專利名稱：光學(xué)時(shí)域微分器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微分器，特別是一種光學(xué)時(shí)域微分器及其制備方法，主要應(yīng)用于全光信號(hào)處理和全光計(jì)算領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全光信號(hào)處理是在光域內(nèi)直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，避免了電-光和光-電轉(zhuǎn)換，使之成為全光通信研發(fā)中的熱點(diǎn)。光學(xué)時(shí)域微分器能夠?qū)庑盘?hào)復(fù)光場(chǎng)進(jìn)行時(shí)域微分，是全光信號(hào)處理和全光計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵器件。相對(duì)于通常的電子學(xué)微分器，光學(xué)時(shí)域微分器能夠有效解決電子器件遇到的處理速度和帶寬瓶頸問(wèn)題。除了全光信號(hào)處理領(lǐng)域，光學(xué)時(shí)域微分器還可以用于脈沖整形，超短脈沖序列的產(chǎn)生，脈沖特征識(shí)別等領(lǐng)域。(#jALXu. J, et al. , All-optical differentiator based on cross-gain modulation in semiconductor optical amplifier,Opt. Lett. 2007. 32(20)) 采用半導(dǎo)體光放大器(SOA)的交叉增益調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)光時(shí)域微分。它是通過(guò)對(duì)放大后的泵浦脈沖以及探測(cè)脈沖進(jìn)行功率合成實(shí)現(xiàn)的。但是這種光學(xué)微分器是一種非相干的時(shí)域微分器，它是對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行時(shí)域微分，而不是對(duì)光學(xué)復(fù)光場(chǎng)進(jìn)行時(shí)域微分。在先技術(shù)之二 (參見 Liu. F. F. et. al. , Compact optical temporal differentiator based on silicon microring resonator, Opt. Exp, 2008. 16(20))使用硅基環(huán)形諧振腔實(shí)現(xiàn)光時(shí)域微分，這種硅基環(huán)形諧振腔由單根直波導(dǎo)和一個(gè)硅基環(huán)組成，這種器件制備較為困難，成本較高。光纖光柵與其他光纖器件具有天然相容性，不存在耦合問(wèn)題。并且光纖光柵有很多可以改變的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如折射率調(diào)制深度、調(diào)制相位、光柵長(zhǎng)度、變跡形狀、光柵周期的啁啾等，使其具有很大的設(shè)計(jì)靈活性。同時(shí)由于避免了采用體光學(xué)器件，因此穩(wěn)定性高，使其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種基于光纖光柵的光學(xué)時(shí)域微分器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種光學(xué)時(shí)域微分器及其制備方法，該微分器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成，微分實(shí)現(xiàn)速度快，能夠?qū)Ω邘挼男盘?hào)進(jìn)行時(shí)域微分。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種光學(xué)時(shí)域微分器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括環(huán)形器和光時(shí)域微分的光纖光柵，所述的環(huán)形器是一種三端口光學(xué)器件，該環(huán)形器的第二端口接所述的光時(shí)域微分的光纖光柵的一端，待微分信號(hào)光由所述的環(huán)形器的第一端口輸入經(jīng)第二端口進(jìn)入所述的光時(shí)域微分的光纖光柵的一端，從該光時(shí)域微分的光纖光柵返回的時(shí)域微分信號(hào)從該環(huán)形器的第三端口輸出。所述的光時(shí)域微分的光纖光柵為光時(shí)域微分的相移光纖光柵、光時(shí)域微分的長(zhǎng)周期光纖光柵、光時(shí)域微分的摩爾光纖光柵或光時(shí)域微分的變跡光纖光柵。
所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟①制備光時(shí)域微分的光纖光柵；②將所述的光時(shí)域微分的光纖光柵的一端與所述的環(huán)形器的第二端口相連接。所述的光時(shí)域微分的光纖光柵是具有光時(shí)域微分的相移光纖光柵，是按下列步驟制備的①根據(jù)待微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ = λ /nrff，其中，nrff是光纖的有效折射率，首先對(duì)光纖進(jìn)行第一次曝光制成光纖光柵，光纖的折射率調(diào)制幅度為An1 ；②在所述的光纖光柵的中心位置選擇一個(gè)二次曝光長(zhǎng)度L，對(duì)其進(jìn)行二次曝光，使其折射率調(diào)制幅度為Δη2，并且滿足β An2L = π(1)其中β是待微分信號(hào)在真空中的傳播常數(shù)；或者先確定曝光量，即確定折射率調(diào)制幅度為Δη2，然后確定中心位置處的二次曝光長(zhǎng)度L，使其滿足式(1)，對(duì)光柵進(jìn)行二次曝光。所述的光時(shí)域微分的光纖光柵是利用遮擋法制備的光時(shí)域微分的相移光纖光柵， 制備方法包括下列步驟①根據(jù)待測(cè)微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ = λ /neff, 其中，nrff是光纖的有效折射率；②確定遮擋區(qū)域的長(zhǎng)度L，利用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的遮擋板遮擋住光纖的中心區(qū)域，利用相位掩膜板一次性制備光時(shí)域微分的相移光纖光柵，使光纖的折射率調(diào)制幅度為An1，并且 兩足β An1L = π(2)其中β是待微分信號(hào)在真空中的傳播常數(shù)；或者先確定曝光量，即確定折射率調(diào)制幅度為然后確定中心位置處遮擋板的長(zhǎng)度L，使其滿足式O).所述的光時(shí)域微分的光纖光柵是光時(shí)域微分的長(zhǎng)周期光纖光柵，制備方法包括下列步驟①根據(jù)待測(cè)微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ = 2入/ (n。。re_n。ladd)，其中，η。_是光纖的纖芯層的有效折射率，ncladd是光纖的包層的有效折射率；②使用相位掩膜板制備長(zhǎng)周期光纖光柵，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)周期光纖光柵的反射譜， 當(dāng)中心波長(zhǎng)λ的反射率達(dá)到最大值時(shí)停止曝光，此時(shí)長(zhǎng)周期光纖的纖芯層能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)時(shí)域一階微分功能；③繼續(xù)曝光長(zhǎng)周期光纖光柵，使其中心波長(zhǎng)λ處的反射率減小，當(dāng)中心波長(zhǎng)的反射率達(dá)到最小值時(shí)停止曝光，此時(shí)長(zhǎng)周期光纖的包層能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)時(shí)域二階微分功能。所述的光時(shí)域微分的光纖光柵是光時(shí)域微分的莫爾光纖光柵，制備方法包括下列步驟②確定待微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ以及莫爾光纖光柵的長(zhǎng)度L ；②確定兩塊相位掩膜板的周期，使之滿足
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)時(shí)域微分器，特征在于其構(gòu)成包括環(huán)形器(1)和光時(shí)域微分的光纖光柵 O)，所述的環(huán)形器(1)是一種三端口光學(xué)器件，該環(huán)形器(1)的第二端口接所述的光時(shí)域微分的光纖光柵O)的一端，待微分信號(hào)光由所述的環(huán)形器(1)的第一端口輸入經(jīng)第二端口進(jìn)入所述的光時(shí)域微分的光纖光柵O)的一端，從該光時(shí)域微分的光纖光柵( 返回的時(shí)域微分信號(hào)從該環(huán)形器(1)的第三端口輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)時(shí)域微分器，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵 (2)為光時(shí)域微分的相移光纖光柵、光時(shí)域微分的長(zhǎng)周期光纖光柵、光時(shí)域微分的摩爾光纖光柵或光時(shí)域微分的變跡光纖光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于該方法包括下列步驟①制備光時(shí)域微分的光纖光柵O)；②將所述的光時(shí)域微分的光纖光柵O)的一端與所述的環(huán)形器(1)的第二端口相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵( 是具有光時(shí)域微分的相移光纖光柵，是利用光纖按下列步驟制備的①根據(jù)待微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ= λ/η@，其中， neff是光纖的有效折射率，首先對(duì)光纖進(jìn)行第一次曝光制成光纖光柵，光纖的折射率調(diào)制幅度為An1 ；②在所述的光纖光柵的中心位置選擇一個(gè)二次曝光長(zhǎng)度L，對(duì)其進(jìn)行二次曝光，使其折射率調(diào)制幅度為Δη2，并且滿足β Δ n2L = η其中β是待微分信號(hào)在真空中的傳播常數(shù)；或者先確定曝光量，即確定折射率調(diào)制幅度為Δη2，然后確定中心位置處的二次曝光長(zhǎng)度L，使其滿足β Δ n2L = η對(duì)光柵進(jìn)行二次曝光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵( 是利用遮擋法制備的光時(shí)域微分的相移光纖光柵，制備方法包括下列步驟①根據(jù)待測(cè)微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ= ，其中，nrff是光纖的有效折射率；②確定遮擋區(qū)域的長(zhǎng)度L，利用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的遮擋板遮擋住光纖的中心區(qū)域，利用相位掩膜板一次性制備光時(shí)域微分的相移光纖光柵，使光纖的折射率調(diào)制幅度為An1，并且滿足β Δ Ii1L = η其中β是待微分信號(hào)在真空中的傳播常數(shù)；或者先確定曝光量，即確定折射率調(diào)制幅度為An1，然后確定中心位置處遮擋板的長(zhǎng)度L，使其滿足β Δ Ii1L = η
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵( 是光時(shí)域微分的長(zhǎng)周期光纖光柵，制備方法包括下列步驟①根據(jù)待測(cè)微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ= 2λ/ (n。。re_n。ladd)，其中，η。_是光纖的纖芯層的有效折射率，ncladd是光纖的包層的有效折射率；②使用相位掩膜板制備長(zhǎng)周期光纖光柵，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)周期光纖光柵的反射譜，當(dāng)中心波長(zhǎng)λ的反射率達(dá)到最大值時(shí)停止曝光，此時(shí)長(zhǎng)周期光纖的纖芯能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)時(shí)域一階微分功能；③繼續(xù)曝光長(zhǎng)周期光纖光柵，使其中心波長(zhǎng)λ處的反射率減小，當(dāng)中心波長(zhǎng)的反射率達(dá)到最小值時(shí)停止曝光，此時(shí)長(zhǎng)周期光纖的包層能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)時(shí)域二階微分功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵( 是光時(shí)域微分的莫爾光纖光柵，制備方法包括下列步驟①確定待微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ以及莫爾光纖光柵的長(zhǎng)度L；②確定兩塊相位掩膜板的周期，使之滿足
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)時(shí)域微分器的制備方法，其特征在于所述的光時(shí)域微分的光纖光柵( 是光時(shí)域微分的變跡光纖光柵，制備方法包括下列步驟①根據(jù)待測(cè)微分信號(hào)的中心波長(zhǎng)λ，確定所需的相位掩膜板的周期Λ= ，其中，nrff是光纖的有效折射率；②利用逆工程算法計(jì)算出變跡光纖光柵的變跡函數(shù)，并且制備出與變跡函數(shù)相同的幅度模板；③利用所述的幅度模板和相位掩膜板制備所需的變跡光纖光柵。
全文摘要
一種光學(xué)時(shí)域微分器及其制備方法，其構(gòu)成包括環(huán)形器和光時(shí)域微分的光纖光柵，所述的環(huán)形器是一種三端口光學(xué)器件，該環(huán)形器的第二端口接所述的光時(shí)域微分的光纖光柵的一端，待微分信號(hào)光由所述的環(huán)形器的第一端口輸入經(jīng)第二端口進(jìn)入所述的光時(shí)域微分的光纖光柵的一端，從該光時(shí)域微分的光纖光柵返回的時(shí)域微分信號(hào)從該環(huán)形器的第三端口輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成，微分實(shí)現(xiàn)速度快，能夠?qū)Ω邘挼男盘?hào)進(jìn)行時(shí)域微分等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/365GK102566196SQ20121004445
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉瓊, 葉青, 潘政清, 瞿榮輝, 蔡海文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所