專利名稱：具有低延遲紋波幅度的寬帶啁啾光纖布拉格光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于纖維光學(xué)中的色度色散光波信號的器件，尤其涉及具有低延遲紋波幅度的寬帶啁啾光纖布拉格光柵。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信系統(tǒng)供應(yīng)商致力于提高其系統(tǒng)容量，以滿足全球范圍內(nèi)快速增長的信息交換之需要。提高單個波長信道的數(shù)據(jù)速率是增加光纖吞吐量的一種策略。但是，由于單個光學(xué)信道的數(shù)據(jù)速率將最終達(dá)到實際的極限，所以這種方法受到了限制。另一種進一步增加現(xiàn)有帶寬的重要策略是加入多波長信道。多波長系統(tǒng)指波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)。
現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)的單信道數(shù)據(jù)速率為10Gbit/s，或更高。為適應(yīng)這些信號的光譜帶寬，WDM系統(tǒng)中的信道通常間隔為100GHz，或者在1550納米波長范圍內(nèi)為～0.8納米。在這些WDM系統(tǒng)中，器件必須在大于～0.8納米的帶寬上有用，以成為真正意義的多信道器件。理想情況下，器件工作于整個通信波段，這樣系統(tǒng)就可以為任何WDM或調(diào)制方案而設(shè)計，無需去適應(yīng)某一確定的色散修正模塊。目前的通信波段由光放大器的工作范圍定義，例如，“C”波段指～1530納米至～1560納米，“L”波段指～1570納米至～1610納米。
在這些光通信系統(tǒng)中，短脈沖的光能量通過光纖發(fā)送，來傳遞信息。這些光數(shù)據(jù)脈沖包含某一波長光譜。一般來說，周期為t的未啁啾脈沖具有～1/t的譜寬，例如～1納秒(10-9秒)脈沖的譜寬為～1GHz(109Hz)。當(dāng)～1550納米波段的脈沖沿著標(biāo)準(zhǔn)單模光纖行進時，較短波長分量比較長波長分量的行進速度要快。這種效應(yīng)稱為色度色散，它使脈沖展寬，最終使脈沖鏈中的相鄰脈沖間相互干涉，在檢測的數(shù)據(jù)流中引入誤差。針對該問題，已經(jīng)提出了多種解決方案，其中只有色散補償光纖(DCF)和啁啾光纖光柵被認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Α?br> 色散補償光纖具有高的色散水平，與標(biāo)準(zhǔn)光纖的色散符號相反。為補償由80公里標(biāo)準(zhǔn)光纖造成的色散，必須在系統(tǒng)中接入～16公里長的DCF。這些補償模塊體積大，且由于光纖設(shè)計的原因，而造成很大的光學(xué)衰減，并增加了非線性光學(xué)效應(yīng)。但是因為還沒有合適的替代方案，所以現(xiàn)在都在使用DCF。
光纖布拉格光柵(FBG)的出現(xiàn)為色散補償提供了一種大有前途的解決方案。FBG是一種光纖或者其它的光波導(dǎo)，沿著光波導(dǎo)導(dǎo)光區(qū)域的長度方向，其折射率具有周期的、非周期的、或偽周期的變化。通常利用感光現(xiàn)象在光纖中寫入光柵。光化輻射引起玻璃結(jié)構(gòu)的變化而使玻璃的折射率發(fā)生變化，這種效應(yīng)定義為感光性。術(shù)語“光化輻射”包括能夠使玻璃折射率發(fā)生變化的可見光、紫外光(UV)、紅外(IR)輻射和其它形式的輻射。通常，形成UV輻射的干涉圖，然后將感光光纖放入其中。所得光纖中的FBG的周期就是用波導(dǎo)折射率定標(biāo)的干涉圖的周期。
為實現(xiàn)色散補償功能，F(xiàn)BG的光柵周期被啁啾，以在反射快波之前反射慢波，其中快波在被反射之前必須在光柵中行進得更多。用光環(huán)形器將器件的輸入和輸出分開。色散補償光柵(DCG)模塊將已經(jīng)被色度色散破壞了的數(shù)據(jù)脈沖再次壓縮，提高光學(xué)系統(tǒng)的性能。光柵越長，DCG的壓縮因子就越大，器件的帶寬就越寬。
作為實際問題，還沒有用于色散補償?shù)拈L光柵，因為為了制造高品質(zhì)的長光柵，必須保持極端的公差。啁啾光柵中的制造誤差造成群時延曲線中的紋波，以及由此產(chǎn)生的色散修正中的不準(zhǔn)確度。這些紋波對光學(xué)系統(tǒng)性能的影響尚不清楚，但是一些系統(tǒng)設(shè)計者已經(jīng)預(yù)言，在大多數(shù)系統(tǒng)中，適用于色散補償器的DCG的紋波峰峰值必須小于～40ps。但是還未證明制作有用的FBG色散修正器件所需要的紋波大小。FBG紫外光引起的折射率改變的20％的變化、～3％的纖芯尺度變化、或光柵節(jié)距～4pm的誤差，就可以產(chǎn)生～40ps峰峰值的紋波幅度。假定玻璃中硅-氧原子間距為～160pm，普遍認(rèn)為不可能在光柵寫入過程中保持這樣的公差，且正是光纖的制造公差限制了由它們得到的光柵的質(zhì)量。
一個瑞典的研究小組于1995年報道了將短光柵壓合在一起制作長光柵的方法寫短光柵，光纖隨著高精度線性平臺在UV干涉圖中平移一個光柵周期，然后再次照射光纖。持續(xù)這樣的過程，直到制作出所期望長度的光柵。該組報道了利用他們的系統(tǒng)制作的長達(dá)～50厘米的光柵。自從他們公布該成果之后，其它的小組延伸了這項工作，并已經(jīng)報道制作出了長達(dá)～2.5米的光柵?，F(xiàn)有的高精度平臺的移動范圍限制著這種FBG的長度。
幾個小組已經(jīng)采用壓合方法制作出了長啁啾光柵，但是壓合誤差導(dǎo)致這些光柵的延遲紋波幅度太大，而不能用作光通信系統(tǒng)中的色散補償器。為實現(xiàn)壓合技術(shù)，就必須確切知道光纖相對于寫干涉圖的精確位置。位置測量的精度受移動平臺編碼器——通?；诟缮鎯x——的限制，它對幾個因素的惡化非常敏感，諸如內(nèi)插器的精度、邊緣檢測電路的噪聲、接收到的內(nèi)插激光器的隨機漲落。
已經(jīng)完成了幾個可行性研究，其中在確定的波長，壓合方法制作的長FBGs已經(jīng)成功地作為色散補償器用在光通信系統(tǒng)中。由于FBG延遲紋波在大多數(shù)波長引起非常大的源于畸變的系統(tǒng)損失，所以為了獲得較好的系統(tǒng)性能，在這些研究中就必須調(diào)整通信系統(tǒng)中發(fā)射激光器的波長。
一種常用的確定器件色度色散的過程是調(diào)制相移法，參見《光纖測試及測量》(ed.D.Derickson，Prentice Hall PTR，NJ，1998，ISBN#0-13-534330-5)中第12章的說明。窄帶可調(diào)諧光源的輸出被幅度調(diào)制，并提供給待測器件。檢測透過(或反射)的信號，并相對于電調(diào)制源測量其調(diào)制相位。在感興趣的波長范圍內(nèi)間隔重復(fù)相位測量。通過累加所測波長范圍上的群時延變化，得到相對群時延曲線。
用最小二乘法最小化直線或低次多項式，對相對群時延曲線進行擬合，來確定群時延紋波，然后從曲線中減去該多項式，所余下的就是延遲紋波。一般認(rèn)為該紋波是“高頻”紋波，即周期小于通信系統(tǒng)的信道帶寬的紋波，和“低頻”紋波，即周期大于信道帶寬的紋波。此處認(rèn)為高頻紋波具有小于80pm(10GHz@～1550nm)的周期，低頻紋波具有大于80pm的周期。高頻紋波向通信信號中加入了很難修正的脈沖內(nèi)畸變，而低頻紋波只向色散修正中加入很小的誤差，因此認(rèn)為高頻紋波比低頻紋波要更重要。
建立延遲紋波幅度和光學(xué)系統(tǒng)性能之間的相關(guān)性是令人困惑的，因為不同的小組以不同的方式測量DCGs，而且通常對他們的測量過程諱莫若深。
盡管已經(jīng)演示了幾個研究，表明DCGs能夠用于單個通信信道中作為色散補償器，但是還沒有有用的寬帶器件，這主要是因為這些器件的延遲紋波幅度太大了。也已經(jīng)演示了在其帶寬上有幾個WDM信道工作的寬啁啾DCGs，但是因為在所有這些演示中，為獲得較好的性能，需要調(diào)整通信系統(tǒng)的發(fā)射激光器的波長，所以這些DCGs在其整個帶寬范圍內(nèi)只有非常窄的可用帶寬部分。如果具有大延遲紋波的寬帶DCG作為色散補償器只在非常窄的范圍內(nèi)有用，那么這種寬啁啾器件就失去了其實用性。其他人在實驗室演示了將DCGs用于修正通信系統(tǒng)中幾個信道的色散，但是僅覆蓋通信帶寬中的一部分的DCG是沒有多少吸引力的，因為為了適應(yīng)這樣的器件，必須特殊設(shè)計系統(tǒng)。其帶寬至少為通信帶寬的1/2(～10納米)或1/3(～15納米)的光柵具有一定的吸引力，因為相對于較窄的器件，在通信系統(tǒng)中應(yīng)用它只需要為該器件做較少的調(diào)節(jié)。
盡管現(xiàn)在DCF得到了廣泛地應(yīng)用，來解決高速光通信系統(tǒng)中的色度色散問題，但是新的DCF設(shè)計必須嘗試去使它們的色散和色散斜率與給定光纖的相反。但是這些DCF設(shè)計與所期望的光纖的色散特性并非完全匹配，因此留下在傳輸光纖多個跨距上累積的殘余色散。因為DCF的設(shè)計非常復(fù)雜，且難以制作，所以幾種傳輸光纖還沒有相匹配的DCF方案，而且一些光纖由于它們復(fù)雜的色散特性，似乎不可能有理想匹配的寬帶DCF設(shè)計。
因此就需要能夠在其整個帶寬范圍上補償光波通信系統(tǒng)的色度色散及色散斜率的寬帶(即大于幾個WDM信道，且較佳地為全通信帶寬)光纖布拉格光柵。同時在本領(lǐng)域也需要具有低延遲紋波幅度(即＜±50ps)的寬帶啁啾光纖布拉格光柵。正如下文將要說明的，本發(fā)明能夠滿足這些以及其他的需要。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明涉及一種用于纖維光學(xué)中色度色散光波信號的器件，和利用該器件實現(xiàn)色度色散的方法。該器件包括具有低延遲紋波幅度(＜±50ps)的寬帶(＞0.8nm)啁啾光纖布拉格光柵。在高頻(如10Gbit/s)的光通信系統(tǒng)中，這種器件作為色度色散補償器件非常有用。與用作此目的的已知器件相反，在其帶寬范圍上，該器件在系統(tǒng)性能損失方面沒有大的漲落。
另一方面，本發(fā)明涉及一種制造長FBGs的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，以～1ppm(10-6)的速率控制平移被寫入的光纖。較佳地，通過將光纖放入卷軸上的螺旋凹槽中來實現(xiàn)，其中卷軸安裝在旋轉(zhuǎn)主軸上，主軸以勻速旋轉(zhuǎn)，其速率較佳地由一大飛輪來調(diào)控。卷軸上的凹槽就象螺絲上的螺紋，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，類似于在車床上切割螺紋的方法，用線性平臺來追蹤激光束使之投射在光纖上。這種方法能夠制造出幾十米長的光柵。
附圖簡述

圖1是長光纖布拉格光柵制造系統(tǒng)的原示意圖；圖2是以勻角速度旋轉(zhuǎn)螺旋卷軸的電機系統(tǒng)原理圖；圖3a和圖3b示出該系統(tǒng)以不同的角動量工作時，制造出的兩種不同的光柵所測得的延遲紋波光譜特性；圖4示出用調(diào)制相移測量方法測得的光柵延遲紋波作為調(diào)制頻率的函數(shù)而如何變化；圖5示出高品質(zhì)啁啾長光柵的反射和反射延遲光譜；圖6示出高品質(zhì)啁啾長光柵的反射延遲紋波光譜；圖7是一光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖8是用低品質(zhì)光纖布拉格光柵作為色散補償器，在一光通信系統(tǒng)中測得的誤碼率與光學(xué)信噪比關(guān)系的曲線；圖9是用高品質(zhì)光纖布拉格光柵作為色散補償器，在一光通信系統(tǒng)中測得的眼圖實例；圖10是用高品質(zhì)光纖布拉格光柵作為色散補償器，在一光通信系統(tǒng)中測得的誤碼率與光學(xué)信噪比關(guān)系的曲線；圖11是具有～30nm帶寬的高品質(zhì)啁啾長光柵的反射延遲紋波光譜曲線圖；圖12是具有～30nm帶寬的高品質(zhì)啁啾長光柵的色散斜率曲線；圖13是具有～30nm帶寬的高品質(zhì)長光柵的延遲紋波曲線；圖14是在DCG帶寬范圍上，保持10-9～10-10的誤碼率所需要的光學(xué)信噪比曲線。
發(fā)明的詳細(xì)說明如此處所用，術(shù)語“反射延遲紋波幅度”指從用調(diào)制相移法以200MHz的頻率所測得的反射延遲曲線中，減去六次多項式而得到的幅度。此處，認(rèn)為高頻紋波的周期小于80pm(10GHz@～1550nm)，低頻紋波周期大于80pm。
如此處所用，當(dāng)用在反射帶寬時，術(shù)語“半高全寬”或“FWHM”指器件所反射的至少＞50％最大反射幅度(3dB點)的波長范圍。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新型的FBG制造技術(shù)，其克服了長FBG的制造限制。根據(jù)該技術(shù)，能夠制造出長度超過10m的啁啾長光柵。該技術(shù)涉及將光纖以精確的速率平移經(jīng)過靜止的干涉圖的過程，其中干涉圖由以頻率f被強度調(diào)制的激光束形成。在本方法中，光纖是作為模擬信號的記錄介質(zhì)，類似于將一種磁性介質(zhì)以一控制的速率平移經(jīng)過一磁路寫頭的磁帶記錄。當(dāng)光纖以速度v平移穿過激光束時，沿其長度x，到達(dá)光纖的照射劑量Φ表示為Φ(x)∝1-12·cos[2π·fv·x]]]>假設(shè)光纖中所引起 達(dá)的照射劑量，將向光纖中寫入周期為v/f的光柵。該結(jié)果是非常重要的，因為通過改變光幅度調(diào)制的頻率或者光纖的速度，就能夠用這種方法制造出任何長度的啁啾FBG。通過將控制激光束調(diào)制的功能編程到計算機中，就能夠非常容易的向光纖中寫入復(fù)雜的FBGs。
過去的方法依靠以極高的精度測量光纖相對于干涉圖的位置，來將光柵壓合在一起。但是位置測量的精度受移動平臺編碼器——通?；诟缮鎯x——的限制，它對幾個因素的惡化非常敏感，諸如內(nèi)插器精度、邊緣檢測電路的噪聲、和接收到的內(nèi)插器激光的隨機漲落。本技術(shù)相對于以前的方法，其優(yōu)勢在于它是一種速度控制方法，不需要位置信息反饋，從而不受現(xiàn)有的高精度移動平臺的行程的限制。
為滿足制造高品質(zhì)DCGs的精度要求，以～1ppm(10-6)的速度控制來平移光纖。參照圖1，較佳地通過將光纖放到卷軸180上的螺旋凹槽50中，卷軸安裝在旋轉(zhuǎn)主軸上，如圖1所示。主軸以勻速旋轉(zhuǎn)，較佳地利用鎖相環(huán)控制器7.0和大飛輪來調(diào)控該速度。在本示例性實施例中，光化輻照源110例如激光器發(fā)出光束20。光束20經(jīng)過相位模板30，并被鏡子145反射。卷軸180上的螺旋凹槽50就象螺絲上的螺紋，使得當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，以類似于在車床上切割螺紋的方式，用平移運動平臺148來追蹤光束使其透射到光纖上。用這種方法能夠制造出長達(dá)幾十米的光柵。為滿足制造DCGs所需要的公差，卷軸的直徑較佳地校準(zhǔn)到每英寸(250nm)＜百萬分之10的精度。
圖2給出了用來以勻角速度旋轉(zhuǎn)卷軸180的機器詳細(xì)視圖?？諝廨S承240用作旋轉(zhuǎn)點，它安裝到外部固定的基座280上。飛輪230用來調(diào)控轉(zhuǎn)速。安裝塊220使寫卷軸180連接到飛輪230和空氣軸承240。主軸系統(tǒng)由感應(yīng)電機驅(qū)動。感應(yīng)電機包括連接到外基座280的定子260，和高可透性金屬芯250組成的轉(zhuǎn)子，在其上壓配有高電阻的導(dǎo)體金屬殼270。旋轉(zhuǎn)編碼器290安裝到基座280和轉(zhuǎn)子芯250，來向控制電子設(shè)備提供速度信息。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)增加移動系統(tǒng)的動量，對內(nèi)插器誤差進行機械低通濾波，就能夠保持超出現(xiàn)有位置測量程度的勻速。還發(fā)現(xiàn)可以增加旋轉(zhuǎn)制造系統(tǒng)的角動量，來減小外部干擾對制造系統(tǒng)的影響，并生產(chǎn)出高品質(zhì)的DCGs。
在制造系統(tǒng)中，相對而言沒有轉(zhuǎn)矩紋波的空氣軸承主軸支持著電機。如果不局限于理論的話，在該主軸中不受控的空氣擾動(以及其它支持結(jié)構(gòu)中的其它振動)可導(dǎo)致光纖移動的誤差，并因此對光柵的質(zhì)量產(chǎn)生影響。對稱剛體的角動量L可表示為L＝Iω，其中I為轉(zhuǎn)動慣量，ω為旋轉(zhuǎn)體的角速度。通過增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速并增加其轉(zhuǎn)動慣量，已經(jīng)制造出具有減小了的延遲紋波的啁啾FBGs。系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量較佳地至少為1g cm2，更佳地至少為10g cm2，最好至少為100g cm2。
實例1本實例例證了增加DCG制造系統(tǒng)中所用主軸的轉(zhuǎn)動慣量，從而增加其角動量的效果。
寫兩個啁啾FBGs，并分析它們的延遲紋波幅度。第一FBG的制造系統(tǒng)包括感應(yīng)電機，其具有由空氣軸承主軸支持的光滑壁面的轉(zhuǎn)子。主軸被控制著隨鎖相環(huán)(PLL)電子設(shè)備進行勻速轉(zhuǎn)動，其中莫爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器跟隨著鎖相環(huán)電子設(shè)備。用來固定光纖的螺旋凹槽卷軸也安裝在空氣軸承主軸上。圖3a給出了延遲紋波光譜。其延遲紋波幅度為幾百皮秒。第一系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量為～0.5g cm2。
第二光柵的制造與第一光柵的相同，但是在本例中，通過向系統(tǒng)中加入直徑為40厘米的飛輪，使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量增加了40倍。第一系統(tǒng)的慣量為～220g cm2。圖3b給出了第二FBG的延遲紋波光譜。其延遲紋波幅度與沒有飛輪時所制造的FBG相比有了大幅下降。
相對于基線的幾個納米周期的偏差，或極低頻紋波，是由于這些實驗中所用的低質(zhì)量的編碼器的緣故，這和本演示的目的沒有關(guān)系。
實例2用調(diào)制相移法進行的DCG延遲紋波測量隨調(diào)制頻率而變化，如圖4所示。如果在1GHz進行測量，其紋波幅度就是在100MHz所測得的1/2。已經(jīng)證明，以＜200MHz的調(diào)制頻率測量器件，能夠得到一致的結(jié)果。在紋波的周期非常小的情況下，就需要＜50MHz的頻率。對這里報道的測量，均以200MHz的調(diào)制頻率為標(biāo)準(zhǔn)。
實例3本例進一步例證了通過增加主軸角動量，延遲紋波幅度的可能的改善。
通過安裝一連接到轉(zhuǎn)動慣量為～650g cm2系統(tǒng)的較重的飛輪，可進一步改進實例1中詳細(xì)說明的制造系統(tǒng)。同時以更高的轉(zhuǎn)速來寫光柵，來進一步增加制造系統(tǒng)的角動量。所得的FBGs在大于1nm的帶寬上，其延遲紋波幅度小于±30ps。圖5及圖6給出了此類光柵的反射率、反射延遲、和延遲紋波。
實例4在一系統(tǒng)中評價色散補償光柵(DCG)的性能。圖7所示的測試配置包括40公里常規(guī)單模光纖(SMF)的傳輸線，該光纖具有+17ps/nm/km的標(biāo)稱色散?，F(xiàn)有商用的具有1pm步長調(diào)諧能力的可調(diào)諧激光器，由一無啁啾外部LiNbO3調(diào)制器，用223-1偽隨機二進制序列(PRBS)的10Gb/s不歸零(NRZ)數(shù)據(jù)進行調(diào)制。調(diào)制器輸出的10Gb/s光學(xué)數(shù)據(jù)被摻鉺光纖放大器(EDFA)放大，然后進入40公里SMF傳輸線。進到SMF中的光功率保持在較低(～2dBm)的水平，以避免任何可能的非線性效應(yīng)。經(jīng)過傳輸之后，信號再次被第二EDFA放大，來補償SMF中的衰減。
在第二EDFA之后放置具有-680ps/nm色散的DCGs，來補償傳輸線總的累積色散。色散補償信號被導(dǎo)向10Gb/s接收器，在其中，光學(xué)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為電的10Gb/s數(shù)據(jù)流，且恢復(fù)時鐘信號。在接收器之前使用了具有0.9nm帶寬的可調(diào)諧光學(xué)帶通濾波器，它與光源波長相一致，來抑制信號帶寬之外的ASE噪聲，從而改善接收器的性能。
作為性能較差的DCG實例，圖8給出了在光纖通信相同中用～±50ps延遲紋波幅度的DCG作為色散補償時，誤碼率(BER)-光學(xué)信噪比(OSNR)曲線。請注意，當(dāng)信號的波長有輕微的變化時，在給定的OSNR處的BER將產(chǎn)生幾個數(shù)量級的變化，致使器件變得無用。
相反，在系統(tǒng)中使用實例3中的DCG。圖9給出了在傳輸線不同位置，用采樣示波器記錄的數(shù)據(jù)信號眼圖。色散導(dǎo)致了在40公里SMF末端的眼圖閉合，其在接收器的完全修復(fù)清楚地表明DCG進行色散補償?shù)男в谩?br> 通過測量在DCG帶寬上作為光學(xué)信噪比(OSNR)的函數(shù)的誤碼率(BER)，能夠確定系統(tǒng)中的DCG性能的均勻性。該測量涉及在色散補償后向信號中加入噪聲，有效地改變OSNR，并用10Gb/s誤碼率測試儀(BERT)測量最后的BER。系統(tǒng)中所用的噪聲源是ASE噪聲，由兩個EDFAs結(jié)合產(chǎn)生。用光學(xué)帶通濾波器控制第一EDFA的ASE帶寬，使其與DCG的帶寬相匹配。因此經(jīng)過濾波的ASE噪聲作為第二EDFA的泵浦信號，來產(chǎn)生感興趣的帶寬里的高功率ASE噪聲。經(jīng)過一衰減器后，ASE噪聲和傳輸信號相加，通過改變衰減器，能夠改變OSNR，其用光譜分析儀測量。圖10給出了這些測量的結(jié)果?？梢悦黠@地看出，當(dāng)光源波長在DCG帶寬上變化時，獲得給定的BER所需要的OSNR的變化＜1dB。在DCG的整個帶寬上，所有波長情況都類似。眼圖和BER測試是評價通信系統(tǒng)性能的常用工具，參見《光纖測試與測量》(ed.D.Derickson，Prentice HallPTR，NJ，1998，ISBN#0-13-534330-5)中第8章的說明。
實例5用實例4中的FBG制造系統(tǒng)來制造具有更寬帶寬的光柵。圖11給出了～2米長的寬帶FBG實例的光譜特性，其中給出了器件的反射率和延遲。該器件的總插損典型值為～5到5.5dB(包括環(huán)形器的損耗)，插損的變化為～±1dB。在傳輸中測量的光柵的插損＞3dB。所示器件的帶寬＞30nm。從延遲曲線中減去-629ps/nm的線性色散之后，如圖12所示，延遲斜率還有-1.1ps/nm2。對圖12所示的色散斜率曲線進行四次多項式擬合之后，如圖1 3所示，還有延遲紋波。用調(diào)制相移法在200MHz以～5pm的分辨率進行這些測量。一掃描可調(diào)諧激光器系統(tǒng)的激光器掃描速率與網(wǎng)絡(luò)分析儀相同步，用它來執(zhí)行這些測量。由于該測量配置的特性，在～5pm的帶寬上對延遲紋波被有效平均。需要注意的是，該器件的高頻紋波在其大帶寬范圍上小于±25ps，而其FWHM上小于±40ps。
在實例4所說明的系統(tǒng)試驗臺中評價該DCG的性能。通過測量在DCG帶寬上保持固定的誤碼率(BER)所需要的光學(xué)信噪比(OSNR)，來確定系統(tǒng)中DCG性能的均勻性。在色散補償之后向傳輸信號中加入噪聲，以改變OSNR，并確定BER。當(dāng)系統(tǒng)波長在DCG帶寬上以25pm的步長變化時，調(diào)節(jié)噪聲的幅度，使BER保持在10-9到10-10的范圍內(nèi)。聯(lián)合兩個EDFAs的ASE所產(chǎn)生的噪聲在經(jīng)過衰減器后加到傳輸信號上，用光譜分析儀測得的OSNR隨著衰減器的變化而變化。圖14給出了在DCG帶寬上保持BER所需要的OSNR。
那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠理解，本發(fā)明可用于多種光器件的制造中。盡管以示例性的較佳實施例對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明也可以其它具體形式實現(xiàn)，不背離本發(fā)明的范圍。因此，應(yīng)該理解，這里所說明及闡釋的實施例僅為示例性的，不應(yīng)該認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。根據(jù)本發(fā)明的精神和范圍，可實現(xiàn)其它的變化和修正。
權(quán)利要求
1.一種器件，其特征在于，包括啁啾布拉格光柵，所述光柵具有(a)半高全寬大于6nm的反射帶寬；(b)小于±50ps的反射延遲紋波幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的色散在反射狀態(tài)測量時，其幅度大于100ps/nm。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的色散在反射狀態(tài)測量時，其幅度大于400ps/nm。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的峰值插損在透射狀態(tài)測量時，大于0.1dB。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的峰值插損在透射狀態(tài)測量時，大于1dB。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的反射帶寬大于10nm。
7.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的反射帶寬大于15nm。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的延遲紋波幅度為A，使得|A|＜30ps。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的帶寬大于25nm。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的高頻紋波幅度為A，使得|A|＜50ps。
11.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件的高頻紋波幅度為A，使得|A|＜30ps。
12.一種色散幅度大于100ps/nm的色散補償器件，其特征在于，它包括循環(huán)器，和帶寬大于6nm的啁啾布拉格光柵；其中，當(dāng)發(fā)射激光器的波長在該器件的整個帶寬上以小于25pm的步長變化時，使10Gbit/s光纖通信系統(tǒng)的誤碼率保持在10-9到10-10之間所需要的光學(xué)信噪比的變化小于3dB。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述光學(xué)信噪比的變化小于2dB。
14.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述器件的帶寬大于10nm。
15.一種傳播光的光纖，其特征在于，它包括纖芯；包層；和啁啾布拉格光柵，包括在所述波導(dǎo)內(nèi)部形成的折射率擾動，所述光柵具有大于6nm半高全寬的反射帶寬；從用調(diào)制相移法以200MHz的頻率測量的反射延遲曲線中，減去六次多項式，所確定的反射延遲紋波幅度小于±50ps；在反射狀態(tài)測得的色散幅度大于100ps/nm；在透射狀態(tài)測得的峰值插損大于1dB。
16.如權(quán)利要求1所述的光器件，其特征在于，它包括配有啁啾布拉格光柵的波導(dǎo)，所述光柵包括在波導(dǎo)內(nèi)部形成的折射率擾動，且具有大于6nm半高全寬的反射帶寬；并且其中，從用調(diào)制相移法以200MHz測量的反射延遲曲線中，減去六次多項式時所確定的反射延遲紋波幅度小于K；其中，|K|＜50ps。
17.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，它采用如權(quán)利要求1所述的器件。
18.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，它采用如權(quán)利要求12所述的器件。
19.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，它采用如權(quán)利要求15所述的光纖。
20.一種光通信系統(tǒng)，其特征在于，它采用如權(quán)利要求16所述的器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包含啁啾布拉格光柵的器件，所述光纖具有(a)半高全寬大于6nm的反射帶寬；和(b)小于±50ps的反射延遲紋波放大。
文檔編號G02B6/10GK1509418SQ02806440
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者J·E·布倫南三世, E·埃爾南德斯, J·A·瓦倫蒂, P·G·辛哈, M·R·馬修斯, D·E·埃爾德, G·A·博謝納, J E 布倫南三世, 博謝納, 埃爾德, 瓦倫蒂, 系濾, 辛哈, 馬修斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司