專利名稱：一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器的制作方法
技術領域：
一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器技術領域[0001]本實用新型涉及一種分插復用器，尤其是涉及一種基于光纖光柵濾波器的光分 插復用器。
背景技術：
[0002]光分插復用器(OpticalAdd-Drop Multiplexer，0ADM)是波分復用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)光通信網(wǎng)絡的關鍵器件之一，其功能是從傳輸光路中有選 擇地上下載(Add/Drop)信號，同時不影響其它波長信道的傳輸。隨著光通信網(wǎng)絡的飛速 發(fā)展，對光分插復用器的需求日益迫切。[0003]光分插復用器的核心部件是濾波器，通過濾波器選擇要上路/下路的波長，實 現(xiàn)波長路由，因此，高性能、多信道的密集梳狀濾波器的設計與制造將極大提高光分插 復用器的性能。目前，在光分插復用器中常用的濾波器的類型有聲光可調(diào)諧濾波器、體 光柵濾波器、陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating, AWG)濾波器、光纖光柵濾波器、多層介質(zhì)膜濾波器等。[0004]光纖光柵中的光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)具有反射率高(可 達100%)、插入損耗低、與光纖兼容性好和偏振無關等優(yōu)點，可以對寬帶光源中滿足布 拉格條件的任一波長進行窄帶輸出，波長選擇性好。而線性啁啾光纖光柵，其不僅具備 光纖布拉格光柵的優(yōu)點，而且其輸出的信道帶寬可由線性啁啾光纖光柵的總啁啾量進行 調(diào)控。因此，利用線性啁啾光纖光柵的上述特性，設計可調(diào)諧、多信道的密集梳狀濾波 器，可以用于制作高性能的光分插復用器。[0005]目前，已有多種采用光纖光柵制作濾波器的方案一種方案為取樣光纖光柵型 濾波器，如啁啾取樣光纖布拉格光柵和相移取樣光纖布拉格光柵，由于光纖布拉格光柵 的折射率受到取樣函數(shù)的調(diào)制，其反射譜為分離的周期性的波長信道，因此信道數(shù)目越 多需要的折射率調(diào)制越大；另一種方案為采用重疊寫入線性啁啾光纖光柵，即在光纖的 相同部位寫入多個光纖布拉格光柵，制成啁啾光纖光柵帶通型濾波器，這種濾波器具有 較大的反射帶寬，但是在光纖的同一位置寫入多個光纖布拉格光柵并保持良好特性，技 術要求比較高。上述兩種方案制作的濾波器均存在反射率低、濾波帶寬不夠平坦等缺 點，致使濾波效果并不十分理想。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種反射率高、濾波帶寬平坦、超寬信 道帶寬的基于光纖光柵濾波器的光分插復用器。[0007]本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種基于光纖光柵濾波器 的光分插復用器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、第三單模光纖、第四單模光纖、 第五單模光纖、第六單模光纖、第一光環(huán)形器、第二光環(huán)形器和多級聯(lián)光纖光柵濾波 器，所述的第一光環(huán)形器具有第一輸入端、第一輸出端和下路信號減口端，所述的第二光環(huán)形器具有第二輸入端、第二輸出端和上路信號增口端，所述的第一單模光纖的第一 端接入寬帶信號光源，所述的第一單模光纖的第二端與所述的第一光環(huán)形器的第一輸入 端相連接，所述的第一光環(huán)形器的第一輸出端與第二單模光纖的第一端相連接，所述的 第二單模光纖的第二端與所述的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的第一端相連接，所述的第一光 環(huán)形器的下路信號減口端與所述的第三單模光纖的第一端相連接，所述的第三單模光纖 的第二端輸出下路信號，所述的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的第二端與所述的第四單模光纖 的第一端相連接，所述的第四單模光纖的第二端與所述的第二光環(huán)形器的第二輸入端相 連接，所述的第二光環(huán)形器的上路信號增口端與所述的第五單模光纖的第一端相連接， 所述的第五單模光纖的第二端接入上路信號，所述的第二光環(huán)形器的第二輸出端與所述 的第六單模光纖的第一端相連接，所述的第六單模光纖的第二端輸出寬帶信號光源。[0008]所述的多級聯(lián)光纖光柵濾波器主要由M個中心周期不同的一級光纖光柵首尾串 聯(lián)連接構成，所述的一級光纖光柵主要由m個中心周期相同的二級光纖光柵首尾串聯(lián)連 接構成，所述的二級光纖光柵為線性啁啾光纖光柵，第1個所述的一級光纖光柵中的第1 個所述的二級光纖光柵的第一端與所述的第二單模光纖的第二端相連接，第M個所述的 一級光纖光柵中的第m個所述的二級光纖光柵的第二端與所述的第四單模光纖的第一端 相連接，其中，M>2，m>50[0009]各個所述的一級光纖光柵的中心周期各不相同，各個所述的一級光纖光柵的 中心周期沿軸向等差遞減；一個所述的一級光纖光柵和組成該所述的一級光纖光柵的 各個所述的二級光纖光柵的中心周期相同，記為Aci，所述的中心周期Aci由布拉格 條件決定；一個所述的二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化，記周期為Λ，A (z)= A0(I-Cz), -1/2<ζ<1/2,其中，c表示所述的二級光纖光柵的啁啾系數(shù)，1表示所述的 二級光纖光柵的長度；將一個所述的二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化的總變化量表 示為總啁啾量 C，C = A0cl, C e。[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于通過將多個中心周期相同的二級光纖 光柵串聯(lián)連接構成一個一級光纖光柵，使得一級光纖光柵具有很好的濾波特性，通過將 多個中心周期各不相同的一級光纖光柵串聯(lián)連接構成濾波器，使得該濾波器對不同布拉 格條件下的波長均產(chǎn)生反射，極大擴展了濾波范圍，同時濾波信道等間隔分布，且具有 多信道(大于40個)、高密度(信道間隔小于0.5nm)、高反射(接近100% )和超寬帶寬 等特性，因此該濾波器可以很好地應用于WDM系統(tǒng)中的多級聯(lián)光纖光柵光分插復用。


[0011]圖1為本實用新型的光分插復用器的基本結構示意圖；[0012]圖2 為由 3 個中心周期分別為 Atll = 0.531μιη，Λ Q2 = 0.530 μ m 和 Λ Q3 = 0.5 μ m的一級光纖光柵91、92、93串聯(lián)連接構成的多級聯(lián)光纖光柵濾波器，當每個二 級光纖光柵的總啁啾量C= Inm時，二級光纖光柵的周期隨多級聯(lián)光纖光柵的長度變化 的示意圖；[0013]圖3 為由 3 個中心周期分別為 Atll = 0.531μιη，Λ Q2 = 0.530 μ m 和 Λ Q3 = 0.5 μ m的一級光纖光柵91、92、93串聯(lián)連接構成的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的反射譜；[0014]圖4為圖3中的任意一級光纖光柵91、92或93的反射譜；[0015]圖5為具有92個信道的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的反射譜。
具體實施方式
[0016]
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。[0017]實施例一[0018]一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器，如圖1所示，其包括第一單模光纖 1、第二單模光纖2、第三單模光纖3、第四單模光纖4、第五單模光纖5、第六單模光纖 6、第一光環(huán)形器7、第二光環(huán)形器8和多級聯(lián)光纖光柵濾波器9，第一光環(huán)形器7具有第 一輸入端71、第一輸出端72和下路信號減口端73，第二光環(huán)形器8具有第二輸入端81、 第二輸出端82和上路信號增口端83，第一單模光纖1的第一端接入寬帶信號光源，第一 單模光纖1的第二端與第一光環(huán)形器7的第一輸入端71相連接，第一光環(huán)形器7的第一 輸出端72與第二單模光纖2的第一端相連接，第二單模光纖2的第二端與多級聯(lián)光纖光 柵濾波器9的第一端相連接，第一光環(huán)形器7的下路信號減口端73與第三單模光纖3的 第一端相連接，第三單模光纖3的第二端輸出下路信號，多級聯(lián)光纖光柵濾波器9的第二 端與第四單模光纖4的第一端相連接，第四單模光纖4的第二端與第二光環(huán)形器8的第二 輸入端81相連接，第二光環(huán)形器8的上路信號增口端83與第五單模光纖5的第一端相連 接，第五單模光纖5的第二端接入上路信號，第二光環(huán)形器8的第二輸出端82與第六單 模光纖6的第一端相連接，第六單模光纖6的第二端輸出寬帶信號光源。[0019]在此具體實施例中，多級聯(lián)光纖光柵濾波器9主要由M個中心周期不同的一級 光纖光柵91、92、……、9M首尾串聯(lián)連接構成，一級光纖光柵主要由m個中心周期相 同的二級光纖光柵首尾串聯(lián)連接構成，如第1個一級光纖光柵主要由m個中心周期相同 的二級光纖光柵911、912、……、91m首尾串聯(lián)連接構成，如第M個一級光纖光柵主要 由m個中心周期相同的二級光纖光柵9M1、9M2、……、9Mm首尾串聯(lián)連接構成，二 級光纖光柵為線性啁啾光纖光柵，第1個一級光纖光柵中的第1個二級光纖光柵911的第 一端與第二單模光纖2的第二端相連接，第M個一級光纖光柵中的第m個二級光纖光柵 9Mm的第二端與第四單模光纖4的第一端相連接，其中取M》，m>5,如果太小，則會 導致多級聯(lián)光纖光柵濾波器9的反射率低、反射譜帶寬窄；同時，M和m取值也不宜太 大，否則不實用，且成本較高，一般取2《M《7，5《m《15。[0020]在此具體實施例中，各個一級光纖光柵的中心周期各不相同，各個一級光纖光 柵的中心周期沿軸向等差遞減，等差遞減的量可根據(jù)設計要求確定；一個一級光纖光柵 和組成該一級光纖光柵的多個二級光纖光柵的中心周期相同，記為Aci，該中心周期Aci 由布拉格條件決定。一個二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化，記周期為Λ，A (z)= A0(I-Cz), -1/2<ζ<1/2,其中，c表示二級光纖光柵的啁啾系數(shù)，1表示所述的二級光 纖光柵的長度。令一個二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化的總變化量為總啁啾量C， C = A0cl, C e。[0021]本實用新型的光分插復用器的工作原理為一個寬帶信號光源通過第一單模 光纖從第一光環(huán)形器的第一輸入端輸入，第一光環(huán)形器的第一輸入端將寬帶信號光源傳 輸至第一光環(huán)形器的第一輸出端，第一光環(huán)形器的第一輸出端通過第二單模光纖將寬帶 信號光源傳輸至多級聯(lián)光纖光柵濾波器，多級聯(lián)光纖光柵濾波器反射并透射寬帶信號光源，反射的梳狀濾波信號通過第一光環(huán)形器的下路信號減口端從第三單模光纖的第二端 輸出，透射的梳狀濾波信號通過第四單模光纖后進入第二個光環(huán)形器的第二輸入端，透 射的梳狀濾波信號與經(jīng)第五單模光纖進入第二個光環(huán)形器的上路信號增口端的光信號復 用后，由第二光環(huán)形器的第二輸出端輸出，從而可在傳輸光路中有選擇地上下載信號， 實現(xiàn)了超寬信道的波長路由。[0022]圖2為二級光纖光柵的周期隨多級聯(lián)光纖光柵的長度變化的示意圖，該多級聯(lián) 光纖光柵由3個中心周期分別為Atll = 0.531 μ m，A02 = 0.530 μ m和Atl3 = 0.529 μ m 的一級光纖光柵91、92、93串聯(lián)連接構成，且每個二級光纖光柵的總啁啾量C= lnm。 圖2中每個一級光纖光柵由m = 10個二級光纖光柵串聯(lián)連接構成，每個二級光纖光柵的 纖芯有效折射率Iiefr =1.48，折射率調(diào)制深度δ neff = 3.5 X 10_4，長度1 = 4mm，則由3個 一級光纖光柵串聯(lián)連接構成的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的總長度為12cm;每個二級光纖光 柵中相同周期所對應位置處的光柵截面構成反射同一波長光的反射鏡，相鄰的兩個反射 鏡構成法布里-珀羅諧振腔(F-P諧振腔)，則在多級聯(lián)光纖光柵濾波器中形成多F-P諧 振腔干涉。[0023]圖3給出了由3個中心周期分別為Atll = 0.531 μ m，Λ。2 = 0.530 μ m禾口 Λ。3 = 0.5 μ m的一級光纖光柵91、92、93串聯(lián)連接構成的多級聯(lián)光纖光柵濾波器的反射譜。 從圖3中可以看出，在1.533口111 1力45口111的波長范圍內(nèi)，反射譜平坦勻稱，自由光譜 帶寬為9.00nm，信道數(shù)為45，信道間隔為0.20nm。圖3中的任意一級光纖光柵91、92 或93的反射譜如圖4所示，各個一級光纖光柵的自由光譜帶寬為3.80nm，信道數(shù)為20， 信道間隔為0.20nm。由于二級光纖光柵的周期線性啁啾變化，所以每個一級光纖光柵反 射譜的信道位置等間隔分布。當二級光纖光柵的長度相同時，信道間隔大小相等，信道 位置取決于總啁啾量引起的二級光纖光柵的周期變化及布拉格條件λΒ = ZndrAtl，其中，λ 布拉格波長，Iidr為二級光纖光柵的纖芯有效折射率。由圖4可見，一級光纖光柵 反射譜邊緣處的信道彼此位置重合，疊加后反射效果增強，即形成圖3中頂部平坦且高 信噪比的濾波譜。[0024]從上可見，中心周期不同的一級光纖光柵的級聯(lián)數(shù)多，可以有效擴展梳狀濾波 信道的帶寬；二級光纖光柵的級聯(lián)數(shù)大，將提高反射率，可以達到100%;在總啁啾量相 同時，二級光纖光柵的長度越長，導致啁啾系數(shù)c減小，光柵濾波信道間隔也就越小，反 之增大。因此，通過優(yōu)化設計，可以獲得所要求的信道間隔及濾波譜分布，制作基于多 級聯(lián)光纖光柵濾波器的超寬帶寬光分插復用器，實現(xiàn)多信道路由。[0025]實施例二 [0026]根據(jù)本實用新型提出的光分插復用器的結構，設計一種92信道光分插復用 器。該光分插復用器中的多級聯(lián)光纖光柵濾波器由6個一級光纖光柵串聯(lián)連接構成，每 個一級光纖光柵由10個二級光纖光柵串聯(lián)連接構成，濾波器總長度為Mcm，6個一級 光纖光柵的中心周期分別為 0.534 μ m、0.533 μ m、0.532 μ m、0.531 μ m、0.530 μ m 禾口 0.5^μιη。該多級聯(lián)光纖光柵濾波器的反射譜如圖5所示。從圖5看出，反射濾波波長 范圍在1.5345 μ m 1.5520 μ m，濾波器的反射譜頂部平坦、邊沿陡峭、92個濾波信道的 頻率間隔為25GHz(信道間隔0.20nm)。
權利要求1.一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器，其特征在于包括第一單模光纖、第二 單模光纖、第三單模光纖、第四單模光纖、第五單模光纖、第六單模光纖、第一光環(huán)形 器、第二光環(huán)形器和多級聯(lián)光纖光柵濾波器，所述的第一光環(huán)形器具有第一輸入端、第 一輸出端和下路信號減口端，所述的第二光環(huán)形器具有第二輸入端、第二輸出端和上路 信號增口端，所述的第一單模光纖的第一端接入寬帶信號光源，所述的第一單模光纖的 第二端與所述的第一光環(huán)形器的第一輸入端相連接，所述的第一光環(huán)形器的第一輸出端 與第二單模光纖的第一端相連接，所述的第二單模光纖的第二端與所述的多級聯(lián)光纖光 柵濾波器的第一端相連接，所述的第一光環(huán)形器的下路信號減口端與所述的第三單模光 纖的第一端相連接，所述的第三單模光纖的第二端輸出下路信號，所述的多級聯(lián)光纖光 柵濾波器的第二端與所述的第四單模光纖的第一端相連接，所述的第四單模光纖的第二 端與所述的第二光環(huán)形器的第二輸入端相連接，所述的第二光環(huán)形器的上路信號增口端 與所述的第五單模光纖的第一端相連接，所述的第五單模光纖的第二端接入上路信號， 所述的第二光環(huán)形器的第二輸出端與所述的第六單模光纖的第一端相連接，所述的第六 單模光纖的第二端輸出寬帶信號光源。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器，其特征在于所述 的多級聯(lián)光纖光柵濾波器主要由M個中心周期不同的一級光纖光柵首尾串聯(lián)連接構成， 所述的一級光纖光柵主要由m個中心周期相同的二級光纖光柵首尾串聯(lián)連接構成，所述 的二級光纖光柵為線性啁啾光纖光柵，第1個所述的一級光纖光柵中的第1個所述的二 級光纖光柵的第一端與所述的第二單模光纖的第二端相連接，第M個所述的一級光纖光 柵中的第m個所述的二級光纖光柵的第二端與所述的第四單模光纖的第一端相連接，其 中，M>2, m>5。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器，其特征在于各 個所述的一級光纖光柵的中心周期各不相同，各個所述的一級光纖光柵的中心周期沿軸 向等差遞減；一個所述的一級光纖光柵和組成該所述的一級光纖光柵的各個所述的二級 光纖光柵的中心周期相同，記為Aci，所述的中心周期A^由布拉格條件決定；一個所 述的二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化，記周期為Λ，A (z) = A0(I-Cz), -1/2 < ζ <1/2，其中，c表示所述的二級光纖光柵的啁啾系數(shù)，1表示所述的二級光纖光柵的長 度；將一個所述的二級光纖光柵的周期沿軸向線性變化的總變化量表示為總啁啾量C，C =A0cl, C e。
專利摘要本實用新型公開了一種基于光纖光柵濾波器的光分插復用器，包括第一單模光纖、第二單模光纖、第三單模光纖、第四單模光纖、第五單模光纖、第六單模光纖、第一光環(huán)形器、第二光環(huán)形器和多級聯(lián)光纖光柵濾波器；通過將多個中心周期相同的二級光纖光柵串聯(lián)連接構成一個一級光纖光柵，通過將多個中心周期各不相同的一級光纖光柵串聯(lián)連接構成多級聯(lián)光纖光柵濾波器，優(yōu)點在于該濾波器對不同布拉格波長均產(chǎn)生反射，極大擴展了濾波范圍，同時濾波信道等間隔分布，且具有多信道、高密度、高反射和超寬帶寬等特性，因此該濾波器可用于WDM系統(tǒng)中光信號的多信道光分插復用。
文檔編號H04B10/12GK201804131SQ20102026540
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權日2010年7月16日
發(fā)明者周駿, 苑紅偉, 陽明仰, 馬偉濤 申請人:寧波大學