專利名稱：實現(xiàn)波長和幅值動態(tài)獨立調(diào)節(jié)的可調(diào)增益均衡器及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，具體涉及實現(xiàn)一種摻餌光纖放大器(EDFA)增益譜的動態(tài)獨立調(diào)節(jié)的可調(diào)增益均衡器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光柵理論研究和寫入技術(shù)的完善和成熟，周期為幾十到幾百微米的長周期光纖光柵(Long-period fiber gratingLPFG)得到了人們越來越廣泛的重視。由于LPFG具有附加損耗小、無后向反射、不受電磁干擾、全兼容于光纖等優(yōu)點并且是一種很好的帶阻濾波器，因此在光纖通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。LPFG在光纖通信中最令人矚目的應(yīng)用是作為摻鉺光纖放大器的增益均衡器，然而實際的LPFG一般不可能恰好滿足均衡增益譜的需要，并且EDFA的增益譜可能因外界條件的變化而變化，因此通常需要對LPFG的輸出光譜進行動態(tài)調(diào)節(jié)以滿足實際需要。近來，人們已提出了多種調(diào)諧方法，然而用這些方法對LPFG調(diào)諧時，其諧振波長和幅值將同時發(fā)生變化，即一個量的調(diào)節(jié)會影響另一個量，因此很難使諧振波長和幅值同時滿足需要，所以尋找一種能對LPFG的諧振波長和幅值進行獨立調(diào)節(jié)以便同時滿足EDFA增益均衡需要的器件就極為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的可調(diào)增益均衡器調(diào)節(jié)EDFA的增益譜時其諧振波長和幅值將同時發(fā)生變化的不足，即一個量的調(diào)節(jié)會影響另一個量，很難使波長和幅值同時滿足需要。我們提出了一種用單個高頻CO2激光脈沖寫入的LPFG實現(xiàn)增益譜的諧振波長和幅值獨立調(diào)節(jié)的可調(diào)增益均衡器及調(diào)節(jié)方法，其調(diào)節(jié)速度快，方法簡單易行，可解決這一問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
LPFG的寫入方法很多，不同方法寫入的LPFG因其形成機理不同以致其橫向負載、彎曲、扭曲、應(yīng)變等特性可能不同，因此特定方法寫入的LPFG可能有特殊的應(yīng)用。本申請人首次發(fā)現(xiàn)高頻CO2激光脈沖寫入的新型LPFG具有與紫外光寫入的LPFG不同的獨特特性——諧振波長對特定圓周方向的橫向負載不敏感，損耗峰幅值隨橫向負載而線性變化；諧振波長隨溫度變化而線性變化，損耗峰幅值對溫度變化不敏感。動態(tài)負載實驗表明這種LPFG的損耗峰幅值對橫向負載的響應(yīng)速度很快。由此申請人提出了一種可實現(xiàn)諧振波長和幅值動態(tài)獨立調(diào)節(jié)的可調(diào)增益均衡器，及調(diào)節(jié)方法。
本發(fā)明用如圖1所示的實驗裝置測試出高頻CO2激光脈沖寫入的新型LPFG具有上述特性，通過1*2光開關(guān)1-3選擇不同的通道，從而分別測量高頻CO2激光脈沖在氫載單模光纖中寫入的LPFG的橫向負載特性和偏振相關(guān)損耗(PDL)。寬帶光源1-1和光譜分析儀1-7(Hp 86140A)測量長周期光纖光柵1-6(LPFG)的負載特性?？烧{(diào)激光器1-2(HP8164A)、偏振控制儀1-4(HP11896A)和功率計1-9測量LPFG的PDL，8為2*2耦合器。該LPFG在自由狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)如圖2所示，周期Λ＝450μm，周期數(shù)N＝50，諧振波長1531.23nm，損耗峰幅值-8.322dB，3dB帶寬為8nm。LPFG和同種類型的匹配光纖1-10被平行地放置于底座和薄平板之間。實際施加在LPFG上的橫向負載1-11為(P+G)/2b，P為施加的砝碼重量，G＝150g為薄平板的重量，b＝20mm為被壓的LPFG的長度。LPFG兩端的光纖分別位于左右兩個轉(zhuǎn)盤1-5的軸線上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤可以帶動LPFG沿光纖軸旋轉(zhuǎn)以便測量不同圓周方向上的橫向負載特性。實驗結(jié)果如圖3和圖4所示。圖3表明這種新穎的LPFG的諧振波長對橫向負載的靈敏度具有很強的方向相關(guān)性。在不同圓周方向上，雖然對LPFG施以同等的負載(80g·mm-1)但其諧振波長的變化量不同；在圓周0°～180°范圍內(nèi)存在一個諧振波長發(fā)生‘紅’移最敏感的方向和發(fā)生‘藍’移最敏感的方向，以及兩個對橫向負載不敏感的方向。圖中橫軸表示圓周的不同方向，即橫向負載的方向，縱軸表示諧振波長的漂移量。此實驗還發(fā)現(xiàn)雖然LPFG諧振波長對橫向負載的靈敏度具有明顯的方向相關(guān)性，但其損耗峰幅值對橫向負載的靈敏度卻相差不大，即方向相關(guān)性較弱。圖4表示在LPFG的諧振波長對橫向負載不敏感的方向上(對應(yīng)圖3中的0°或100°)，諧振波長和損耗峰幅值與橫向負載的關(guān)系。由圖4可知，這種LPFG的諧振波長對特定圓周方向的橫向負載不敏感(最大變化僅為±0.1nm)，而損耗峰幅值隨橫向負載的增加而線性地減小，靈敏度約為0.03dB·(g·mm-1)-1。
在LPFG靜態(tài)橫向負載實驗的基礎(chǔ)上利用壓電陶瓷做了動態(tài)負載實驗。壓電陶瓷的一個面固定，另一個面緊貼LPFG。改變壓電陶瓷的輸入電壓使其產(chǎn)生不同的變形量從而對LPFG施加不同的橫向負載。改變壓電陶瓷輸入電壓的頻率可以對LPFG施加不同頻率的動態(tài)橫向負載。實驗結(jié)果表明當輸入電壓的頻率高達4KHz時LPFG損耗峰幅值仍與輸入電壓呈同步變化，幾乎沒有延遲，而且幅值變化的靈敏度與靜態(tài)實驗時相同。
撥動光開關(guān)，測量LPFG在自由狀態(tài)和負載狀態(tài)的的PDL，實驗結(jié)果如圖5所示。當LPFG處于自由狀態(tài)時其PDL為0.3dB，而當LPFG在波長對負載不敏感的方向承載120g·mm-1時，其PDL為0.3dB，即PDL對特定方向的橫向負載不敏感。偏振控制儀(Agilent 11896A)有四個可以手動調(diào)節(jié)的旋鈕(光纖環(huán))，每個旋鈕可調(diào)節(jié)1000步，圖5中的橫坐標表示依次調(diào)節(jié)四個旋鈕時的調(diào)節(jié)步數(shù)，即對應(yīng)調(diào)節(jié)光纖環(huán)時輸入光偏振態(tài)的變化。(注此處修改了圖5的橫坐標)溫度實驗表明這種LPFG的諧振波長隨溫度變化而線性漂移，其靈敏度為-0.33nm·□-1，遠大于其它方法寫入的LPFG的溫度靈敏度；而損耗峰幅值幾乎不變，最大變化僅為±0.1dB，如圖6所示。圖7(a)表示在諧振波長對橫向負載最不敏感的方向上，隨著負載量的增加，LPFG的輸出光譜的變化，圖中的三條譜線分別表示LPFG處于自由狀態(tài)、負載為60g·mm-1、負載為12g·mm-1時的輸出光譜。圖7(b)表示溫度變化時LPFG輸出光譜的變化，圖中曲線從左到右依次表示溫度分別為120℃，100℃，…，-40℃時的輸出光譜。
根據(jù)這種新型LPFG獨特橫向負載和溫度特性，可以實現(xiàn)對LPFG的諧振波長和損耗峰幅值的快速動態(tài)獨立調(diào)節(jié)，從而形成一種能同時滿足諧振波長和幅值需要的可調(diào)增益均衡器。該均衡器結(jié)構(gòu)如下以用高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光線光柵作為平坦增益譜的光纖無源器件，用長周期光纖光柵的諧振波長對橫向負載不敏感的側(cè)面緊貼壓電陶瓷，壓電陶瓷由驅(qū)動電路驅(qū)動；長周期光纖光柵置于恒溫裝置內(nèi)，并設(shè)置制冷器和熱敏電阻，由外部的控制電路控制。恒溫裝置的設(shè)計是為了使LPFG的溫度不受外界環(huán)境變化的影響而只由溫度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，一旦調(diào)節(jié)溫度使諧振波長滿足需要就使LPFG的溫度保持恒定。
本發(fā)明方法可以這樣實現(xiàn)先用實驗裝置找到該長周期光線光柵的諧振波長對負載最不敏感的側(cè)面并做上標記，用該側(cè)面承載，然后進行如下調(diào)節(jié)首先在諧振波長對橫向負載不敏感的圓周方向上對長周期光纖光柵施壓，從而調(diào)節(jié)長周期光纖光柵損耗峰的幅值，使損耗峰幅值滿足需要；然后調(diào)節(jié)長周期光柵的環(huán)境溫度，從而調(diào)節(jié)長周期光纖光柵損耗峰的諧振波長，使長周期光纖光柵的諧振波長和幅值都滿足增益均衡的需要。
由圖7可知這種LPFG橫向負載前后輸出光譜的損耗和3dB帶寬無明顯變化而且溫度調(diào)節(jié)只是使輸出光譜發(fā)生平移而形狀幾乎不變，因此通過這種方法對由CO2激光脈沖寫入的LPFG形成的增益均衡器進行分步獨立調(diào)節(jié)是可行的。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用高頻CO2激光脈沖寫入的LPFG獨特的橫向負載和溫度特性實現(xiàn)了EDFA增益譜波長和幅值的快速動態(tài)獨立調(diào)節(jié)，方法簡單易行，能很好地滿足均衡增益譜的需要且動態(tài)調(diào)諧范圍大，從而在波分復(fù)用系統(tǒng)中有望獲得廣泛應(yīng)用。該發(fā)明解決了目前EDFA增益譜波長和幅值不能獨立調(diào)節(jié)的不足，且全兼容于光纖，插入損耗低，是全光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的一部分，因此是一種很有發(fā)展前景的可調(diào)增益均衡器。


圖1是本發(fā)明使用的長周期光纖光柵橫向負載實驗裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是長周期光纖光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是長周期光纖光柵負載80g·mm-1時諧振波長變化與負載方向的關(guān)系；圖4是長周期光纖光柵諧振波長對負載不敏感方向的橫向負載特性；圖5是LPFG的偏振相關(guān)損耗特性(■)自由狀態(tài)，(□)在波長對負載不敏感方向負載120g·mm-1圖6是長周期光纖光柵的溫度特性；圖7(a)諧振波長對負載不敏感方向的橫向負載增加時長周期光纖光柵輸出光譜的變化；(b)溫度變化時長周期光纖光柵輸出光譜的變化；圖8實現(xiàn)本發(fā)明方法的可調(diào)增益均衡器裝置示意圖；圖9用本發(fā)明實際平坦EDFA增益譜的結(jié)果，(a)EDFA輸出的原始光譜；(b)平坦后的光譜。
具體實施方案下面結(jié)合圖8進一步說明本發(fā)明的具體實施方案根據(jù)這種新型LPFG的諧振波長對特定圓周方向上的橫向負載不敏感而損耗峰幅值隨橫向負載的增加而線性減小以及諧振波長隨溫度變化線性漂移而損耗峰幅值對溫度變化不敏感的獨特特性，可以實現(xiàn)對LPFG的諧振波長和損耗峰幅值的獨立調(diào)節(jié)，從而形成一種能同時滿足諧振波長和幅值需要的可調(diào)增益均衡器。該均衡器結(jié)構(gòu)參見圖8，圖8中可調(diào)增益均衡器已被放入了由信號源8-1、光纖8-2、EDFA8-3和接收端8-66構(gòu)成的光通信網(wǎng)絡(luò)中，可調(diào)增益均衡器由長周期光纖光柵8-9、壓電陶瓷(PZT)8-8、制冷器8-10、熱敏電阻8-7、控制電路8-4和恒溫裝置8-5構(gòu)成。長周期光纖光柵8-9的諧振波長對橫向負載不敏感的側(cè)面緊貼壓電陶瓷8-8。壓力陶瓷8-8、制冷器8-10和熱敏電阻8-7受控制電路8-4的控制。調(diào)節(jié)控制電路中壓力陶瓷的驅(qū)動電壓，使壓力陶瓷對長周期光纖光柵施加合適的壓力，從而調(diào)節(jié)長周期光纖光柵損耗峰的幅值。制冷器、熱敏電阻、控制電路和恒溫裝置實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)控制電路中制冷器的驅(qū)動電壓，從而調(diào)節(jié)恒溫裝置內(nèi)的溫度，即調(diào)節(jié)長周期光纖光柵的環(huán)境溫度，進而使損耗峰的諧振波長滿足需要。熱敏電阻反饋回恒溫裝置內(nèi)的溫度，并通過控制電路實現(xiàn)對制冷器的閉環(huán)控制。
由圖7可知這種LPFG橫向負載前后輸出光譜的損耗和3dB帶寬無明顯變化而且溫度調(diào)節(jié)只是使輸出光譜發(fā)生平移而形狀幾乎不變，因此通過這種方法對由CO2激光脈沖寫入的LPFG形成的增益均衡器進行分步獨立調(diào)節(jié)是可行的。一個實際的增益平坦結(jié)果如圖9所示，EDFA的輸出增益譜經(jīng)平坦后在33nm范圍內(nèi)獲得了0.5dB的平坦度。為了使LPFG的溫度不受外界環(huán)境變化的影響而只由溫度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)裝置應(yīng)具有恒溫作用，即溫度調(diào)節(jié)裝置和恒溫裝置合為一體。一旦調(diào)節(jié)溫度使諧振波長滿足需要就使LPFG的溫度保持恒定。動態(tài)負載實驗表明LPFG損耗峰幅值對負載的響應(yīng)極快，因此用這種方法可實現(xiàn)對LPFG損耗峰幅值的快速動態(tài)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)波長與幅值快速獨立調(diào)節(jié)的可調(diào)增益均衡器，其特征在于以用高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光線光柵作為摻餌光纖放大器的增益均衡器，用長周期光纖光柵的諧振波長對橫向負載不敏感的側(cè)面緊貼壓電陶瓷，壓電陶瓷由控制電路驅(qū)動；長周期光纖光柵置于恒溫裝置內(nèi)，恒溫裝置內(nèi)設(shè)置有由外部控制電路控制的制冷器和熱敏電阻，從而調(diào)節(jié)長周期光纖光柵的溫度。
2.利用權(quán)利要求1的可調(diào)增益均衡器實現(xiàn)波長與幅值快速獨立調(diào)節(jié)的方法，其特征在于以用高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光線光柵作為摻餌光纖放大器的增益均衡器，用實驗裝置找到該長周期光線光柵的諧振波長對負載最不敏感的側(cè)面并做上標記，用該側(cè)面承載，進行如下調(diào)節(jié)首先在諧振波長對橫向負載不敏感的圓周方向上對長周期光纖光柵施壓，調(diào)節(jié)長周期光纖光柵損耗峰的幅值，使損耗峰幅值滿足需要；然后調(diào)節(jié)長周期光柵的環(huán)境溫度，從而調(diào)節(jié)長周期光纖光柵損耗峰的諧振波長，使長周期光纖光柵的諧振波長和幅值都滿足增益均衡的需要。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能動態(tài)獨立調(diào)節(jié)諧振波長和幅值的可調(diào)增益均衡器及調(diào)節(jié)方法，該可調(diào)增益均衡器是基于高頻CO
文檔編號G02F1/39GK1479457SQ0313539
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者饒云江, 王義平, 朱濤 申請人:重慶大學(xué)