專利名稱：一種制作大偏振模色散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用于偏振模色散(PMD)補(bǔ)償?shù)拇笃衲Ｉ⒐饫w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)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)鍵器件之一就是大偏振模色散光纖光柵。
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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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)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(zhǎng)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(chǎng)潛力。
但是，迄今為止，國(guó)際、國(guó)內(nèi)制作這種用于PMD補(bǔ)償?shù)拇笃衲Ｉ⒐饫w光柵所采用的光纖，都是高雙折射光纖或保偏光纖。普通單模光纖的傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上。國(guó)內(nèi)已經(jīng)敷設(shè)的光纜所使用的傳輸大多都是1.3μm的，所敷設(shè)的單模光纖都是零色散點(diǎn)位于1.3μm的G652普通單模光纖。采用高雙折射光纖或保偏光纖制作大偏振模色散光纖光柵盡管用于PMD自適應(yīng)補(bǔ)償時(shí)的數(shù)學(xué)算法簡(jiǎn)單，但所帶來的問題卻是高雙折射光纖或保偏光纖與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有光纖通信所使用的普通單模光纖兼容性差、偏振依賴損耗大(最大甚至可達(dá)3dB，即損耗一半傳輸功率)、與線路的連接損耗大、制作光纖光柵的材料(高雙折射光纖或保偏光纖)價(jià)格貴，制作工藝更復(fù)雜，成品率低等問題。
針對(duì)高雙折射光纖制作的大偏振模色散光纖光柵的缺陷，我們認(rèn)為只有采用普通單模光纖制作的大偏振模色散光纖光柵才能從根本上解決上述問題。但是，由于普通單模光纖近似為圓柱波導(dǎo)，具有很強(qiáng)的軸對(duì)稱性，所以，采用常規(guī)工藝很難制作出滿足PMD補(bǔ)償要求的、具有恒定偏振主軸的用于PMD補(bǔ)償?shù)拇笃衲Ｉ⒐饫w光柵。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種利用與現(xiàn)有光通信完全兼容的普通單模光纖來制作大偏振模色散光纖光柵的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述的實(shí)用新型目的，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光纖光柵的裝置，包括至少順序放置的一個(gè)會(huì)聚透鏡10，一個(gè)準(zhǔn)直透鏡組20，一掩模板30，且準(zhǔn)直透鏡組位于掩模板的相對(duì)于光纖位置的另一側(cè)，該會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡組分別具有主光軸、焦點(diǎn)和焦距，其特征在于該準(zhǔn)直透鏡組與該會(huì)聚透鏡的主光軸重合，而且該掩模板垂直于主光軸設(shè)置，該準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置在該會(huì)聚透鏡的焦點(diǎn)位置，該準(zhǔn)直透鏡組與掩模板之間的距離大于該準(zhǔn)直透鏡組的焦距。
較佳的，該準(zhǔn)直透鏡組包括距離會(huì)聚透鏡較近的第一準(zhǔn)直透鏡210和距離會(huì)聚透鏡較遠(yuǎn)的第二準(zhǔn)直透鏡240，該準(zhǔn)直透鏡組的焦點(diǎn)是指第二準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)。
較佳的，該第一準(zhǔn)直透鏡和該第二準(zhǔn)直透鏡都是平凸球面透鏡，而且球面一側(cè)朝向該掩模板，平面一側(cè)朝向該會(huì)聚透鏡。
較佳的，第一準(zhǔn)直透鏡和第二準(zhǔn)直透鏡之間的距離等于其焦距之和。
較佳的，該裝置進(jìn)一步包括一與掩模板平行設(shè)置的窄縫40，該窄縫位于掩模板的與該準(zhǔn)直透鏡組不同的一側(cè)，位于光纖與掩模板之間。
較佳的，該窄縫的縫距是5～200μm。
較佳的，該裝置進(jìn)一步包括第二準(zhǔn)直透鏡與掩模板之間設(shè)置的平行于掩模板的孔徑光欄50，該孔徑光欄位于該準(zhǔn)直透鏡組的焦點(diǎn)位置，并且垂直于該主光軸。
采用本實(shí)用新型所述的裝置制作出的光纖光柵的一階偏振微分群時(shí)延(DGD)最大可達(dá)60ps以上，在具有補(bǔ)償一階PMD能力的同時(shí)，還具有補(bǔ)償高階PMD的能力。由于制作光纖光柵的材料是普通單模光纖，與高雙折射光纖或保偏光纖相比，成本降低了上百倍；更重要的地方在于能夠與已敷設(shè)的普通單模光纖兼容，可以充分保護(hù)前期投資。


下面通過附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)闡述。
圖1是本實(shí)用新型所述的制作大偏振模色散光纖光柵的的水平方向示意圖。
圖2是圖1中準(zhǔn)直的示意圖。
圖3是制作大偏振模色散光纖光柵的垂直方向示意圖。
圖4是圖1的中濾波窄縫示意圖。
圖5是采用圖1所述的制作的光柵a的反射譜曲線圖。
圖6是采用圖1所述的制作的光柵b的反射譜曲線圖。
圖7是圖5和圖6中光柵的時(shí)延曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型所述的制作大偏振模色散光纖光柵的寫入裝置1包括會(huì)聚透鏡10，準(zhǔn)直透鏡組20，掩模板30和與掩模板平行的窄縫40。并且，會(huì)聚透鏡10，準(zhǔn)直透鏡組20，掩模板30和與掩模板平行的窄縫40延光軸順序設(shè)置，并組成準(zhǔn)直光路。
會(huì)聚鏡10位于光軸一端，用于將入射的光源進(jìn)行會(huì)聚。會(huì)聚透鏡10將光源248nm的準(zhǔn)分子激光的入射光會(huì)聚到第一準(zhǔn)直透鏡210。
準(zhǔn)直透鏡組20包括距離會(huì)聚透鏡10較近的第一準(zhǔn)直透鏡210和距離會(huì)聚透鏡10較遠(yuǎn)的第二準(zhǔn)直透鏡240，而且，會(huì)聚透鏡10、第一準(zhǔn)直透鏡210和第二準(zhǔn)直透鏡240的主光軸重合在同一條水平線上。參考圖2，第一準(zhǔn)直透鏡210和第二準(zhǔn)直透鏡240都是平凸球面柱面透鏡，焦距分別為f1和f2，并且兩準(zhǔn)直透鏡的平面朝向會(huì)聚透鏡10，球面朝向掩模板30。圖2中明確顯示了，第一準(zhǔn)直透鏡210和第二準(zhǔn)直透鏡240兩平面之間的間距L是透鏡焦距之和，第一準(zhǔn)直透鏡210的成像焦點(diǎn)與第二準(zhǔn)直透鏡240的焦點(diǎn)重合。因此，第一準(zhǔn)直透鏡210將光線會(huì)聚到第二準(zhǔn)直透鏡240的焦點(diǎn)上，再經(jīng)第二準(zhǔn)直透鏡240發(fā)散成平行光。
由圖1可以看到，平行入射的準(zhǔn)分子激光經(jīng)過會(huì)聚透鏡的會(huì)聚作用和準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直作用射向掩模板30。
結(jié)合圖2和圖3，在第二準(zhǔn)直透鏡240的焦面上還設(shè)有孔徑光欄50?？讖焦鈾?0的直徑與主光軸垂直且與掩模板30平行，這樣，通過第二準(zhǔn)直透鏡240的平行光中，只有與光軸平行且分布于光軸附近的平行光才可以通過孔徑光欄50，才能入射到掩模板30。因此，調(diào)整孔徑光欄50的直徑大小，可以調(diào)整掩模板30的入射光范圍。
掩模板30與窄縫40相互平行且垂直于透鏡組的主光軸。掩模板30與孔徑光欄50的間距遠(yuǎn)大于孔徑光欄50與第二準(zhǔn)直透鏡240之間的距離，因此形成由第二準(zhǔn)直透鏡240、孔徑光欄50、掩模板30組成的遠(yuǎn)心光路。通過第二準(zhǔn)直透鏡240的平行光，穿過孔徑光欄50的平行于光軸的入射光可以均勻入射到掩模板30。
再結(jié)合圖4，窄縫40位于掩模板30的焦面處，縫距5——200μm。普通光纖100平行于掩模板30且位于掩模板30的與窄縫相對(duì)的另一側(cè)。
本實(shí)用新型用放在光纖前的窄縫40和掩模板30前的準(zhǔn)直光路和遠(yuǎn)心光路，控制入射到氫載普通單模光纖上的寫入光的方向性和均勻性，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵的折射率調(diào)制具有方向性，而且，遠(yuǎn)心光路除提高光纖光柵的均勻性外，還能減小群時(shí)延紋波。
圖5至圖7說明了本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)效果。用這種方法制作出的光纖光柵的一階偏振微分群時(shí)延(DGD)最大可達(dá)60ps以上。由于DGD曲線的斜率的存在，使其在具有補(bǔ)償一階PMD能力的同時(shí)，還具有補(bǔ)償高階PMD的能力。由此可見，利用本實(shí)用新型制作的大偏振模色散非線性光纖光柵，達(dá)到了既補(bǔ)償色散，又補(bǔ)償PMD的效果。
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光纖光柵的裝置，包括至少順序放置的一個(gè)會(huì)聚透鏡(10)，一個(gè)準(zhǔn)直透鏡組(20)，一掩模板(30)，且準(zhǔn)直透鏡組位于掩模板的相對(duì)于光纖位置的另一側(cè)，該會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡組分別具有主光軸、焦點(diǎn)和焦距，其特征在于該準(zhǔn)直透鏡組與該會(huì)聚透鏡的主光軸重合，而且該掩模板垂直于主光軸設(shè)置，該準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置在該會(huì)聚透鏡的焦點(diǎn)位置，該準(zhǔn)直透鏡組與掩模板之間的距離大于該準(zhǔn)直透鏡組的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于該準(zhǔn)直透鏡組包括距離會(huì)聚透鏡較近的第一準(zhǔn)直透鏡(210)和距離會(huì)聚透鏡較遠(yuǎn)的第二準(zhǔn)直透鏡(240)，該準(zhǔn)直透鏡組的焦點(diǎn)是指第二準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于該第一準(zhǔn)直透鏡和該第二準(zhǔn)直透鏡都是平凸球面透鏡，而且球面一側(cè)朝向該掩模板，平面一側(cè)朝向該會(huì)聚透鏡。
4.如權(quán)利要求3所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于第一準(zhǔn)直透鏡和第二準(zhǔn)直透鏡之間的距離等于其焦距之和。
5.如權(quán)利要求1所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于該裝置進(jìn)一步包括一與掩模板平行設(shè)置的窄縫(40)，該窄縫位于掩模板的與該準(zhǔn)直透鏡組不同的一側(cè)，位于光纖與掩模板之間。
6.如權(quán)利要求5所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于該窄縫的縫距是5～200μm。
7.如權(quán)利要求1所述的制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，其特征在于該裝置進(jìn)一步包括第二準(zhǔn)直透鏡與掩模板之間設(shè)置的平行于掩模板的孔徑光欄(50)，該孔徑光欄位于該準(zhǔn)直透鏡組的焦點(diǎn)位置，并且垂直于該主光軸。
專利摘要一種制作大偏振模色散光纖光柵的裝置，可以將普通光纖制作大偏振模色散光纖光柵，包括至少一個(gè)會(huì)聚透鏡(10)，一個(gè)準(zhǔn)直透鏡組(20)，一掩模板(30)，且準(zhǔn)直透鏡組與光纖分別位于掩模板兩側(cè)，該準(zhǔn)直透鏡組與該會(huì)聚透鏡的主光軸重合，而且該掩模板垂直于主光軸，該準(zhǔn)直透鏡組的后焦面位于準(zhǔn)直透鏡組與掩模板之間且更接近準(zhǔn)直透鏡組。本裝置制作出的光纖光柵的一階偏振微分群時(shí)延最大可達(dá)60ps以上，在具有補(bǔ)償一階PMD能力的同時(shí)，還具有補(bǔ)償高階PMD的能力。由于制作光纖光柵的材料是普通單模光纖，與高雙折射光纖或保偏光纖相比，成本降低了上百倍；并能夠與已敷設(shè)的普通單模光纖兼容，保護(hù)了前期投資。
文檔編號(hào)G02B5/18GK2757151SQ20052000215
公開日2006年2月8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, 簡(jiǎn)水生 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)