專利名稱：一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，屬于光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光通信得發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)容量也在不斷擴大。實用化光通信網(wǎng)絡(luò)
的單波傳輸速率已達到10Gbit/s量級甚至40Gbti/s，色散已成為光信號傳輸質(zhì)量 劣化、誤碼率增加的不可忽視因素。實踐證明，無論是主干網(wǎng)，還是城域網(wǎng)， 光傳輸系統(tǒng)的色散補償都是維護傳輸質(zhì)量的必要單元。與此同時，光通信網(wǎng)絡(luò) 相關(guān)支撐器件的多樣化和可配置功能使得普通的點到點波分復(fù)用通信系統(tǒng)擁有 靈活節(jié)點，實現(xiàn)高效的靈活組網(wǎng)。城域網(wǎng)通過不同拓撲結(jié)構(gòu)將具有不同傳輸物 理特性的子網(wǎng)絡(luò)連接。特別是光交換/路由器、光分插復(fù)用器等關(guān)鍵光節(jié)點技術(shù) 能完成光節(jié)點處任意光纖端口之間的光信號交換及選路，增加光網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑 不確定性。而光信號色散、光脈沖展寬與路徑密切相關(guān)，色散補償單元必須具 備動態(tài)可調(diào)諧功能才適應(yīng)下一代光通信網(wǎng)發(fā)展需要。從國內(nèi)外實驗研究來看， 動態(tài)色散補償技術(shù)對優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量、充分發(fā)揮組網(wǎng)靈活性起到重要作用 已成為研究色散問題的下一個發(fā)展方向。
光纖色散造成了脈沖展寬，引起碼間干擾，使得誤碼率提高，通信質(zhì)量度 下降，成為了光纖遠距離傳輸?shù)囊粋€主要的礙阻。例如，普通單模光纖(SMF)， 它在1550 nm窗口的色散系數(shù)約為17ps/(nnrkm)，傳輸100km后色散可達到 1700ps/nm，而對于10 Gbit/s的系統(tǒng)，它的最大色散容限是1000ps/nm.可見，要 使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，必須進行色散補償。當(dāng)前，國際上對色散補償?shù)难芯枯^多， 已經(jīng)提出的色散補償方案有啁啾光纖光柵(CFG)、色散補償光纖(DCF)、 色散支持傳輸(DST)、頻譜反轉(zhuǎn)、預(yù)啁啾和光纖孤子傳輸?shù)燃夹g(shù).這些方法各有 優(yōu)缺點，其中CFG因其體積小、重量輕、成本低、靈活方便、插入損耗低、 與光纖兼容性好、波長選擇性好等特點而受到普遍的重視，成為當(dāng)今研究的熱 點?，F(xiàn)在使用啁啾光柵進行色散補償?shù)难b置主要有兩種方式， 一種是利用負溫 度系數(shù)的材料對啁啾光柵進行封裝，使啁啾光柵的色散量不受環(huán)境影響，但色散補償量恒定，不適合動態(tài)色散補償場合；另外一種技術(shù)是利用溫度調(diào)諧的方 法改變啁啾光柵的色散量進行色散補償，但需要對裝置持續(xù)加熱，使其維持在 一定溫度，在低溫工作環(huán)境功耗較大，而且溫度調(diào)諧方式響應(yīng)速度較慢，容易 引起中心波長漂移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決利用負溫度系數(shù)的材料對啁啾光柵進行封裝不適合動 態(tài)色散補償場合，利用溫度調(diào)諧的方法改變啁啾光柵的色散量進行色散補償響 應(yīng)慢以及容易應(yīng)起中心波長漂移的問題，提供了一種基于啁啾光柵的應(yīng)力可調(diào) 諧色散補償裝置。
本發(fā)明包括矩形的懸臂梁、懸臂梁支撐架、上驅(qū)動器、下驅(qū)動器、啁啾光 柵、第一直流電源、第二直流電源，上定位件和下定位件，
懸臂梁支撐架為向側(cè)面開口的U形支撐架，懸臂梁支撐架的側(cè)面中部與矩 形的懸臂梁的一端固定連接，矩形的懸臂梁平行設(shè)置在懸臂梁支撐架的上頂面 和下底面之間，上定位件的移動端設(shè)置在懸臂梁支撐架的上頂面，上定位件的 固定端設(shè)置在上驅(qū)動器的頂端，下定位件的移動端設(shè)置在懸臂梁支撐架的下底 面，下定位件的固定端設(shè)置在下驅(qū)動器的底端，
矩形的懸臂梁的另一端設(shè)置在上驅(qū)動器的底端和下驅(qū)動器的頂端之間，矩 形的懸臂梁與上驅(qū)動器的底端之間固定連接，矩形的懸臂梁與下驅(qū)動器的頂端 之間固定連接，
上驅(qū)動器的兩端分別連接第一直流電源的正負極、下驅(qū)動器的兩端分別連 接第二直流電源的正負極，上驅(qū)動器的頂端和下驅(qū)動器的頂端所接電源極性相 同，
矩形的懸臂梁側(cè)面設(shè)置有一道矩形凹槽，所述矩形凹槽內(nèi)粘接有啁啾光柵， 所述矩形凹槽與矩形的懸臂梁的底面的夾角為15度，啁啾光柵的中心點處于矩 形的懸臂梁的中性面上，
上驅(qū)動器和下驅(qū)動器采用電致活性聚合物。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明提出的基于懸臂梁的應(yīng)力調(diào)諧方式，使用電致活性 聚合物作為驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，具有毫秒級的響應(yīng)時間。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式包括矩形的 懸臂梁l、懸臂梁支撐架2、上驅(qū)動器3、下驅(qū)動器4、啁啾光柵5、第一直流電 源6、第二直流電源7，上定位件8和下定位件9，
懸臂梁支撐架2為向側(cè)面開口的U形支撐架，懸臂梁支撐架2的側(cè)面中部 與矩形的懸臂梁1的一端固定連接,矩形的懸臂梁1平行設(shè)置在懸臂梁支撐架2 的上頂面和下底面之間，上定位件8的移動端設(shè)置在懸臂梁支撐架2的上頂面， 上定位件8的固定端設(shè)置在上驅(qū)動器3的頂端，下定位件9的移動端設(shè)置在懸 臂梁支撐架2的下底面，下定位件9的固定端設(shè)置在下驅(qū)動器4的底端，
矩形的懸臂梁1的另一端設(shè)置在上驅(qū)動器3的底端和下驅(qū)動器4的頂端之 間，矩形的懸臂梁l與上驅(qū)動器3的底端之間固定連接，矩形的懸臂梁l與下 驅(qū)動器4的頂端之間固定連接，
上驅(qū)動器3的兩端分別連接第一直流電源6的正負極、下驅(qū)動器4的兩端 分別連接第二直流電源7的正負極，上驅(qū)動器3的頂端和下驅(qū)動器4的頂端所 接電源極性相同，
矩形的懸臂梁1側(cè)面設(shè)置有一道矩形凹槽，所述矩形凹槽內(nèi)粘接有啁啾光 柵5，所述矩形凹槽與矩形的懸臂梁1的底面的夾角為15度，啁啾光柵5的中 心點處于矩形的懸臂梁1的中性面上，
上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4采用電致活性聚合物。
本實施方式中，懸臂梁1與上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4之間通過環(huán)氧樹脂固 定連接在一起。
上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4采用介電常數(shù)為4.6的電致活性聚合物，電致活性 聚合物兩端加上直流電壓產(chǎn)生形變，電壓數(shù)值不同，產(chǎn)生的形變量不同，隨著 電壓的增大電致活性聚合物的形變量增大。本實施方式采用的電致活性聚合物 最大形變量為20%。
調(diào)節(jié)上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4兩端加載的直流電壓的數(shù)值，使上驅(qū)動器3 和下驅(qū)動器4產(chǎn)生不同的形變，使得懸臂梁1在形變的作用下向上或向下彎曲，結(jié)合具體的實施例加以說明
上驅(qū)動器3的頂端接第一直流電源6的正極，上驅(qū)動器3的底端接第一直 流電源6的負極，下驅(qū)動器4的頂端接第二直流電源7的正極，下驅(qū)動器4的 底端接第二直流電源7的負極，調(diào)節(jié)第一直流電源6輸出500V電壓，調(diào)節(jié)第二 直流電源7輸出200V電壓，通電后，由電致活性聚合物構(gòu)成的上驅(qū)動器3和下 驅(qū)動器4都產(chǎn)生形變，但是因為上驅(qū)動器3兩端加的電壓大于下驅(qū)動器4兩端 加的電壓，因此，上驅(qū)動器3伸長的程度大于下驅(qū)動器4伸長的程度，在兩個 驅(qū)動器的作用下，處于上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4之間的懸臂梁1向下彎曲，懸 臂梁1的撓度發(fā)生變化，進而帶動啁啾光柵5發(fā)生形變，位于懸臂梁1中性面 以上的啁啾光柵5上半部產(chǎn)生梯度的拉伸，位于懸臂梁1中性面以下的啁啾光 柵5下半部產(chǎn)生梯度的壓縮，從而改變了啁啾光柵5的啁啾量，實現(xiàn)了動態(tài)色 散補償?shù)哪康摹?br> 反之，當(dāng)上驅(qū)動器3兩端加的電壓小于下驅(qū)動器4兩端加的電壓時，懸臂 梁1向上彎曲，位于懸臂梁1中性面以上的啁啾光柵5上半部產(chǎn)生梯度的壓縮， 位于懸臂梁1中性面以下的啁啾光柵5下半部產(chǎn)生梯度的拉伸。
啁啾光柵5的色散補償量與上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4所加電壓的數(shù)值有關(guān)， 色散調(diào)節(jié)變化量與施加在上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4上的電壓成線性關(guān)系，因此 調(diào)節(jié)上驅(qū)動器3和下驅(qū)動器4電壓數(shù)值實現(xiàn)了啁啾光纖光柵的啁啾系數(shù)調(diào)節(jié)， 從而通過調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)動態(tài)色散補償。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于，上定位件8 由上彈簧8-1和上螺栓8-2組成，上彈簧8-1的底端作為上定位件8的固定端與 上驅(qū)動器3的頂端連接，上螺栓8-2的螺桿作為上定位件8的移動端貫穿懸臂 梁支撐架2的上頂面，上螺栓8-2的頭部位于懸臂梁支撐架2的上頂面上，上 螺栓8-2的螺桿底部與上彈簧8-1的頂端固定連接，下定位件9由下彈簧9-1和 下螺栓9-2組成，下彈簧9-1的頂端作為下定位件9的固定端與下驅(qū)動器4的底 端連接，下螺栓9-2的螺桿作為下定位件9的移動端貫穿懸臂梁支撐架2的下 底面，下螺栓9-2的頭部位于懸臂梁支撐架2的下底面下，下螺栓9-2的螺桿底 部與下彈簧9-l的底端與固定連接，其它組成和連接關(guān)系與實施方式一相同。
本實施方式中給出一個具體實施例說明裝置中上彈簧8-l和上螺栓8-2的連接關(guān)系，以及下彈簧9-l和下螺栓9-2的連接關(guān)系上彈簧8-1和下彈簧9-1選 用錐形彈簧，上驅(qū)動器3的頂端與上彈簧8-1的錐面相連，上螺栓8-2的端部加 工出凹槽，上彈簧8-l的錐點與端部具有凹槽的上螺栓8-2相嵌連接，下驅(qū)動器 4的底端與下彈簧9-1的錐面相連，下螺栓9-2的端部加工出凹槽，下彈簧9-1 的錐點與端部具有凹槽的下螺栓9-2相嵌連接。
通過調(diào)節(jié)上螺栓8-2和下螺栓9-2來設(shè)置懸臂梁1的初始位置，從而設(shè)置啁 啾光柵5的初始啁啾量。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一的不同之處在于，懸臂梁1選 用有機玻璃材質(zhì)，其它組成和連接關(guān)系與實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在于，啁啾光柵5 選用反射率大于95%的高反射率光柵，其它組成和連接關(guān)系與實施方式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同之處在于，矩形凹槽的 橫截面為0.5毫米X0.5毫米，其它組成和連接關(guān)系與實施方式一相同。
在矩形的懸臂梁1側(cè)面刻出一道0.5毫米X0.5毫米的凹槽，所述凹槽與懸 臂梁1的底面的夾角為15度，用環(huán)氧樹脂涂抹啁啾光柵5，并放入所述凹槽內(nèi)， 調(diào)節(jié)啁啾光柵5使其處于凹槽中心，讓啁啾光柵5的中心點處于懸臂梁1的中 性面上，再放入烘干箱固化環(huán)氧樹脂，使得啁啾光柵5與懸臂梁1粘接在一起， 隨著懸臂梁1的形變而形變。
具體實施方式
六本實施方式與實施方式一的不同之處在于，第一直流電 源6和第二直流電源7均可提供0 6000V的可調(diào)穩(wěn)壓直流電壓，其它組成和連 接關(guān)系與實施方式一相同。
具體實施方式
七本實施方式與實施方式一至六任一個實施方式的不同之 處在于， 一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置還包括三端口的環(huán)形器IO，環(huán) 形器10的第一個端口 A為色散補償信號輸入端，環(huán)形器10的第二個端口 B與 啁啾光柵5的一端相連，環(huán)形器10的第三個端口 C為色散補償信號輸出端，其 它組成和連接關(guān)系與實施方式一至六相同。
光脈沖在光纖中傳輸過程中產(chǎn)生啁啾效應(yīng)，每隔一段距離設(shè)置一個本發(fā)明 裝置，已經(jīng)色散的信號由環(huán)形器10的第二個端口進入，再由環(huán)形器10的第一 個端口進入本發(fā)明裝置，經(jīng)調(diào)諧后的光脈沖由環(huán)形器10的第三個端口輸出，繼續(xù)在光纖中傳輸。 工作原理
光纖光柵是一種無源器件，它是利用光纖材料的光敏性，通過紫外曝光方 法在光纖中形成一種空間折射率分布，即在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾波器或反 射鏡，這種結(jié)構(gòu)可以改變和控制光波在光纖中的傳播行為。啁啾光柵利用其內(nèi) 部的光柵周期不同，可使沿光纖長度方向在不同位置反射不同波長，即產(chǎn)生啁 啾效應(yīng)，它能對光脈沖產(chǎn)生一個壓縮的作用；光脈沖在光纖傳輸過程中由于色 散作用，脈沖寬度展寬，引起碼間干擾，使得誤碼率提高，通信質(zhì)量度下降。 利用啁啾效應(yīng)對展寬的光脈沖進行壓縮，使其回復(fù)到原有狀態(tài)，從而光信號能 傳播更遠，對展寬的光脈沖進行壓縮過程就是色散補償。光纖光柵的色散補償 是利用了它的啁啾效應(yīng)，所以為了實現(xiàn)動態(tài)色散補償必須實現(xiàn)光纖光柵的啁啾 量在一定范圍內(nèi)的可調(diào)。
光纖光柵調(diào)諧技術(shù)，從原理上講，可分為溫度調(diào)諧和應(yīng)力調(diào)諧。光纖光柵 中心反射波長^可以表示為
義s = 2%八 (1 ^
公式(1)中A為光柵的周期，~#是光柵區(qū)的有效折射率。
由此可知，布拉格波長隨"^和A變化而變化。在應(yīng)力作用下，由光柵周期
的延伸及彈光效應(yīng)而引起布拉格波長的變化，在外界溫度改變時，有熱膨脹效 應(yīng)和熱光效應(yīng)而引起布拉格波長的變化。光纖的熱效應(yīng)和力效應(yīng)是互相獨立的， 當(dāng)溫度和應(yīng)力發(fā)生變化時，布拉格波長的對應(yīng)量可表示為
AV^0-O + (" +《)A77 (2) 公式(2)中s為光纖光柵的軸向應(yīng)變；Ar為光柵區(qū)溫度的變化量；g為光
纖的有效彈光系數(shù)，"和f是熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)。由公式(2)可以看出， 無論是應(yīng)變還是溫度，對光柵布拉格波長的影響都是線性的。因此，通過拉伸 或壓縮光纖光柵，或者通過改變光纖光柵溫度來改變",和A，可以達到調(diào)諧的 目的。
本發(fā)明采用應(yīng)力調(diào)諧方式，使用電致活性聚合物(EAP)制作的驅(qū)動器作 為本裝置的驅(qū)動部分，利用EAP良好的電壓和形變的線性關(guān)系，通過計算機控 制改變其輸入電壓，即改變第一直流電源6和第二直流電源7輸出的電壓值，驅(qū)動色散補償裝置的懸臂梁1的撓度產(chǎn)生精確的變化，使得貼在懸臂梁1側(cè)面
的啁啾光柵5的一半產(chǎn)生梯度的拉伸，另一半產(chǎn)生梯度的壓縮，從而并且保證 了中心波長不會在調(diào)節(jié)過程中發(fā)生漂移的前提下，改變了啁啾光柵5的啁啾量， 實現(xiàn)動態(tài)色散補償?shù)哪康摹?br> 權(quán)利要求
1、一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，它包括矩形的懸臂梁(1)、懸臂梁支撐架(2)、上驅(qū)動器(3)、下驅(qū)動器(4)、啁啾光柵(5)、第一直流電源(6)、第二直流電源(7)，上定位件(8)和下定位件(9)，懸臂梁支撐架(2)為向側(cè)面開口的U形支撐架，懸臂梁支撐架(2)的側(cè)面中部與矩形的懸臂梁(1)的一端固定連接，矩形的懸臂梁(1)平行設(shè)置在懸臂梁支撐架(2)的上頂面和下底面之間，上定位件(8)的移動端設(shè)置在懸臂梁支撐架(2)的上頂面，上定位件(8)的固定端設(shè)置在上驅(qū)動器(3)的頂端，下定位件(9)的移動端設(shè)置在懸臂梁支撐架(2)的下底面，下定位件(9)的固定端設(shè)置在下驅(qū)動器(4)的底端，矩形的懸臂梁(1)的另一端設(shè)置在上驅(qū)動器(3)的底端和下驅(qū)動器(4)的頂端之間，矩形的懸臂梁(1)與上驅(qū)動器(3)的底端之間固定連接，矩形的懸臂梁(1)與下驅(qū)動器(4)的頂端之間固定連接，上驅(qū)動器(3)的兩端分別連接第一直流電源(6)的正負極、下驅(qū)動器(4)的兩端分別連接第二直流電源(7)的正負極，上驅(qū)動器(3)的頂端和下驅(qū)動器(4)的頂端所接電源極性相同，矩形的懸臂梁(1)側(cè)面設(shè)置有一道矩形凹槽，所述矩形凹槽內(nèi)粘接有啁啾光柵(5)，所述矩形凹槽與矩形的懸臂梁(1)的底面的夾角為15度，啁啾光柵(5)的中心點處于矩形的懸臂梁(1)的中性面上，上驅(qū)動器(3)和下驅(qū)動器(4)采用電致活性聚合物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，上定位件(8)由上彈簧(8-1)和上螺栓(8-2)組成，上彈簧(8-1)的底端作為上定位件(8)的固定端與上驅(qū)動器(3)的頂端連接，上螺栓(8-2)的螺桿作為上定位件(8)的移動端貫穿懸臂梁支撐架(2)的上頂面，上螺栓(8-2)的頭部位于懸臂梁支撐架(2)的上頂面上，上螺栓(8-2)的螺桿底部與上彈簧(8-1)的頂端固定連接，下定位件(9)由下彈簧(9-1)和下螺栓(9-2)組成，下彈簧(9-1)的頂端作為下定位件(9)的固定端與下驅(qū)動器(4)的底端連接，下螺栓(9-2)的螺桿作為下定位件(9)的移動端貫穿懸臂梁支撐架(2)的下底面，下螺栓(9-2)的頭部位于懸臂梁支撐架(2)的下底面下，下螺栓(9-2)的螺桿底部與下彈簧(9-1)的底端與固定連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，懸臂梁(1)選用有機玻璃材質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，上驅(qū)動器(3)和下驅(qū)動器(4)采用介電常數(shù)為4.6的電致活性聚合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，啁啾光柵(5)選用反射率為95%以上的高反射率光柵。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，矩形凹槽的橫截面為0.5毫米乂0.5毫米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于，第一直流電源(6)和第二直流電源(7)均可提供0 6000V的可調(diào)穩(wěn)壓直流電壓。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，其特征在于， 一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置還包括三端口的環(huán)形器(10)，環(huán)形器(10)的第一個端口 (A)為色散補償信號輸入端，環(huán)形器(10)的第二個端口 (B)與啁啾光柵(5)的一端相連，環(huán)形器(10)的第三個端口 (C)為色散補償信號輸出端。
全文摘要
一種基于啁啾光柵可調(diào)諧色散補償裝置，屬于光通信領(lǐng)域，本發(fā)明是為了解決負溫度系數(shù)材料封裝的啁啾光柵色散補償量不可調(diào)，以及溫度調(diào)諧啁啾光柵容易引起中心波長漂移的問題。本發(fā)明在懸臂梁支撐架的側(cè)面中部與矩形的懸臂梁的一端固定連接，懸臂梁的另一端與上、下驅(qū)動器的頂端分別固定連接，上驅(qū)動器通過上定位件與懸臂梁支撐架的上頂面連接，下驅(qū)動器通過下定位件與懸臂梁支撐架的下底面連接，上、下驅(qū)動器分別接一個直流電源，且兩個驅(qū)動器的頂端所接電源極性相同，矩形的懸臂梁側(cè)面設(shè)置有一道凹槽，所述凹槽內(nèi)粘接有啁啾光柵，所述凹槽與懸臂梁的底面的夾角為15度，啁啾光柵的中心點處于懸臂梁的中性面上。
文檔編號H04B10/18GK101582722SQ200910072380
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者代勇波, 冷勁松, 劉彥菊, 張志春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)