40Gb/s光通信系统用的非线性啁啾光纤光栅制作方法
本发明属于光纤光栅制作技术领域，其特征在于，依次包含以下步骤设计一个具有可调谐特性即反射率与波长呈高斯曲线变化、群时延与波长呈二次曲线变化的非线性啁啾光纤光栅；利用光栅的重构原理得到光栅的折射率调制函数，并由此确定取样点位置及曝光时间；根据设计结果制作一个用于40Gb/s光通信系统的非线性啁啾光纤光栅，再利用电流通过光纤光栅表面金属镀层产生的热效应来实现光栅中心波长的移动，控制色散的补偿量。实验证明：光信号通过本发明后的功率代价小于0.7dB，低于光通信技术中规定的1dB功率代价的上限。
发明专利
CN200610011411.6
2006-03-03
CN1811503
2006-08-02
G02B6/34(2006.01)I
清华大学
孙 杰;戴一堂;张冶金;陈向飞;谢世钟
100084北京市北京100084-82信箱
北京;11
1、40Gb/s光通信系统用的非线性啁啾光纤光栅制作方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：步骤1：按照下述设定参数设计一个具有下述反射特性和群时延特性的取样光栅：反射率曲线：<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>λ</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>e</mi> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> </mfrac> <mi>exp</mi> <mo>[</mo> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>λ</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>λ</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mi>B</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>m</mi> </mrow> </msup> <mo>]</mo> <mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu>群时延曲线：τ(λ)＝a(λ-λ0)2+b(λ-λ0)+c，其中：R(λ)为光栅的反射率，λ为光波波长，λ0为中心波长，设λ0＝1553.5nm，B为该光栅反射谱的3dB带宽，设B＝2nm，τ(λ)为该光栅的群时延，a，b，c为设计调谐参数，设a＝-100ps/nm2，b＝-300ps/nm，c＝900ps，m＝4；步骤2：根据步骤1的设计参数，按以下设定参数，用计算机计算该取样光纤光栅的折射率调制函数Δn(z)：<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <mi>Δn</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>Ac</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>πz</mi> </mrow> <msub> <mi>Λ</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu>其中，z为该取样光栅沿轴向的坐标，Λ0为该取样光栅的折射率调制周期：Λ0＝λ0/2n，n为该取样光纤光栅的平均折射率，函数Ac(z)为该取样光栅的交流折射率调制函数，由计算机按以下公式计算得出：<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <mi>Ac</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>j</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>n</mi> <msub> <mi>Λ</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>π</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mi>l</mi> </msubsup> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>λ</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>exp</mi> <mo>[</mo> <mo>-</mo> <mi>jθ</mi> <mo>]</mo> <mo>·</mo> <mi>exp</mi> <mo>[</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>σz</mi> <mo>]</mo> <mi>dσ</mi> <mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu>其中，<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <mi>θ</mi> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mi>λ</mi> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>π</mi> </mrow> <msup> <msub> <mi>λ</mi> <mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <mi>τ</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>λ</mi> <mo>′</mo> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <msup> <mi>λ</mi> <mo>′</mo> </msup> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>≤</mo> <msup> <mi>λ</mi> <mo>′</mo> </msup> <mo>≤</mo> <mi>λ</mi> <mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <mi>σ</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>nπ</mi> </mrow> <mi>λ</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>π</mi> <msub> <mi>Λ</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu>l为该取样光栅的长度，函数Ac(z)的复指数形式为：Ac(z)＝A(z)exp[j(z)]；步骤3：利用步骤2得到的折射率调制函数，按下式确定各取样点的位置zk：其中，P为采样参数，取P＝0.12mm；k表示该取样光栅的第k个取样点，k＝1，2，3，...；再按下式计算出各取样点的曝光时间Tk：<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>·</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>max</mi> <mo>{</mo> <mi>A</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> </mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu>其中，Tmax为取样点的最大曝光时间，取Tmax＝100秒；max{A(zk)}表示所有取样点zk的折射率调制幅值A(zk)中的的最大值；步骤4：按以下步骤，制作所述40Gb/s光通信系统用的非线性啁啾光纤光栅：步骤4.1：把普通光纤进行载氢处理并剥去一段涂覆层；步骤4.2：把步骤4.1中得到的光纤固定在均匀模板后，使之贴近；步骤4.3：调整激光器输出为50mW的光功率；步骤4.4：调整光路，使经扫描反射镜反射的光斑照射在光纤纤芯上；步骤4.5：打开微机的扫描移动平台和激光器控制程序，根据步骤3的计算结果，设定输入以下参数：曝光点位置：曝光时间：<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>·</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>max</mi> <mo>{</mo> <mi>A</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow></math>]]></math-cwu>步骤4.6：启动扫描平台，使该平台按照步骤4.5中设定参数运行，使曝光后的光纤成为具有非线性啁啾特性的光纤光栅；步骤4.7：将制作完成的光纤光栅放在除油碱液中，75℃下水浴加热30分钟，除油碱液由下列四种溶液按体积比1∶1∶1∶1配制而成：氢氧化钠：40g/L，硅酸钠：40g/L，碳酸钠：30g/L，磷酸钠：30g/L；步骤4.8：将清洗后的光纤光栅放在敏化液中浸泡10秒，然后转入活化液中浸泡10秒，再转入敏化液，如此反复4～5次，直到光纤光栅表面变为深褐色；敏化液和活化液的配制如下：敏化液：氯化亚锡，30g/L，20ml；活化液：氯化钯，0.1g/L，20ml；步骤4.9：将光纤光栅放在镀镍溶液中，50℃下水浴加热2小时，使光纤光栅表面覆盖一层均匀金属镍镀层；镀镍溶液的配制如下：硫酸镍：30g/L，35ml；焦磷酸钠：90g/L，30ml；次亚磷酸钠：30g/L，25ml；氨水：40ml/L，5ml；步骤4.10：将覆盖有均匀金属镀层的光纤光栅焊接到电极上并封装在金属套管中；步骤4.11：将计算机的RS-232端口与单片机AT89C52的通信引脚相连，通过计算机控制单片机的数字信号输出，单片机输出二进制数字信号的范围为000000000000～111111111111；步骤4.12：将单片机的数字信号输出引脚与DA转换器MAX508的数字输入引脚相连，利用DA转换器将单片机的数字信号转换为模拟信号，DA转换器输出电压模拟信号的范围为0～10V；步骤4.13：将DA转换器的电压模拟信号输出引脚与功率三极管(达林顿管)输入引脚相连，利用功率三极管对电压信号进行功率放大；步骤4.14：将功率三极管的输出端口与上述步骤4.10中的电极相连，实现通过计算机来改变该取样光栅的色散。