專利名稱：基于雙芯光纖的多波長光微分器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種多波長光微分器，涉及光纖通信、光纖傳感、光學信號處理技術，具體地講就是基于雙芯光纖的多波長光微分器。
背景技術：
隨著通信和計算機技術的迅猛發(fā)展，通信信號速率越來越高，在電域對信號進行處理變得越來越困難，一種有效的解決方法是在光域對信號進行處理，基于這個目的，就需要開發(fā)設計一些光域的信號處理器件，光微分器就是其中一個非常重要的光學信號處理器件。光學微分器是一種能夠在光域對光信號的光場進行時間導數(shù)運算的全光器件，光微分器有其固有的一些優(yōu)點，如制作簡單、成本低廉、插入損耗低、與偏振無關、與現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)具有很高的兼容性、能夠處理Gbit甚至Tbit的高速率信號。正是因為光微分器固有的這些優(yōu)點，因此光微分器在脈沖整形、微波信號的光域處理、圖象處理等領域具有廣泛的 應用。到目前為止，人們提出了多種光微分器實現(xiàn)方案。2005年，Kulishov等人在((Optics Letters))發(fā)表文章((Long-period fiber gratings as ultrafast opticaldifferentiators》,提出使用長周期光纖光柵來實現(xiàn)光微分器的方案。這種微分器能夠處理帶寬大于100GHz的光信號，當信號帶寬小于IGHz時，這種微分器具有很低的能量效率；另外由于長周期光纖光柵固有的對環(huán)境的敏感性，周圍環(huán)境的變化會對這種光微分器的工作性能造成很大的影響。2007年，Berger, N. K.等人在《Optics Express》發(fā)表文章((Temporal differentiation of optical signals using a phase-shifted fiber Bragggrating》，提出使用相移布拉格光纖光柵來實現(xiàn)光微分器的方案，該方案使用兩個均勻的布拉格光纖光柵，這兩個光柵之間有嚴格的n相移。利用其反射譜的傳輸特性與一階光微分器的傳輸特性具有相似的特點，對光信號的光場提供時間一階微分。但該方案要求兩個光柵之間具有嚴格的n相移，因此實現(xiàn)困難。中國發(fā)明專利《基于硅基環(huán)形諧振腔的光微分器》(申請?zhí)?00810039557.0)利用硅基環(huán)形諧振腔來實現(xiàn)光微分器，當硅基環(huán)形諧振腔工作在臨界耦合狀態(tài)時，其頻譜特性和一階微分器具有很好的近似。但該發(fā)明制作困難，需要精確控制環(huán)形諧振腔和直波導之間的縫隙，并且只能對一個波長的光信號提供微分處理，不能同時處理多個波長的光學信號。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于雙芯光纖的多波長光微分器。該發(fā)明利用了雙芯光纖纖芯之間的模式耦合，當工作在完全耦合狀態(tài)時，兩個纖芯的傳輸譜與一階微分器具有很好的近似，兩個纖芯均可實現(xiàn)多波長的光微分操作，兩個纖芯的傳輸譜具有不同的中心波長，并且通過改變雙芯光纖的長度，可以對中心波長的位置和波長數(shù)量進行調節(jié)，雙芯光纖長度越長，可支持的波長數(shù)越多。本發(fā)明的技術方案
基于雙芯光纖的多波長光微分器，該發(fā)明包括可調激光器陣列、電信號發(fā)生器、電光調制器、雙芯光纖微分器、第一檢測系統(tǒng)、第二檢測系統(tǒng)。其中可調激光器陣列接電光調制器的光輸入端，電信號發(fā)生器輸出端接電光調制器的電輸入端，電光調制器的光輸出端接雙芯光纖微分器的第一個纖芯的輸入端，雙芯光纖微分器的第一個纖芯的輸出端接第一檢測系統(tǒng)，雙芯光纖微分器的第二個纖芯的輸出端接第二檢測系統(tǒng)。所述的雙芯光纖微分器是一段雙芯光纖,兩個纖芯的折射率、纖芯半徑完全相同，這樣兩個纖芯之間的導波模式可以實現(xiàn)完全耦合。兩個纖芯的間距為十幾到幾十微米，雙芯光纖的長度為幾十厘米。本發(fā)明的有益效果具體如下
本發(fā)明提出的一種基于雙芯光纖的多波長光微分器，可以同時實現(xiàn)對多路光波長的光信號進行時域一階微分操作，并且通過改變雙芯光纖的長度就可以調整中心波長位置和波長數(shù)量。本發(fā)明僅使用一段雙芯光纖就可以實現(xiàn)上述功能，具有結構簡單、價格便宜、性價比高、與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)兼容性好、熔接方便、波長數(shù)和中心波長位置可調的優(yōu)點。


圖I基于雙芯光纖的多波長微分器示意圖。圖2高斯脈沖時域波形示意圖。圖3 2波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖4 2波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖5 2波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖6 2波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖7高斯一階微分信號時域波形示意圖。圖8 4波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖9 4波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖10 4波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖11 4波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖12 6波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖13 6波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖14 6波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖15 6波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖16 8波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖17 8波長雙芯光纖微分器第一纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。圖18 8波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜幅頻特性示意圖。圖19 8波長雙芯光纖微分器第二纖芯傳輸譜相頻特性示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖I至19,對基于雙芯光纖多波長光微分器作進一步描述。實施例一基于雙芯光纖的多波長光微分器，該微分器包括可調激光器陣列I、電信號發(fā)生器2、電光調制器3、雙芯光纖微分器4、第一檢測系統(tǒng)51、第二檢測系統(tǒng)52。具體連接方式為可調激光器陣列I接電光調制器3的光輸入端，電信號發(fā)生器2輸出端接電光調制器3的電輸入端，電光調制器3的光輸出端接雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸入端41，雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸出端43接第一檢測系統(tǒng)51，雙芯光纖微分器4的第二個纖芯的輸出端44接第二檢測系統(tǒng)52。設置電信號發(fā)生器2輸出高斯脈沖的半波全寬為10皮秒。電光調制器3采用工作在推挽模式的馬赫增德爾調制器，設置工作偏壓使其工作在最小工作點。此時電光調制器3的輸出為高斯光脈沖，其時域波形如圖2所示。 設置雙芯光纖微分器4的纖芯距離為10微米,長度為10厘米。第一纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖3所示，第一纖芯傳輸譜的相頻特性如圖4所示，第二纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖5所示，第二纖芯傳輸譜的相頻特性如圖6所示。從圖3和圖5的幅頻特性可以看出，纖芯光場幅度與頻率相對中心頻率(載波頻率)的失諧量成正比；從圖4和圖6的相頻特性可以看出，在傳輸譜的中心頻率(載波頻率)處，有嚴格的n相移，符合微分器的理論傳輸特性。第一個纖芯傳輸譜的中心頻率為1470nm，第二個纖芯傳輸譜的中心頻率為1592nm，因此可實現(xiàn)2波長的光微分器。設置可調激光器陣列I的輸出光波長為1470nm和1592nm,與雙光纖光微分器的中心波長對正。從電光調制器3輸出的高斯光脈沖,輸入到雙芯光微分器4的第一纖芯輸入端41,經過雙芯光纖微分器4的微分處理，從第一纖芯輸出端43輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)51，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示；從第二纖芯輸出端44輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)52，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示。實施例二基于雙芯光纖的多波長光微分器，該微分器包括可調激光器陣列I、電信號發(fā)生器2、電光調制器3、雙芯光纖微分器4、第一檢測系統(tǒng)51、第二檢測系統(tǒng)52。具體連接方式為可調激光器陣列I接電光調制器3的光輸入端，電信號發(fā)生器2輸出端接電光調制器3的電輸入端，電光調制器3的光輸出端接雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸入端41，雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸出端43接第一檢測系統(tǒng)51，雙芯光纖微分器4的第二個纖芯的輸出端44接第二檢測系統(tǒng)52。設置電信號發(fā)生器2輸出高斯脈沖的半波全寬為10皮秒。電光調制器3采用工作在推挽模式的馬赫增德爾調制器，設置工作偏壓使其工作在最小工作點。此時電光調制器3的輸出為高斯光脈沖，其時域波形如圖2所示。設置雙芯光纖微分器4的纖芯距離為10微米，長度為20厘米。第一纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖8所示，第一纖芯傳輸譜的相頻特性如圖9所示，第二纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖10所示，第二纖芯傳輸譜的相頻特性如圖11所示。從圖8和圖10的幅頻特性可以看出，纖芯光場幅度與頻率相對中心頻率(載波頻率)的失諧量成正比；從圖9和圖11的相頻特性可以看出，在傳輸譜的中心頻率(載波頻率)處，有嚴格的n相移，符合微分器的理論傳輸特性。第一個纖芯傳輸譜的中心頻率為1413nm和1531nm，第二個纖芯傳輸譜的中心頻率為1470nm和1592nm，因此可實現(xiàn)4波長的光微分器。設置可調激光器陣列I的輸出光波長為1413nm、1470nm、1531nm、1592nm,與雙光纖光微分器的中心波長對正。從電光調制器3輸出的高斯光脈沖,輸入到雙芯光微分器4的第一纖芯輸入端41,經過雙芯光纖微分器4的微分處理，從第一纖芯輸出端43輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)51，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示；從第二纖芯輸出端44輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)52，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示。實施例三基于雙芯光纖的多波長光微分器，該微分器包括可調激光器陣列I、電信號發(fā)生器2、電光調制器3、雙芯光纖微分器4、第一檢測系統(tǒng)51、第二檢測系統(tǒng)52。具體連接方式為可調激光器陣列I接電光調制器3的光輸入端，電信號發(fā)生器2輸出端接電光調制器3的電輸入端，電光調制器3的光輸出端接雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸入端41，雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸出端43接第一檢測系統(tǒng)51，雙芯光纖微分器4的第二個纖芯的輸出端44接第二檢測系統(tǒng)52。設置電信號發(fā)生器2輸出高斯脈沖的半波全寬為10皮秒。電光調制器3采用工作在推挽模式的馬赫增德爾調制器，設置工作偏壓使其工作在最小工作點。此時電光調制器3的輸出為高斯光脈沖，其時域波形如圖2所示。
設置雙芯光纖微分器4的纖芯距離為10微米,長度為25厘米。第一纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖12所示，第一纖芯傳輸譜的相頻特性如圖13所示，第二纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖14所示，第二纖芯傳輸譜的相頻特性如圖15所示。從圖12和圖14的幅頻特性可以看出，纖芯光場幅度與頻率相對中心頻率(載波頻率)的失諧量成正比；從圖13和圖15的相頻特性可以看出，在傳輸譜的中心頻率(載波頻率)處，有嚴格的n相移，符合微分器的理論傳輸特性。第一個纖芯傳輸譜的中心頻率為1447nm、1543nm、1650nm,第二個纖芯傳輸譜的中心頻率為1402nm、1495nm、1592nm。因此可實現(xiàn)6波長的光微分器。設置可調激光器陣列I的輸出光波長為1402nm、1447nm、1495nm、1543nm、1592nm、1650nm,與雙光纖光微分器的中心波長對正。從電光調制器3輸出的高斯光脈沖,輸入到雙芯光微分器4的第一纖芯輸入端41,經過雙芯光纖微分器4的微分處理，從第一纖芯輸出端43輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)51，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示；從第二纖芯輸出端44輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)52，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示。實施例四基于雙芯光纖的多波長光微分器，該微分器包括可調激光器陣列I、電信號發(fā)生器2、電光調制器3、雙芯光纖微分器4、第一檢測系統(tǒng)51、第二檢測系統(tǒng)52。具體連接方式為可調激光器陣列I接電光調制器3的光輸入端，電信號發(fā)生器2輸出端接電光調制器3的電輸入端，電光調制器3的光輸出端接雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸入端41，雙芯光纖微分器4的第一個纖芯的輸出端43接第一檢測系統(tǒng)51，雙芯光纖微分器4的第二個纖芯的輸出端44接第二檢測系統(tǒng)52。
設置電信號發(fā)生器2輸出高斯脈沖的半波全寬為10皮秒。電光調制器3采用工作在推挽模式的馬赫增德爾調制器，設置工作偏壓使其工作在最小工作點。此時電光調制器3的輸出為高斯光脈沖，其時域波形如圖2所示。設置雙芯光纖微分器4的纖芯距離為10微米,長度為30厘米。第一纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖16所示，第一纖芯傳輸譜的相頻特性如圖17所示，第二纖芯傳輸譜的幅頻特性如圖18所示，第二纖芯傳輸譜的幅頻和相頻特性如圖19所示。從圖16和圖18的幅頻特性可以看出，纖芯光場幅度與頻率相對中心頻率(載波頻率)的失諧量成正比；從圖17和圖19的相頻特性可以看出，在傳輸譜的中心頻率(載波頻率)處，有嚴格的相移，符合微分器的理論傳輸特性。第一個纖芯傳輸譜的中心頻率為1395nm、1471nm、1551nm、1640nm,第二個纖芯傳輸譜的中心頻率為1355nm、1431nm、1511nm、1592nm。因此可實現(xiàn)8波長的光微分器。設置可調激光器陣列I的輸出光波長為1355nm、1395nm、1431nm、1471nm、1511nm、1551nm、1592nm、1640nm，與雙光纖光微分器的中心波長對正。 從電光調制器3輸出的高斯光脈沖,輸入到雙芯光微分器4的第一纖芯輸入端41,經過雙芯光纖微分器4的微分處理，從第一纖芯輸出端43輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)51，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示；從第二纖芯輸出端44輸出的光信號輸入到第一檢測系統(tǒng)52，可得到高斯一階微分信號，其時域波形如圖7所示。
權利要求
1.基于雙芯光纖的多波長光微分器，其特征在于包括可調激光器陣列(I)、電信號發(fā)生器(2)、電光調制器(3)、雙芯光纖微分器(4)、第一檢測系統(tǒng)(51)、第二檢測系統(tǒng)(52)； 所述的器件之間的連接方式為 可調激光器陣列(I)接電光調制器(3 )的光輸入端，電信號發(fā)生器(2 )輸出端接電光調制器(3)的電輸入端，電光調制器(3)的光輸出端接雙芯光纖微分器(4)的第一個纖芯的輸入端(41),雙芯光纖微分器(4)的第一個纖芯的輸出端(43)接第一檢測系統(tǒng)(51),雙芯光纖微分器(4)的第二個纖芯的輸出端(44)接第二檢測系統(tǒng)(52)。
2.根據權利要求I所述的基于雙芯光纖的多波長光微分器，其特征是，所述的雙芯光纖微分器(4)的兩個纖芯的折射率和纖芯半徑完全一致，纖芯之間的距離為十幾到幾十微米。
3.根據權利要求I所述的基于雙芯光纖的多波長光微分器，其特征是，通過改變雙芯光纖微分器(4)的長度，可以調節(jié)雙芯光纖微分器(4)的中心波長的位置和中心波長的數(shù)量。
全文摘要
基于雙芯光纖的多波長光微分器，涉及光纖通信、光纖傳感、光學信號處理技術。本發(fā)明包括可調激光器陣列(1)、電信號發(fā)生器(2)、電光調制器(3)、雙芯光纖微分器(4)、第一檢測系統(tǒng)(51)、第二檢測系統(tǒng)(52)。所述雙芯光纖微分器(4)為一段雙芯光纖，兩個纖芯的折射率和纖芯半徑完全一樣，這樣兩個纖芯之間的導波模式可以實現(xiàn)完全耦合。兩個纖芯的間距為十幾到幾十微米，雙芯光纖的長度為幾十厘米，通過改變雙芯光纖的長度就可以調整中心波長位置和波長數(shù)量。該器件制作的光微分器結構簡單、價格便宜、性價比高，并且中心波長位置和波長數(shù)量可調。
文檔編號G02F1/35GK102736354SQ20121021466
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權日2012年6月26日
發(fā)明者寧提綱, 張嬋, 李晶, 李超, 油海東, 裴麗, 陳宏堯 申請人:北京交通大學