專利名稱：一種制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制作大偏振模色散(PMD)非線性光纖光柵的裝置，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光纖通信和色散補(bǔ)償技術(shù)的迅速發(fā)展，高速光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳輸速率已達(dá)到幾十Gb/s以上，這時(shí)偏振模色散就成為限制光通信速率的瓶頸，因此PMD和PMD補(bǔ)償已經(jīng)成為光通信研究的熱點(diǎn)。而PMD補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵器件之一就是大PMD非線性光纖光柵。
光纖光柵利用了光纖在周期性紫外光照射下其芯區(qū)折射率發(fā)生周期性改變制成。由于光纖包層一般由非摻雜的純SiO2構(gòu)成，其本征吸收峰約位于160nm處，約在240nm的紫外寫入波長上幾乎是完全透明的，因此在光柵的寫入過程中光纖包層的折射率不發(fā)生變化。每一光柵條紋均通過Fresnel反射對(duì)入射光提供一定的反射作用，當(dāng)入射光波長使得來自各光柵條紋的反射滿足諧振加強(qiáng)條件時(shí)，光柵對(duì)入射光的反射率達(dá)到得最大值。光柵反射率及反射峰的寬度由光柵長度和芯區(qū)光致折射率變化的大小等光柵參數(shù)決定。因此光纖光柵的基本特征是一個(gè)反射式光學(xué)濾波器，根據(jù)需要它既可以做成帶寬小于0.1nm的窄帶型，也可以實(shí)現(xiàn)幾十納米的寬帶濾波。此外，它還具有體積小、插入損耗低以及與普通通信光纖良好匹配的優(yōu)點(diǎn)。光纖光柵將影響到從光發(fā)送、光放大、光纖色散補(bǔ)償、偏振模色散補(bǔ)償、到光接收的幾乎每個(gè)方面。由光纖光柵提供選擇性反饋的光纖激光器和半導(dǎo)體激光器已可實(shí)現(xiàn)線寬只有千赫量級(jí)的單縱模激光輸出。在EDFA中使用光纖光柵可以在整個(gè)放大器帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)平坦的增益并有效地抑制放大器的自發(fā)輻射噪聲(ASE)，同時(shí)極大地提高泵浦效率，從而對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)接近理想水平的低噪聲放大。采用光纖光柵可以制成結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良的全光纖波分復(fù)用器，用單個(gè)器件即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下話路的功能。此外，適當(dāng)設(shè)計(jì)的周期漸彎(Chirp)光纖光柵在理論和實(shí)驗(yàn)上均被證明具有很強(qiáng)的色散補(bǔ)償能力，這可以在很大程度上消除光纖色散對(duì)系統(tǒng)通信速率的限制，采用非線性啁啾光纖光柵，補(bǔ)償高速光通信系統(tǒng)的PMD，具有補(bǔ)償量大，易于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)時(shí)延調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。因此，光纖光柵成為下一代超高速光通信系統(tǒng)中不可缺少的重要光纖器件。光纖光柵在纖維光學(xué)中的作用與反射鏡在幾何光學(xué)中所具有的意義相當(dāng)。此外，光纖光柵的布喇格(bragg)波長與溫度及施加在其上的應(yīng)力呈良好的線性關(guān)系。光纖光柵的這一特性又使它為一種具有優(yōu)良性能的光纖傳感元件。用光纖光柵可以方便地實(shí)現(xiàn)物理量的分布式傳感。這種光纖光柵傳感器在橋梁、隧道等建筑物及航空航天技術(shù)等方面顯視出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。
光纖光柵紫外寫入技術(shù)根據(jù)產(chǎn)生周期性紫外光圖案的方式不同，光纖光柵的紫外寫入技術(shù)可以分為干涉法和非干涉法兩大類。干涉法可以有棱鏡干涉法(圖1(a))、雙反射鏡法(圖1(e))和三反射鏡法(圖1(f))等多種形式，如圖1所示。干涉法寫入技術(shù)的不足之處是不易制作具有復(fù)雜耦合結(jié)構(gòu)的光纖光柵、對(duì)寫入系統(tǒng)的隔振特性和光源的空間相干性要求過高，是目前已基本淘汰的一種寫入技術(shù)。如圖1所示，光纖光柵的非干涉寫入技術(shù)主要有相位掩模法(圖1(b))、逐點(diǎn)寫入法(圖1(c))和振幅掩模法(圖1(d))等方法。相位掩模法是在DFB激光器芯片制作過程中廣泛采用的一種方法。相位掩模板是一塊在高純石英基片上刻制的相位光柵，具有很高的光損傷閾值。其基本原理是由+1級(jí)和-1級(jí)衍射光束之間的干涉在掩模板的后面形成周期為掩模光柵周期一半的近場光強(qiáng)度分布，從而在緊位于其后的光纖芯區(qū)內(nèi)引起周期性的折射率調(diào)制。這種方法只要求光源具有很低的時(shí)間和空間相干性，是所有寫入技術(shù)中最為簡單和可靠方法，因此目前被廣泛地采用。當(dāng)相位掩模與掃描曝光技術(shù)相結(jié)合才可以制作出特殊結(jié)構(gòu)的光柵。光纖光柵的振幅掩模法寫入技術(shù)是使紫外光通過掩模后再經(jīng)過一光學(xué)系統(tǒng)將掩模圖案精縮并成像到光纖的芯子上從而實(shí)現(xiàn)光柵的寫入。這種方法對(duì)紫外光源的相干性沒有要求，但需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)支持。目前用這種方法只能寫入周期大于10μm的高階光柵或長周期光柵。逐點(diǎn)寫入技術(shù)是先將紫外光聚焦在光纖芯子的某一點(diǎn)上進(jìn)行曝光，待曝光完成后，將光纖水平移動(dòng)一個(gè)光柵周期的距離再對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行曝光，這一過程不斷重復(fù)直到寫完所有的光柵條紋為止。這種方法至少在原理上具有最大的靈活性，對(duì)光柵的折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)可以任意進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。但由于很難將紫外光斑聚焦到1μm以下，因此這種技術(shù)目前也只能用來制作高階光柵或長周期光柵。
盡管光纖光柵的制作日趨成熟，但迄今為止，國際、國內(nèi)制作用于PMD補(bǔ)償?shù)亩嗖ㄩL、非線性啁啾、大PMD光纖光柵的技術(shù)還不十分成熟，仍然局限在采用更換多塊掩模板的掃描方法實(shí)現(xiàn)變波長、變非線性大小、變啁啾、變PMD補(bǔ)償量的光纖光柵需要。然而，一塊掩模板的價(jià)格目前為5萬到10萬元人民幣，多塊掩模板增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提出了只用一塊掩模板就可制作多個(gè)變波長、變非線性大小、變啁啾、變PMD補(bǔ)償量的光纖光柵的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案一種制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，包括光學(xué)裝置和固定光纖用的機(jī)械裝置，其特征在于該機(jī)械裝置包括平臺(tái)、支座、滑動(dòng)塊和橫梁，支座固定橫梁在平臺(tái)上，滑動(dòng)塊與橫梁滑動(dòng)連接，而且滑動(dòng)塊與橫梁具有用以固定光纖的結(jié)構(gòu)，該機(jī)械裝置設(shè)置在光學(xué)裝置的可以接收經(jīng)過光學(xué)裝置處理的入射光的一端。
較佳的，該機(jī)械裝置將光纖固定在垂直光學(xué)裝置光軸的位置，并且該光纖平行入射光。
較佳的，該機(jī)械裝置的光纖一端固定在滑動(dòng)塊上的固定光纖的結(jié)構(gòu)，光纖另一端固定在橫梁上，并且光纖隨滑動(dòng)塊在橫梁上滑動(dòng)而改變形狀。
較佳的，該光纖為二次曲線形狀。
較佳的，該光纖與光學(xué)裝置中的掩模板的間距隨滑動(dòng)塊的變化而不同。
較佳的，該光纖與光學(xué)裝置中的掩模板的傾角隨滑動(dòng)塊的變化而不同。
本實(shí)用新型所述的裝置巧妙地實(shí)現(xiàn)了用一塊掩模板制作多個(gè)變波長、變非線性大小、變啁啾、變PMD補(bǔ)償量的光纖光柵。同時(shí)，制造產(chǎn)品成本低，制作工藝穩(wěn)定、可靠，成品率高。


下曲通過附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)闡述。
圖1是傳統(tǒng)的制作光纖光柵的系統(tǒng)示意圖，其中，圖1(a)是棱鏡干涉法；圖1(b)是相位掩模法；圖1(c)是逐點(diǎn)寫入法；圖1(d)是振幅掩模法；圖1(e)是雙反射鏡法；圖1(f)是三反射鏡法。
圖2是本實(shí)用新型的平臺(tái)俯視圖。
圖3是本實(shí)用新型的支座俯視圖。
圖4(a)是本實(shí)用新型的橫梁俯視圖。
圖4(b)是本實(shí)用新型的橫梁側(cè)視圖。
圖5是本實(shí)用新型的滑動(dòng)塊側(cè)視圖。
圖6是本實(shí)用新型的機(jī)械裝置組裝側(cè)視圖。
圖7是本實(shí)用新型的光學(xué)裝置和光纖位置示意圖圖8是本實(shí)用新型產(chǎn)生可變周期干涉條紋原理圖。
圖9是本實(shí)用新型調(diào)整光纖光柵的非線性、波長和啁啾大小原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置包括光學(xué)裝置和固定光纖用的機(jī)械裝置。
參考本申請(qǐng)人同日申請(qǐng)的相關(guān)專利“一種制作大偏振模色散光纖光柵的裝置”，同時(shí)參考圖7，光學(xué)裝置包括依序排列的一個(gè)起垂直方向和水平方向起會(huì)聚作用的透鏡組300，一水平放置的相位掩模板200，以及一水平方向?yàn)V波窄縫。平行入射的準(zhǔn)分子激光經(jīng)過透鏡組300的會(huì)聚作用射向掩模板200。普通光纖100平行于掩模板200且位于掩模板30的與透鏡組相對(duì)的另一側(cè)。
機(jī)械裝置包括平臺(tái)1、支座2、橫梁3和滑塊4。
參考圖2，平臺(tái)1具有面板10和位于面板上的安裝臺(tái)12。面板10四周有安裝孔101，用以固定面板10。安裝臺(tái)12上設(shè)有兩個(gè)連接孔121。參考圖3，支座2是平放的“凹”形結(jié)構(gòu)，由頂板20、平行于頂板20的底板22及連接頂板和底板的側(cè)板24組成。頂板20上開設(shè)三個(gè)固定孔201。底板22上開設(shè)多數(shù)個(gè)小孔221。參考圖5可以看到，支座2底板22平放在平臺(tái)1的安裝臺(tái)12上，并且安裝臺(tái)12上的連接孔121和底板22上的小孔221對(duì)準(zhǔn)，這樣，通過貫穿連接孔121和小孔221的連接件(未圖示)就可以可靠的把支座2固定到平臺(tái)1上面。
如圖4(a)和圖4(b)所示，橫梁3由連接臺(tái)30和支撐梁32組成。其中，連接臺(tái)上有三個(gè)貫穿橫梁上下面的穿孔301，用來將橫梁3固定到支座2頂板20上，以保持橫梁3與平臺(tái)1的相對(duì)位置。支撐梁32從連接臺(tái)30一側(cè)水平延伸出來，其水平部分寬于垂直部分，形成“T”形。
圖5和圖6中，滑動(dòng)塊4大致呈“凹”形，內(nèi)有與支撐梁32形狀匹配的“T”形空間，可以讓橫梁的支撐梁32穿過，從而使得滑動(dòng)塊4可以沿支撐梁32滑動(dòng)。另外，滑動(dòng)塊4在兩個(gè)水平和垂直兩個(gè)方向上還設(shè)有卡固孔，通過水平方向上的卡固孔401，螺釘可以伸入到橫梁3的支撐梁32的垂直部分，將滑動(dòng)塊4固定到支撐梁32的任一位置；通過垂直方向上的卡固孔403，螺釘可以抵觸到橫梁3的支撐梁32的水平部。因此，螺釘將滑動(dòng)塊4在水平和垂直兩個(gè)方向上固定于橫梁3上，保持橫梁3與滑動(dòng)塊4之間相對(duì)位置關(guān)系不變。
參考圖7，本實(shí)用新型所述的裝置設(shè)置在光軸的掩模板后側(cè)窄縫后面的一側(cè)。光纖被固定在本實(shí)用新型上，并且平行掩模板和窄縫放置。將光纖一端固定在連接臺(tái)30上，另一端固定在滑動(dòng)塊4上。調(diào)整滑動(dòng)塊4在支撐梁32上的相對(duì)位置，就可以使用光纖的彎曲程序發(fā)生變化，從而調(diào)整光纖的彎曲曲率。
本實(shí)用新型將光纖按二次曲線彎曲，通過調(diào)整光纖的彎曲曲率或曲線形狀，調(diào)整制作的光纖光柵的非線性大?。煌ㄟ^調(diào)整光纖與掩模板的間距來調(diào)整光纖光柵的中心波長；通過調(diào)整光纖與掩模板的傾角來調(diào)整光纖光柵的啁啾量和帶寬。利用透鏡和光纖的彎曲曲率，可以改變相位掩模板后干涉條紋的間距，達(dá)到調(diào)整光纖光柵的非線性、波長和啁啾大小的目的，其原理如圖8所示。
如圖9所示，f是透鏡組300焦距，p是透鏡組300到掩模板200的距離，q1、q2是光纖彎曲后兩個(gè)不同位置與掩模板的距離，顯然q1≠q2。從三角相似原理出發(fā)，有ΔΛΛ0=pq1-f---(1)]]>ΔΛΛ0=pq2-f---(2)]]>式中ΔΛ是由于光纖彎曲造成的光柵上干涉條紋間距的變化，Λ0是彎曲前光纖光柵上的干涉條紋間距。由公式(1)、(2)可知，通過調(diào)整p和q的大小，可以方便的實(shí)現(xiàn)光纖光柵非線性、波長和啁啾調(diào)整。
利用本實(shí)用新型，只需一塊掩模板就能制作出波長間隔為0.4nm～1.6nm的光纖光柵10～20個(gè)，非線性啁啾可變、帶寬由0.2nm～4nm可變、PMD補(bǔ)償量可變的PMD補(bǔ)償用光纖光柵，達(dá)到了既補(bǔ)償色散D，又補(bǔ)償PMD的效果。通過實(shí)驗(yàn)，本實(shí)用新型制作的光纖光柵的時(shí)延曲線和一階偏振微分群時(shí)延(DGD)曲線特性也有長足改良。
上面雖然通過實(shí)施例描繪了本實(shí)用新型，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本實(shí)用新型有許多變形和變化而不脫離本實(shí)用新型的精神，所附的權(quán)利要求將包括這些變形和變化。
權(quán)利要求1.一種制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，包括光學(xué)裝置和固定光纖用的機(jī)械裝置，其特征在于該機(jī)械裝置包括平臺(tái)、支座、滑動(dòng)塊和橫梁，支座固定橫梁在平臺(tái)上，滑動(dòng)塊與橫梁滑動(dòng)連接，而且滑動(dòng)塊與橫梁具有用以固定光纖的結(jié)構(gòu)，該機(jī)械裝置設(shè)置在光學(xué)裝置的可以接收經(jīng)過光學(xué)裝置處理的入射光的一端。
2.如權(quán)利要求1所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，其特征在于該機(jī)械裝置將光纖固定在垂直光學(xué)裝置光軸的位置，并且該光纖平行入射光。
3.如權(quán)利要求2所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，其特征在于該機(jī)械裝置將光纖一端固定在滑動(dòng)塊上的固定光纖的結(jié)構(gòu)，光纖另一端固定在橫梁上，并且光纖隨滑動(dòng)塊在橫梁上滑動(dòng)而改變形狀。
4.如權(quán)利要求3所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，其特征在于該光纖是二次曲線形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，其特征在于該光纖與光學(xué)裝置中的掩模板的間距隨滑動(dòng)塊的變化而不同。
6.如權(quán)利要求4所述的制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置，其特征在于該光纖與光學(xué)裝置中的掩模板的傾角隨滑動(dòng)塊的變化而不同。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種制作大偏振模色散非線性光纖光柵的裝置。它包括光學(xué)裝置和固定光纖用的機(jī)械裝置，其中機(jī)械裝置包括平臺(tái)、支座、滑動(dòng)塊和橫梁，支座固定橫梁在平臺(tái)上，滑動(dòng)塊與橫梁滑動(dòng)連接，而且滑動(dòng)塊與橫梁具有用以固定光纖的結(jié)構(gòu)。該機(jī)械裝置將光纖一端固定在滑動(dòng)塊上的固定光纖的結(jié)構(gòu)，光纖另一端固定在橫梁上將光纖固定在垂直光學(xué)裝置光軸的位置，并且該光纖平行入射光。光纖隨滑動(dòng)塊在橫梁上滑動(dòng)而改變形狀，可以是二次曲線形狀。該光纖與光學(xué)裝置中的掩模板的間距和傾角隨滑動(dòng)塊的變化而不同。本實(shí)用新型可用一塊掩模板制作多個(gè)變波長、變非線性大小、變啁啾、變PMD補(bǔ)償量的光纖光柵。
文檔編號(hào)H04B10/02GK2750328SQ20052000215
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者李唐軍, 王目光, 刁操, 簡水生, 延鳳平, 裴麗, 寧提綱, 潭中偉, 劉艷, 傅永軍 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)