專利名稱：多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域中的光器件，具體涉及一種多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
為了滿足人們對(duì)信息需求量的增長(zhǎng)，光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率日益提高，色散已成為制約通信速率進(jìn)一步提升的主要因素，而隨著可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer,簡(jiǎn)稱 R0ADM)和光交叉互連設(shè)備(Optical Cross-connect，簡(jiǎn)稱0XC)等動(dòng)態(tài)光交換設(shè)備的大量應(yīng)用，光纖通信正在由點(diǎn)到點(diǎn)傳輸系統(tǒng)向智能化動(dòng)態(tài)全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，光纖鏈路變得復(fù)雜化且動(dòng)態(tài)變化，需要對(duì)DWDM光信號(hào)各信道中的光學(xué)色散進(jìn)行獨(dú)立的和動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償技術(shù)，例如色散補(bǔ)償光纖、光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,簡(jiǎn)稱 FBG)、Gires-Tournois 干涉儀(Gires-Tournois Interferometer,簡(jiǎn)稱 GTI)，或者只能針對(duì)單個(gè)光波長(zhǎng)進(jìn)行色散補(bǔ)償，或者對(duì)DWDM光信號(hào)中所有信道產(chǎn)生相同的色散補(bǔ)償量，不能逐個(gè)信道產(chǎn)生不同的補(bǔ)償量。多信道動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償技術(shù)，一般采用自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)，先以色散分光元件將DWDM光信號(hào)按照波長(zhǎng)進(jìn)行空間分離，再用空間光調(diào)制器對(duì)每個(gè)信道內(nèi)的光束進(jìn)行相位調(diào)制，產(chǎn)生需要的色散補(bǔ)償量。色散分光元件可以采用反射式閃耀光柵、透射式相位光柵或者陣列波導(dǎo)光柵等，空間光調(diào)制器可采用硅基液晶芯片、微機(jī)電系統(tǒng) (Micro-Electro-Mechanical System,簡(jiǎn)稱 MEMS)微鏡陣列等。采用自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，一般先以一個(gè)光纖準(zhǔn)直器將光纖中的DWDM光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光束，進(jìn)入自由空間光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，處理之后的光信號(hào)，最終也是被這個(gè)光纖準(zhǔn)直器接收，重新進(jìn)入光纖中傳輸。在這種自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)中，光信號(hào)的輸入/輸出端口是重合的，為了將二者分離，需要在光纖準(zhǔn)直器的前端接一個(gè)光學(xué)環(huán)形器。在色散補(bǔ)償器中接入光學(xué)環(huán)形器，既產(chǎn)生額外的插入損耗，又增加器件的體積和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其可免去現(xiàn)有技術(shù)方案中采用的光學(xué)環(huán)形器，并具有損耗低、體積小和成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，包括雙光纖準(zhǔn)直器、屋脊棱鏡、偏振轉(zhuǎn)換組件、 棱鏡對(duì)、傅里葉透鏡、透射式相位光柵、反射鏡和硅基液晶芯片，透射式相位光柵和硅基液晶芯片分別位于傅里葉透鏡的前后焦面上，構(gòu)成一個(gè)2f系統(tǒng)，雙光纖準(zhǔn)直器的兩個(gè)尾纖分別用作多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的輸入端和輸出端，雙光纖準(zhǔn)直器用于通過(guò)其輸入端接收DWDM光信號(hào),并相對(duì)于光軸以一定角度將DWDM光信號(hào)輸出到屋脊棱鏡，屋脊棱鏡用于將DWDM光信號(hào)變?yōu)榕c光軸平行的光信號(hào)，并將光信號(hào)輸出到偏振轉(zhuǎn)換組件，偏振轉(zhuǎn)換組件包括斜方體雙折射晶體和兩片1/2波片，用于消除光信號(hào)的偏振相關(guān)性，并將光信號(hào)輸出到棱鏡對(duì)，棱鏡對(duì)用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)束，并將擴(kuò)束后的光信號(hào)輸出到傅里葉透鏡，傅里葉透鏡用于將光信號(hào)投射到透射式相位光柵上，透射式相位光柵用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衍射，并將衍射后的光信號(hào)輸出到反射鏡上，反射鏡用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行反射，并將反射后的光信號(hào)輸出到透射式相位光柵上，透射式相位光柵用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第二次衍射，并將衍射的光信號(hào)輸出到傅里葉透鏡上，傅里葉透鏡還用于對(duì)光信號(hào)投射到硅基液晶芯片上，硅基液晶芯片用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行多信道動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的光信號(hào)反射到傅里葉透鏡上，傅里葉透鏡還用于將光信號(hào)投射到透射式相位光柵上，透射式相位光柵還用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第三次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到反射鏡上，反射鏡還用于將光信號(hào)反射到透射式相位光柵，透射式相位光柵還用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第四次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到傅里葉透鏡上，傅里葉透鏡還用于將光信號(hào)投射到棱鏡對(duì)上，棱鏡對(duì)還用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行壓縮，并將壓縮后的光信號(hào)輸出到偏振轉(zhuǎn)換組件上，偏振轉(zhuǎn)換組件還用于對(duì)光信號(hào)恢復(fù)偏振相關(guān)性，并沿與光軸平行的方向?qū)⒐庑盘?hào)輸出到屋脊棱鏡上，屋脊棱鏡還用于相對(duì)于光軸以一定角度將光信號(hào)輸出到雙光纖準(zhǔn)直器上。偏振轉(zhuǎn)換組件的正向傳輸光路與反向傳輸光路完全對(duì)稱。雙光纖準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡采用C-Lens透鏡，其側(cè)面為圓柱形，兩端為平凸形。雙光纖準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡采用自聚焦GRIN-Lens透鏡，其為圓柱形， 且具有漸變折射率。娃基液晶芯片是以娃材料為基底的液晶陣列，在基底上設(shè)有公共電極和反光層， 在硅基液晶芯片上設(shè)有可獨(dú)立加載電壓的透明電極。角度為I度至5度。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果第一,損耗低由于本發(fā)明以雙光纖準(zhǔn)直器的兩根尾纖分別作為器件的輸入/輸出端口，省去傳統(tǒng)器件中采用的光學(xué)環(huán)行器，且采用透射式相位光柵加反射鏡的結(jié)構(gòu)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的反射式光柵，綜合起來(lái)大大降低了系統(tǒng)的插入損耗；第二，多信道動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償本發(fā)明采用硅基液晶芯片作為色散補(bǔ)償單元，DffDM 光信號(hào)被光柵色散展開并入射在硅基液晶芯片上，不同信道覆蓋芯片上的不同區(qū)域，通過(guò)控制硅基液晶芯片上各個(gè)液晶單元的電壓，就可以對(duì)反射光束產(chǎn)生動(dòng)態(tài)且波長(zhǎng)相關(guān)的相位延遲，由此對(duì)各個(gè)信道內(nèi)的光學(xué)色散分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；第三，穩(wěn)定性好本發(fā)明采用斜方形雙折射位移晶體，使光路對(duì)稱，降低調(diào)試難度， 增加系統(tǒng)高穩(wěn)定性。


圖I為本發(fā)明多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的俯視圖。圖2為本發(fā)明多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的側(cè)視圖。圖3(a)和圖3(b)示出本發(fā)明的雙光纖準(zhǔn)直器與屋脊棱鏡。圖4(a)和圖4(b)分別示出本發(fā)明的雙光纖準(zhǔn)直器中的C-Lens和GRIN-Lens器件。
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具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器包括雙光纖準(zhǔn)直器3、屋脊棱鏡 4、偏振轉(zhuǎn)換組件5、棱鏡對(duì)6、傅里葉透鏡7、透射式相位光柵8、反射鏡9和硅基液晶芯片 10。相位光柵8和硅基液晶芯片10分別位于傅里葉透鏡7的前后焦面上，構(gòu)成2f系統(tǒng)。2f 系統(tǒng)是指物像分別處于透鏡的前后兩個(gè)焦面上的光學(xué)系統(tǒng)。為便于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明器件的工作原理，此處對(duì)子午面和弧矢面先做定義，在圖I中，紙面為子午面,垂直于紙面的豎直平面為弧矢面。因此，圖2中的光路位于子午面內(nèi)，而圖3至圖7中的光路位于弧矢面內(nèi)。可以看到，在子午面內(nèi)觀察時(shí)，如圖I所示，正向傳輸光路和反向傳輸光路完全重合；而在弧矢面內(nèi)觀察時(shí)，如圖2所不,正向傳輸光路和反向傳輸光路是分離的,關(guān)于軸線完全對(duì)稱。如圖2所不，隨機(jī)偏振的DWDM光信號(hào)從雙光纖準(zhǔn)直器3的尾纖I輸入，得到的準(zhǔn)直光束與準(zhǔn)直器的軸線成一定角度，被屋脊棱鏡4折射之后，其傳輸方向與軸線平行，經(jīng)過(guò)偏振轉(zhuǎn)換組件5之后，變成兩束相互平行的線偏振光，經(jīng)過(guò)棱鏡對(duì)6擴(kuò)束之后，圓形光斑被壓縮為橢圓光斑，再被傅里葉透鏡7變換之后，投射到相位光柵8與反射鏡9構(gòu)成的反射式衍射結(jié)構(gòu)上，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在子午面內(nèi)角向展開，并被傅里葉透鏡7投射在相位光柵8 上，相位光柵8對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衍射，并將衍射后的光信號(hào)輸出到反射鏡9上，反射鏡9將光信號(hào)反射到透射式相位光柵8上，透射式相位光柵8對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第二次衍射，并將衍射的光信號(hào)輸出到傅里葉透鏡7上，傅里葉透鏡7將光信號(hào)投射到硅基液晶芯片10上，硅基液晶芯片10對(duì)光信號(hào)進(jìn)行多信道動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的光信號(hào)反射到傅里葉透鏡7 上，傅里葉透鏡7將光信號(hào)投射到透射式相位光柵8上，透射式相位光柵8對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第三次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到反射鏡9上，反射鏡9將光信號(hào)反射到透射式相位光柵8上，透射式相位光柵對(duì)光信號(hào)進(jìn)行第四次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到傅里葉透鏡7上，傅里葉透鏡7將光信號(hào)投射到棱鏡對(duì)6上，棱鏡對(duì)6對(duì)光信號(hào)進(jìn)行壓縮，并將壓縮后的光信號(hào)輸出到偏振轉(zhuǎn)換組件5上，偏振轉(zhuǎn)換組件5對(duì)光信號(hào)恢復(fù)偏振相關(guān)性，將兩束相互平行的線偏振光重新合成一束隨機(jī)偏振光，并沿與光軸平行的方向?qū)⒐庑盘?hào)輸出到屋脊棱鏡4上,屋脊棱鏡4相對(duì)于光軸以一定角度將光信號(hào)輸出到雙光纖準(zhǔn)直器3上,并從尾纖 2輸出。被色散展開并入射在硅基液晶芯片上的光束，不同信道覆蓋芯片上的不同區(qū)域，通過(guò)控制硅基液晶芯片上各個(gè)液晶單元的電壓，就可以對(duì)反射光束產(chǎn)生動(dòng)態(tài)且波長(zhǎng)相關(guān)的相位延遲，由此對(duì)各個(gè)信道內(nèi)的光學(xué)色散分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。本實(shí)施方式中，角度的范圍為I 度至5度。
現(xiàn)有的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，一般采用單光纖準(zhǔn)直器作為輸入/輸出端口，并以光學(xué)環(huán)行器對(duì)輸入/輸出端口進(jìn)行分離，所接入的光學(xué)環(huán)行器，既產(chǎn)生額外的插入損耗，又增加器件的體積和成本。本發(fā)明用一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器代替現(xiàn)有方案中的單光纖準(zhǔn)直器和光學(xué)環(huán)行器，以雙光纖準(zhǔn)直器的兩根尾纖分別作為色散補(bǔ)償器的輸入/輸出端口。 如果從兩根尾纖均輸入光信號(hào)，將得到兩束成一定夾角的輸出光，通過(guò)一個(gè)屋脊棱鏡的折射作用，可以將兩束光矯正至與軸線平行傳輸，如圖3(a)所示。如果從一根尾纖輸入光信號(hào)，而以另一根光纖接收輸出的光信號(hào)，同樣可以通過(guò)一個(gè)屋脊棱鏡來(lái)矯正輸入/輸出光束的傳輸方向，如圖3(b)所不。雙光纖準(zhǔn)直器3中的準(zhǔn)直透鏡，可以采用C-Lens(光纖準(zhǔn)直器中常用的一種側(cè)面為圓柱形、兩端為平凸形的透鏡)，也可以采用GRIN-Lens (自聚焦透鏡，一種漸變折射率的圓柱形透鏡)，如圖4所示，其中C-Lens的參數(shù)有材料折射率η、長(zhǎng)度L、凸面曲率半徑R和斜面傾角Ψ。，GRIN-Lens的參數(shù)有中心折射率％、自聚焦常數(shù)VI、長(zhǎng)度Z和斜面傾角Vg。 采用這兩種準(zhǔn)直透鏡的雙光纖準(zhǔn)直器，如圖3所示，兩束準(zhǔn)直光束的夾角分別如式(I)和式 ⑵
權(quán)利要求
1.一種多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，包括雙光纖準(zhǔn)直器、屋脊棱鏡、偏振轉(zhuǎn)換組件、棱鏡對(duì)、傅里葉透鏡、透射式相位光柵、反射鏡和硅基液晶芯片，其特征在于，所述透射式相位光柵和所述硅基液晶芯片分別位于所述傅里葉透鏡的前后焦面上，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)；所述雙光纖準(zhǔn)直器的兩個(gè)尾纖分別用作所述多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的輸入端和輸出端；所述雙光纖準(zhǔn)直器用于通過(guò)其輸入端接收DWDM光信號(hào)，并相對(duì)于光軸以一定角度將所述DWDM光信號(hào)輸出到所述屋脊棱鏡；所述屋脊棱鏡用于將所述DWDM光信號(hào)變?yōu)榕c光軸平行的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)輸出到所述偏振轉(zhuǎn)換組件；所述偏振轉(zhuǎn)換組件包括斜方體雙折射晶體和兩片1/2波片，用于消除所述光信號(hào)的偏振相關(guān)性，并將所述光信號(hào)輸出到所述棱鏡對(duì)；所述棱鏡對(duì)用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)束，并將擴(kuò)束后的光信號(hào)輸出到所述傅里葉透所述傅里葉透鏡用于將所述光信號(hào)投射到所述透射式相位光柵上；所述透射式相位光柵用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行衍射，并將衍射后的光信號(hào)輸出到所述反射鏡上；所述反射鏡用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行反射，并將反射后的光信號(hào)輸出到所述透射式相位光柵上；所述透射式相位光柵用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行第二次衍射，并將衍射的光信號(hào)輸出到所述傅里葉透鏡上；所述傅里葉透鏡還用于對(duì)所述光信號(hào)投射到所述硅基液晶芯片上；所述硅基液晶芯片用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行多信道動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的光信號(hào)反射到所述傅里葉透鏡上；所述傅里葉透鏡還用于將所述光信號(hào)投射到所述透射式相位光柵上；所述透射式相位光柵還用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行第三次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到所述反射鏡上；所述反射鏡還用于將所述光信號(hào)反射到所述透射式相位光柵；所述透射式相位光柵還用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行第四次衍射，并將衍射后的光信號(hào)投射到所述傅里葉透鏡上；所述傅里葉透鏡還用于將所述光信號(hào)投射到所述棱鏡對(duì)上；所述棱鏡對(duì)還用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行壓縮，并將壓縮后的光信號(hào)輸出到所述偏振轉(zhuǎn)換組件上；所述偏振轉(zhuǎn)換組件還用于對(duì)所述光信號(hào)恢復(fù)偏振相關(guān)性，并沿與光軸平行的方向?qū)⑺龉庑盘?hào)輸出到所述屋脊棱鏡上；所述屋脊棱鏡還用于相對(duì)于光軸以一定角度將所述光信號(hào)輸出到所述雙光纖準(zhǔn)直器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其特征在于，所述偏振轉(zhuǎn)換組件的正向傳輸光路與反向傳輸光路完全對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其特征在于，所述雙光纖準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡采用C-Lens透鏡，其側(cè)面為圓柱形，兩端為平凸形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其特征在于，所述雙光纖準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡采用自聚焦GRIN-Lens透鏡，其為圓柱形，且具有漸變折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其特征在于，所述娃基液晶芯片是以娃材料為基底的液晶陣列；在所述基底上設(shè)有公共電極和反光層；在所述硅基液晶芯片上設(shè)有可獨(dú)立加載電壓的透明電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，其特征在于，所述角度為I度至 5度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器，包括雙光纖準(zhǔn)直器、屋脊棱鏡、偏振轉(zhuǎn)換組件、棱鏡對(duì)、傅里葉透鏡、透射式相位光柵、反射鏡和硅基液晶芯片，透射式相位光柵和硅基液晶芯片分別位于傅里葉透鏡的前后焦面上，構(gòu)成一個(gè)2f系統(tǒng)，雙光纖準(zhǔn)直器的兩個(gè)尾纖分別用作多信道動(dòng)態(tài)光學(xué)色散補(bǔ)償器的輸入端和輸出端。本發(fā)明可免去現(xiàn)有技術(shù)方案中采用的光學(xué)環(huán)形器，并具有損耗低、體積小和成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/18GK102590952SQ201210049729
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者萬(wàn)助軍, 劉德明, 莫檳誠(chéng), 鐘瑞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)