一種窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線(也稱延時(shí)線)，在光學(xué)測(cè)量、光器件和光學(xué)通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)延時(shí)線，是通過(guò)改變光脈沖信號(hào)所經(jīng)過(guò)的路程，從而延時(shí)光脈沖到達(dá)時(shí)間的一種專門裝置。在光信息技術(shù)中，光學(xué)延時(shí)線起著十分重要的作用。在激光超短脈沖技術(shù)中，它被用來(lái)調(diào)整和保證二路或多路脈沖信號(hào)的同步。在光學(xué)測(cè)量技術(shù)中，光脈沖之間的同步，以及二者之間延時(shí)差的調(diào)節(jié)和控制，也起著關(guān)鍵的作用。在超短光脈沖的相關(guān)測(cè)量技術(shù)中。利用光學(xué)延時(shí)線和諧波效應(yīng)或雙光子效應(yīng)，完成光脈沖的卷積測(cè)量。在光纖通信系統(tǒng)中，利用光學(xué)延時(shí)線，實(shí)現(xiàn)光時(shí)分復(fù)用和解復(fù)用。由于互聯(lián)網(wǎng)(IP)技術(shù)的巨大成功，世界各國(guó)正在致力于光分組交換技術(shù)的研究。光分組交換技術(shù)必須使用一種能夠控制不同數(shù)據(jù)包等待時(shí)間和發(fā)送時(shí)間的光緩沖技術(shù)。由于光子不同于電子，具有邏輯運(yùn)算功能的光子器件還有待研究，光學(xué)延時(shí)器就成為一種關(guān)鍵器件。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，光學(xué)延時(shí)線有幾種方式，在短脈沖光學(xué)測(cè)量中，普遍采用體光學(xué)元件的延時(shí)器。這就是使用一種安裝在直線移動(dòng)的機(jī)械微調(diào)裝置上的光學(xué)反射鏡。它有較高的調(diào)節(jié)精度，可以很好地用于實(shí)驗(yàn)室。但是穩(wěn)定性較差，體積重量較大，不易做成一種實(shí)用化儀器。
[0004]目前常用的光緩存結(jié)構(gòu)是采用很多段不同長(zhǎng)度的光纖，并配合一定的光開(kāi)關(guān)，作為分級(jí)可變的延時(shí)線。其中各段光纖的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的時(shí)延是一個(gè)最小單元的2n倍。這樣可以組合成最小單元的各個(gè)倍數(shù)。這一結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是靈活性比較差，延時(shí)線裝置安裝完成后，時(shí)延量及其可變的級(jí)數(shù)就固定了。同時(shí)整個(gè)光纖數(shù)量很多，比較龐大，這對(duì)實(shí)用化帶來(lái)不小困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種全光纖型可調(diào)延時(shí)線。
[0006]本發(fā)明的窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線，包括有輸入端口 &、輸出端口 K。和輸出輸入端口 Kra的三端口的光纖環(huán)行器I。從光纖環(huán)行器I輸出輸入端口 Kra連接出選頻可調(diào)延時(shí)線4。選頻可調(diào)延時(shí)線4是由N彡2段延時(shí)光纖2與N彡2個(gè)調(diào)諧光纖光柵3相互間隔串聯(lián)構(gòu)成的。在選頻可調(diào)延時(shí)線4上的調(diào)諧光纖光柵3中有NS I個(gè)，也就是說(shuō)，至少有一個(gè)調(diào)諧光纖光柵3帶有分布式微加熱器5。如圖1所示。
[0007]所述的調(diào)諧光纖光柵3帶有分布式微加熱器5是在調(diào)諧光纖光柵3去除外包層后，直接覆蓋一層金屬加熱層502，金屬加熱層502是由N > 2個(gè)加熱電極503分隔成N ^ I個(gè)加熱單元504串聯(lián)構(gòu)成的。每個(gè)加熱單元504上都置有測(cè)溫元件501,所有的加熱電極503和測(cè)溫元件501都連接到由控溫器和驅(qū)動(dòng)電源構(gòu)成的控制單元505上。如圖2所示。
[0008]本發(fā)明的全光纖可調(diào)延時(shí)線的關(guān)鍵元件是帶有分布式微加熱器5的調(diào)諧光纖光柵。光纖光柵是一種窄線寬選頻反射式濾波器。光纖光柵反射峰的波長(zhǎng)決定于紫外激光寫入的光柵的周期。即所謂布拉格(Bragg)波長(zhǎng)。由于光柵的周期和光纖材料的折射率隨著光纖所受應(yīng)變以及熱脹冷縮效應(yīng)而變化，因此可以利用應(yīng)變和溫度變化對(duì)光纖光柵進(jìn)行調(diào)諧。
[0009]因此對(duì)于某一波長(zhǎng)的光信號(hào)反射的光纖光柵，如果布拉格(Bragg)波長(zhǎng)被調(diào)諧到信號(hào)帶線寬之外，它就不會(huì)反射光信號(hào)，而讓其通過(guò)。
[0010]本發(fā)明正是根據(jù)可調(diào)諧光纖光柵的這一特性而設(shè)計(jì)的。其各種過(guò)程如下:一個(gè)波長(zhǎng)為光纖光柵調(diào)諧前峰值波長(zhǎng)的光脈沖，從輸入端口 K1^進(jìn)入光纖環(huán)行器I的輸出輸入端口Kra進(jìn)入選頻可調(diào)延時(shí)線4 ;被第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵3反射回到光纖環(huán)行器I ;然后從輸出端口 K。輸出。該光脈沖的延時(shí)等于光在第一段延時(shí)光纖2中來(lái)回走一次的時(shí)間，假如一段延時(shí)光纖2的波長(zhǎng)為L(zhǎng)，折射率為n，則延時(shí)量為τ = 2nL/c，式中c為光速。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)調(diào)諧光纖光柵3被調(diào)諧，且調(diào)諧量大于調(diào)諧光纖光柵和信號(hào)光的線寬，光脈沖就會(huì)通過(guò)第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵3進(jìn)入第二段延時(shí)光纖2 ;然后被第二個(gè)調(diào)諧光纖光柵3所反射。此時(shí)，光脈沖的延時(shí)量就為τ =211(1^+1^)/c，式中L1和L2分別為兩段延時(shí)光纖2的長(zhǎng)度。以此類推，可以接入多段延時(shí)光纖和多個(gè)調(diào)諧光纖光柵。從而獲得可以動(dòng)態(tài)配置的延時(shí)線。
[0011]上述可調(diào)延時(shí)線的調(diào)節(jié)精度決定于延時(shí)光纖2的最小長(zhǎng)度。從光纖熔接的工藝實(shí)際可行性來(lái)看，大致在10厘米的量級(jí)，也就是100皮秒量級(jí)。采用圖2所示的帶有分布式微加熱器5的調(diào)諧光纖光柵，可以進(jìn)一步提高調(diào)解精度。如上所述的分布式微加熱器5上的加熱層502是由N > 2個(gè)加熱電極503將其分成N ^ I個(gè)串聯(lián)的加熱單元504。當(dāng)在不同的兩電極間，施加調(diào)諧加熱電流，此加熱單元504溫度升高，此段的調(diào)諧光纖光柵受到溫度調(diào)諧，光束通過(guò)；未受到溫度調(diào)諧的調(diào)諧光纖光柵就使光束反射回去。因此反射可以發(fā)生在調(diào)諧光纖光柵3的不同部位上，從而可以在更小的間隔下調(diào)節(jié)延時(shí)量。假設(shè)一個(gè)加熱單元504相對(duì)應(yīng)的調(diào)諧光纖光柵3的一段長(zhǎng)度為10厘米，分為10段分別調(diào)諧。那么，延時(shí)量的調(diào)節(jié)精度就可以達(dá)到10皮秒量級(jí)。
[0012]與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是:
[0013](I)本發(fā)明的可調(diào)延時(shí)線主要包括光纖環(huán)行器1，延時(shí)光纖2和調(diào)諧光纖光柵3 ；是一種全光纖的器件，沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。與精密機(jī)械調(diào)整架上放置光學(xué)反射鏡的延時(shí)線相比，使用穩(wěn)定可靠，容易實(shí)現(xiàn)儀器化。
[0014](2)它采用帶有分布式微加熱器5的調(diào)諧光纖光柵3進(jìn)行調(diào)諧，時(shí)延量可調(diào)精度和機(jī)動(dòng)性優(yōu)于固定式光纖延時(shí)線，應(yīng)用廣泛。
[0015](3)它利用了調(diào)諧光纖光柵的窄帶選頻反射特性，因此是一種窄線寬延時(shí)線。對(duì)于波長(zhǎng)間隔大的不同信道，要采用不同布拉格(Bragg)波長(zhǎng)的光纖光柵。但是光纖光柵的可調(diào)性可以覆蓋相當(dāng)大的范圍，尤其是采用壓應(yīng)變調(diào)諧時(shí)，可以有數(shù)十納米的調(diào)諧范圍。另一方面，在密集波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中，本來(lái)就有許多場(chǎng)合需要將不同波長(zhǎng)的信道分開(kāi)。本發(fā)明的窄線寬可調(diào)光纖光柵就可以將解復(fù)用同延時(shí)兩個(gè)功能結(jié)合起來(lái)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的全光纖可調(diào)延時(shí)線總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為帶有分布式微加熱器5的調(diào)諧光纖光柵示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明用于光信號(hào)數(shù)據(jù)包重新排列的應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1至圖3所示:本發(fā)明可以用于許多信息處理的場(chǎng)合。如圖3的結(jié)構(gòu)，延時(shí)光纖2段數(shù)N=2，調(diào)諧光纖光柵3數(shù)N=2。從光纖環(huán)行器I輸入端口 Kra輸入的光信號(hào)由兩個(gè)波長(zhǎng)不相等的波長(zhǎng)λ 1、λ 2先后兩個(gè)數(shù)據(jù)包構(gòu)成。如圖3中λ所示的在時(shí)間t軸上的波形。經(jīng)過(guò)光纖環(huán)行器I進(jìn)入選頻可調(diào)延時(shí)線4。不同波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包分別在對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的調(diào)諧光纖光柵3上反射。第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵3帶有分布式微加熱器5,使其調(diào)諧到第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵3對(duì)于第一個(gè)數(shù)據(jù)包λ I是通過(guò)的。而對(duì)于第二個(gè)數(shù)據(jù)包λ2是反射的。因此第二個(gè)數(shù)據(jù)包λ2經(jīng)過(guò)第一段延時(shí)光纖2后就被第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵反射回去。由于兩個(gè)調(diào)諧光纖光柵3之間接入了一段延時(shí)光纖2，前一個(gè)波長(zhǎng)λ 2數(shù)據(jù)包相對(duì)于后一個(gè)λ I經(jīng)歷了多一段延時(shí)光纖的延時(shí)，因此在輸出端口 K。輸出時(shí),兩個(gè)數(shù)據(jù)包λ 1、λ 2的前后位置與輸入時(shí)前后位置被置換了。如圖3中λ所示的t軸上的新波形。這對(duì)光網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)在時(shí)間次序上的重新排列由實(shí)用意義。由于采用帶有分布式微加熱器5的調(diào)諧光纖光柵，反射波長(zhǎng)甲乙進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，因而能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中不同的信號(hào)設(shè)置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線，包括帶有輸入端口(&)、輸出端口(K。)及輸出輸入端口(Kra)的三端口的光纖環(huán)行器(1)，其特征在于:從光纖環(huán)行器(I)輸出輸入端口(Kra)連接出由N彡2段延時(shí)光纖(2)與N彡2個(gè)調(diào)諧光纖光柵(3)相互間隔串聯(lián)構(gòu)成的選頻可調(diào)延時(shí)線(4)，在選頻可調(diào)延時(shí)線(4)上的調(diào)諧光纖光柵(3)中有N > I個(gè)調(diào)諧光纖光柵(3 )帶有分布式微加熱器(5 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線，其特征在于:所述的調(diào)諧光纖光柵(3 )上帶有分布式微加熱器(5 )是在調(diào)諧光纖光柵(3 )去除外包層后，直接覆蓋一層金屬加熱層(502)，金屬加熱層(502)上由N彡2個(gè)電極(503)分隔成N彡I個(gè)串聯(lián)的加熱單元(504)，每個(gè)加熱單元(504)上置有測(cè)溫元件(501)，所有的加熱電極(503)和測(cè)溫元件(501)都連接到由控溫器和驅(qū)動(dòng)電源構(gòu)成的控制單元(505)上。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種窄線寬選頻全光纖可調(diào)延時(shí)線，主要包括帶有三個(gè)端口的光纖環(huán)行器和由N≥2段延時(shí)光纖與N≥2個(gè)調(diào)諧光纖光柵相互間隔串聯(lián)構(gòu)成的選頻可調(diào)延時(shí)線。其中至少有一個(gè)調(diào)諧光纖光柵帶有分布式微加熱器。光脈沖信號(hào)從光纖環(huán)行器輸入端口輸入后，進(jìn)入選頻可調(diào)延時(shí)線，到達(dá)第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵被反射回來(lái)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)調(diào)諧光纖光柵經(jīng)過(guò)調(diào)諧后，光脈沖信號(hào)通過(guò)第一個(gè)調(diào)諧光纖光柵，經(jīng)過(guò)第二段延時(shí)光纖后，到達(dá)第二個(gè)調(diào)諧光纖光柵被反射。以此類推，能夠動(dòng)態(tài)地獲得不同的延時(shí)量。本發(fā)明是一種全光纖器件。具有延時(shí)量可調(diào)、精度高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。
【IPC分類】G02F1-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104656285
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310598361
【發(fā)明人】鞠洪建
【申請(qǐng)人】大連惟康科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年11月21日