啁啾光纖光柵-文檔資料

1、啁啾光纖光柵及其色散補(bǔ)償啁啾光纖光柵及其色散補(bǔ)償 蘭濤蘭濤 韓旭韓旭#主要內(nèi)容主要內(nèi)容色散及色散補(bǔ)償技術(shù)色散及色散補(bǔ)償技術(shù)啁啾光纖光柵及理論分析啁啾光纖光柵及理論分析色散補(bǔ)償系統(tǒng)色散補(bǔ)償系統(tǒng)#光纖的色散光纖的色散 20010212 色散是信號(hào)能量中的各種分量由于在傳輸介質(zhì)中色散是信號(hào)能量中的各種分量由于在傳輸介質(zhì)中傳輸速度不同傳輸速度不同, , 所引起的信號(hào)畸變。引起光脈沖展所引起的信號(hào)畸變。引起光脈沖展寬和碼間串?dāng)_寬和碼間串?dāng)_, , 最終影響通信距離和容量。最終影響通信距離和容量。將單模光纖中模式的相位系數(shù)在中心頻率附近展將單模光纖中模式的相位系數(shù)在中心頻率附近展開成泰勒級(jí)數(shù)開成泰勒級(jí)數(shù):

2、:脈沖展寬主要因素脈沖展寬主要因素#光纖通信中的色散補(bǔ)償技術(shù)光纖通信中的色散補(bǔ)償技術(shù) 中間光相位共軛技術(shù)中間光相位共軛技術(shù) 預(yù)啁啾技術(shù)預(yù)啁啾技術(shù) 色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖 雙模光纖色散補(bǔ)償雙模光纖色散補(bǔ)償 啁啾光纖光柵啁啾光纖光柵#色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖#1550nm波長(zhǎng)的色散值范圍波長(zhǎng)的色散值范圍-10至至2100ps/nm最小值最大值布里淵散射域值(dBm)6非線性系數(shù)(n2/Aeff)(W-1)1.4*10-9有效面積(Aeff)(um2)20最大光功率注入(dBm)23最小值最大值使用溫度范圍-570存儲(chǔ)溫度范圍-4085環(huán)境/可靠性測(cè)試符合TelcordiaGR-2854和GR-1

3、221標(biāo)準(zhǔn)#啁啾光纖光柵啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償光纖光柵色散補(bǔ)償光纖光柵主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：可單通道或多通道工作可單通道或多通道工作非線性低非線性低損耗低損耗低封裝緊湊封裝緊湊#啁啾光纖光柵啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償光纖光柵色散補(bǔ)償光纖光柵啁啾光纖光柵的柵格周期不是常數(shù)，而是沿軸啁啾光纖光柵的柵格周期不是常數(shù)，而是沿軸向變化。不同的柵格周期對(duì)應(yīng)不同的布拉格反向變化。不同的柵格周期對(duì)應(yīng)不同的布拉格反射波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的入射光在啁啾光纖光柵的射波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的入射光在啁啾光纖光柵的不同位置反射不同位置反射圖圖1 1啁啾光纖光柵啁啾光纖光柵#布拉格反射波長(zhǎng)隨光纖光柵的位置而變化，布拉格反射波長(zhǎng)隨光纖光柵的位置而

4、變化，在某點(diǎn)在某點(diǎn)Z處所對(duì)應(yīng)的布拉格反射波長(zhǎng)為處所對(duì)應(yīng)的布拉格反射波長(zhǎng)為：獲得啁啾光纖光柵的方法有兩種：一種是改獲得啁啾光纖光柵的方法有兩種：一種是改變光柵的有效折射率，另一種是改變光柵周變光柵的有效折射率，另一種是改變光柵周期期。 2Beffznzz#圖圖2 2 啁啾光纖光柵的折射率隨啁啾光纖光柵的折射率隨z z變化的示意圖變化的示意圖啁啾光纖光柵的折射率表示如下：啁啾光纖光柵的折射率表示如下：是布拉格周期，是布拉格周期， 表示折射率的相位，通表示折射率的相位，通常用來描述光柵的啁啾量。常用來描述光柵的啁啾量。 z#啁啾光纖光柵補(bǔ)償原理啁啾光纖光柵補(bǔ)償原理#理論分析理論分析光脈沖在光纖中傳輸

5、時(shí)光脈沖在光纖中傳輸時(shí), ,其歸一化幅值其歸一化幅值U( z , T)U( z , T)滿足下列傳輸方程滿足下列傳輸方程:22212UUizT初始幅值為初始幅值為U(0 , T) , U(0 , T) , 經(jīng)過長(zhǎng)度為經(jīng)過長(zhǎng)度為L(zhǎng)f Lf 的光纖后幅值為的光纖后幅值為U( Lf , U( Lf , T) ,T) ,兩者的傅里葉變換分別為兩者的傅里葉變換分別為U(0 ,)U(0 ,)和和U( Lf ,) , U( Lf ,) , 則在頻域則在頻域中存在下列關(guān)系中存在下列關(guān)系: :22,0,exp2ffiLU LU #色散改變了脈沖每個(gè)頻譜分量的相位，改色散改變了脈沖每個(gè)頻譜分量的相位，改變量依賴于

6、頻率和傳輸距離。變量依賴于頻率和傳輸距離。假定啁啾光纖光柵的復(fù)頻域假定啁啾光纖光柵的復(fù)頻域 ，其，其中中 和和 分別為幅度和相位的響應(yīng)，經(jīng)分別為幅度和相位的響應(yīng)，經(jīng)過光纖光柵反射后的輸出脈沖過光纖光柵反射后的輸出脈沖 ie 22,0,exp2fffLU LUi 光纖光柵由光纖光柵由 來調(diào)制脈沖的幅度來調(diào)制脈沖的幅度 #將相位響應(yīng)展開為泰勒級(jí)數(shù)將相位響應(yīng)展開為泰勒級(jí)數(shù): :20.2 使光脈沖產(chǎn)生固定相移，使光脈沖產(chǎn)生固定相移， 使光脈沖產(chǎn)生使光脈沖產(chǎn)生群速時(shí)延，群速時(shí)延， 使光脈沖發(fā)生色散。假定使光脈沖發(fā)生色散。假定 在在脈沖的帶寬內(nèi)為常數(shù)，且抽出光纖光柵的時(shí)脈沖的帶寬內(nèi)為常數(shù)，且抽出光纖光柵的

7、時(shí)延因子延因子0 22,0,exp2fffiULUL #假設(shè)入射脈沖為高斯脈沖假設(shè)入射脈沖為高斯脈沖, ,脈沖寬度為脈沖寬度為 0 0 , , 則則其歸一化振幅為其歸一化振幅為2210204 ln21fL 200 ,ex p4 ln2tUt 通過長(zhǎng)度為通過長(zhǎng)度為L(zhǎng)f Lf 的光纖后脈沖寬度的光纖后脈沖寬度 為為122,0,exp2ffiLU LU 代入代入#2220204 ln 21fL22,0,exp2ffiLU LU 22,0,exp2fffiULUL 通過光纖光柵對(duì)色散補(bǔ)償后其脈沖寬度為通過光纖光柵對(duì)色散補(bǔ)償后其脈沖寬度為2#理想補(bǔ)償?shù)那闆r下，要求理想補(bǔ)償?shù)那闆r下，要求 通過光纖光柵的通

8、過光纖光柵的壓縮比為，即壓縮比為，即221122004 ln211M202fL MM反映了光纖光柵壓縮脈沖的能力反映了光纖光柵壓縮脈沖的能力#線性啁啾光纖光柵：光柵折射率調(diào)制幅度沿軸向線性啁啾光纖光柵：光柵折射率調(diào)制幅度沿軸向保持常數(shù)，而周期沿光柵軸向線性變化的光柵。保持常數(shù)，而周期沿光柵軸向線性變化的光柵。周期的表達(dá)式為周期的表達(dá)式為 02effCzzn 對(duì)應(yīng)初始波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)初始波長(zhǎng) 的周期的周期, C, C為啁啾系數(shù)為啁啾系數(shù)表示布拉格波長(zhǎng)沿縱向表示布拉格波長(zhǎng)沿縱向z z的變化率，單位的變化率，單位nm/cmnm/cm00dCdz#光柵的傳播常數(shù)隨光柵長(zhǎng)度變化的光柵的傳播常數(shù)隨光柵長(zhǎng)度變化的2

9、022CzKL根據(jù)布拉格條件，反射光波的傳播常數(shù)根據(jù)布拉格條件，反射光波的傳播常數(shù)隨空間位置的變化為隨空間位置的變化為 202KCz L 00g 對(duì)對(duì) 進(jìn)行展開進(jìn)行展開啁啾光纖光柵性能啁啾光纖光柵性能增加光柵長(zhǎng)度可以改變其性能增加光柵長(zhǎng)度可以改變其性能#00 0為對(duì)應(yīng)光柵中心點(diǎn)的反射光角頻率為對(duì)應(yīng)光柵中心點(diǎn)的反射光角頻率反射光頻率隨位置的變化為反射光頻率隨位置的變化為02gCvzL光柵兩端反射的光頻分量的頻率間隔為光柵兩端反射的光頻分量的頻率間隔為22gCL從光柵兩端反射的光頻分量的時(shí)延差從光柵兩端反射的光頻分量的時(shí)延差2gL#啁啾光柵的色散量啁啾光柵的色散量22222FBGgLDCvCFBG

10、gLD 22gCL對(duì)一定長(zhǎng)度的啁啾光柵，增大啁啾系數(shù)對(duì)一定長(zhǎng)度的啁啾光柵，增大啁啾系數(shù)C C時(shí)時(shí)帶寬增加，但色散量減小，為此用帶寬和色帶寬增加，但色散量減小，為此用帶寬和色散的積來表示啁啾光柵的補(bǔ)償能力散的積來表示啁啾光柵的補(bǔ)償能力啁啾光柵的色散補(bǔ)償能力隨光柵長(zhǎng)度的增大而啁啾光柵的色散補(bǔ)償能力隨光柵長(zhǎng)度的增大而增大增大#折射率均勻調(diào)制的折射率均勻調(diào)制的FBGFBG的反射譜，除了位的反射譜，除了位于零失諧附近的主反射峰外，其兩側(cè)有一于零失諧附近的主反射峰外，其兩側(cè)有一系列的旁瓣。反射率旁瓣的存在會(huì)嚴(yán)重地系列的旁瓣。反射率旁瓣的存在會(huì)嚴(yán)重地影響光柵的濾波特性影響光柵的濾波特性CFBGCFBG的反射

11、譜也存在旁瓣，反射帶寬內(nèi)反射的反射譜也存在旁瓣，反射帶寬內(nèi)反射譜不平坦，時(shí)延特性曲線存在較大的振蕩，譜不平坦，時(shí)延特性曲線存在較大的振蕩，線性度差。線性度差。切趾技術(shù)可以有效的改善光柵的性能。切趾技術(shù)可以有效的改善光柵的性能。#通過切趾技術(shù)，可以有效抑制反射譜的旁瓣，獲通過切趾技術(shù)，可以有效抑制反射譜的旁瓣，獲得較高的旁瓣抑制比，同時(shí)減少時(shí)延曲線的振蕩。得較高的旁瓣抑制比，同時(shí)減少時(shí)延曲線的振蕩。光纖光柵的折射率調(diào)制為：光纖光柵的折射率調(diào)制為： 為切趾函數(shù)，常用的切趾包絡(luò)函數(shù)主要有為切趾函數(shù)，常用的切趾包絡(luò)函數(shù)主要有 fz余弦、柯西和漢明函數(shù)余弦、柯西和漢明函數(shù)#2/, 2/)(cos)(LL

12、zzLzTA2/, 2/)2(1)2(1)(22LLzLBzLzzT2/, 2/1)2cos(1)(LLzCLzzT余弦窗余弦窗柯西窗柯西窗漢明窗漢明窗2/, 2/)(exp)(2LLzLzGzT高斯窗高斯窗2/, 2/22)4cos()2cos()1 (1)(LLzBLzBLzBzT布萊曼窗布萊曼窗#優(yōu)化啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償優(yōu)化啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償啁啾光纖光柵由于帶寬有限啁啾光纖光柵由于帶寬有限, ,多用于補(bǔ)償單波系統(tǒng)多用于補(bǔ)償單波系統(tǒng), ,但但在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)同時(shí)補(bǔ)在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)同時(shí)補(bǔ)償色散和色散斜率。償色散和色散斜率。#應(yīng)用簡(jiǎn)介應(yīng)用簡(jiǎn)介容易實(shí)現(xiàn)器件的小型化容易實(shí)現(xiàn)器件的小型化: :啁啾光纖光柵一般制作于普通啁啾光纖光柵一般制作于普通單模光纖或是與之兼容的特殊光纖上，且長(zhǎng)度很短，單模光纖或是與之兼容的特殊光纖上，且長(zhǎng)度很短，所以附加損耗很小，而且?guī)缀醪皇芄饫w非線性影