 = 0.5 μ m的一级光纤光栅91、92、93串联连接构成的多级联光纤光栅滤波器的反射谱。 从图3中可以看出，在1.533口111 1力45口111的波长范围内，反射谱平坦勻称，自由光谱 带宽为9.00nm，信道数为45，信道间隔为0.20nm。图3中的任意一级光纤光栅91、92 或93的反射谱如图4所示，各个一级光纤光栅的自由光谱带宽为3.80nm，信道数为20， 信道间隔为0.20nm。由于二级光纤光栅的周期线性啁啾变化，所以每个一级光纤光栅反 射谱的信道位置等间隔分布。当二级光纤光栅的长度相同时，信道间隔大小相等，信道 位置取决于总啁啾量引起的二级光纤光栅的周期变化及布拉格条件λΒ = ZndrAtl，其中，λ 布拉格波长，Iidr为二级光纤光栅的纤芯有效折射率。由图4可见，一级光纤光栅 反射谱边缘处的信道彼此位置重合，叠加后反射效果增强，即形成图3中顶部平坦且高 信噪比的滤波谱。[0024]从上可见，中心周期不同的一级光纤光栅的级联数多，可以有效扩展梳状滤波 信道的带宽；二级光纤光栅的级联数大，将提高反射率，可以达到100%;在总啁啾量相 同时，二级光纤光栅的长度越长，导致啁啾系数c减小，光栅滤波信道间隔也就越小，反 之增大。因此，通过优化设计，可以获得所要求的信道间隔及滤波谱分布，制作基于多 级联光纤光栅滤波器的超宽带宽光分插复用器，实现多信道路由。[0025]实施例二 [0026]根据本实用新型提出的光分插复用器的结构，设计一种92信道光分插复用 器。该光分插复用器中的多级联光纤光栅滤波器由6个一级光纤光栅串联连接构成，每 个一级光纤光栅由10个二级光纤光栅串联连接构成，滤波器总长度为Mcm，6个一级 光纤光栅的中心周期分别为 0.534 μ m、0.533 μ m、0.532 μ m、0.531 μ m、0.530 μ m 禾口 0.5^μιη。该多级联光纤光栅滤波器的反射谱如图5所示。从图5看出，反射滤波波长 范围在1.5345 μ m 1.5520 μ m，滤波器的反射谱顶部平坦、边沿陡峭、92个滤波信道的 频率间隔为25GHz(信道间隔0.20nm)。
权利要求1.一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器，其特征在于包括第一单模光纤、第二 单模光纤、第三单模光纤、第四单模光纤、第五单模光纤、第六单模光纤、第一光环形 器、第二光环形器和多级联光纤光栅滤波器，所述的第一光环形器具有第一输入端、第 一输出端和下路信号减口端，所述的第二光环形器具有第二输入端、第二输出端和上路 信号增口端，所述的第一单模光纤的第一端接入宽带信号光源，所述的第一单模光纤的 第二端与所述的第一光环形器的第一输入端相连接，所述的第一光环形器的第一输出端 与第二单模光纤的第一端相连接，所述的第二单模光纤的第二端与所述的多级联光纤光 栅滤波器的第一端相连接，所述的第一光环形器的下路信号减口端与所述的第三单模光 纤的第一端相连接，所述的第三单模光纤的第二端输出下路信号，所述的多级联光纤光 栅滤波器的第二端与所述的第四单模光纤的第一端相连接，所述的第四单模光纤的第二 端与所述的第二光环形器的第二输入端相连接，所述的第二光环形器的上路信号增口端 与所述的第五单模光纤的第一端相连接，所述的第五单模光纤的第二端接入上路信号， 所述的第二光环形器的第二输出端与所述的第六单模光纤的第一端相连接，所述的第六 单模光纤的第二端输出宽带信号光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器，其特征在于所述 的多级联光纤光栅滤波器主要由M个中心周期不同的一级光纤光栅首尾串联连接构成， 所述的一级光纤光栅主要由m个中心周期相同的二级光纤光栅首尾串联连接构成，所述 的二级光纤光栅为线性啁啾光纤光栅，第1个所述的一级光纤光栅中的第1个所述的二 级光纤光栅的第一端与所述的第二单模光纤的第二端相连接，第M个所述的一级光纤光 栅中的第m个所述的二级光纤光栅的第二端与所述的第四单模光纤的第一端相连接，其 中，M>2, m>5。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器，其特征在于各 个所述的一级光纤光栅的中心周期各不相同，各个所述的一级光纤光栅的中心周期沿轴 向等差递减；一个所述的一级光纤光栅和组成该所述的一级光纤光栅的各个所述的二级 光纤光栅的中心周期相同，记为Aci，所述的中心周期A^由布拉格条件决定；一个所 述的二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化，记周期为Λ，A (z) = A0(I-Cz), -1/2 < ζ <1/2，其中，c表示所述的二级光纤光栅的啁啾系数，1表示所述的二级光纤光栅的长 度；将一个所述的二级光纤光栅的周期沿轴向线性变化的总变化量表示为总啁啾量C，C =A0cl, C e。
专利摘要本实用新型公开了一种基于光纤光栅滤波器的光分插复用器，包括第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤、第四单模光纤、第五单模光纤、第六单模光纤、第一光环形器、第二光环形器和多级联光纤光栅滤波器；通过将多个中心周期相同的二级光纤光栅串联连接构成一个一级光纤光栅，通过将多个中心周期各不相同的一级光纤光栅串联连接构成多级联光纤光栅滤波器，优点在于该滤波器对不同布拉格波长均产生反射，极大扩展了滤波范围，同时滤波信道等间隔分布，且具有多信道、高密度、高反射和超宽带宽等特性，因此该滤波器可用于WDM系统中光信号的多信道光分插复用。
文档编号H04B10/12GK201804131SQ20102026540
公开日2011年4月20日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者周骏, 苑红伟, 阳明仰, 马伟涛 申请人:宁波大学