光纖光柵的制作與應用

1、目錄 TOC o 1-5 h z 摘要1引言21.光纖光柵制作方法2 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 1.1光纖光柵的特點2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.2光纖光柵的分類4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 1.2.1按其空間周期和折射率系數(shù)分布特性4 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.2.2根據(jù)光纖光柵的成柵機理5 HYPERLINK l bookmark21 o Current Do

2、cument 1.3光柵光纖的制備6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1.4成柵的紫外光源7 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 1.5成柵方法8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1.5.1短周期光纖光柵的制作8 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.5.2長周期光纖光柵的制作10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2光纖光柵的應用11 HYPE

3、RLINK l bookmark43 o Current Document 2.1光纖光柵在光纖通信系統(tǒng)中的應用13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 2.1.1有源器件132.1.2無源器件13 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 2.2可見光纖光柵的應用13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2.2.1 光源14 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 2.2.2光纖放大器15 HYPERLINK l

4、 bookmark58 o Current Document 2.2.3色散補償器15 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 2.2.4光分插復用器（OADM ） 16 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 2.2.5光終端復接器（OTM ） 172.2.6波長交換18 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 3發(fā)展前景展望19參考文獻21VUHAN VOCiriONAI (011(6( OF SOFFRAK AND HGIHIIRING摘 要： 近年來，各種

5、新的光纖光柵寫入方法成出不窮，各種 新型光纖光柵及其應用領域不斷涌現(xiàn)，而且光纖光柵的制作技術與其 應用領域有著密切的聯(lián)系。本文主要綜述了光纖光柵的制作技術及其 一些特種光柵制作方法的最新進展。為了介紹各種光光纖光柵制作方法的應用領域，本文首先介紹了 光纖光柵的光學特性，光敏光纖的制備方法和所需光源等知識。對于 光纖的制作技術，分別說明了短周期光纖光柵（FBG），長周期光纖 光柵（LFPG）的各種寫入方法，啁啾光纖光柵和切趾光纖光柵以其獨 到的優(yōu)勢而備受關注，因此，本文也對他們的特殊寫入方法進行了闡 述。并比較了各自的優(yōu)缺點。日前，光纖光柵具有附加損耗小、體積小、能與光纖很好地耦合、 可與其他光

6、纖器件融成一體等特性，是全光網中的關鍵技術器件。光 纖光柵技術可以為全光通信系統(tǒng)中光源、光放大、色散補償、光終端 復接器（OTM）、光交叉連接（OXC）等關鍵部件提供解決方案。本文 介紹了光纖光柵在全光網絡中所發(fā)揮的作用，闡述了光纖光柵的特 點，對光纖光柵進行了分類，著重分析了光纖光柵在光通信系統(tǒng)中的 典型應用，并對其發(fā)展前景作出了展望。關鍵詞：光纖光柵成柵機理光纖無源器件全光通信分析光纖光柵解調的基本原理和常用解調方法的工作機理、性 能和特點，從光纖傳感技術的優(yōu)勢出發(fā)，介紹了光纖光柵傳感智能結 構的優(yōu)點，對波長解調方法如匹配解調法、可調諧激光器法、干涉法、 濾波法等做了詳細的討論，闡述了相應

7、的系統(tǒng)設計方案，并對各種 方法的優(yōu)、缺點進行了分析和討論。提出光纖光柵傳感器在實際應用 中所面臨的主要技術難題，分析現(xiàn)有的解決方案，討論光纖光柵傳感 器在進一步實用化中需要解決的難題及其未來的發(fā)展趨勢。1.光纖光柵制作方法1.1光纖光柵的特點光纖光柵具有體積小、波長選擇性好、不受非線性效應影響、極 化不敏感、易于與光纖系統(tǒng)連接、便于使用和維護、帶寬范圍大、附 加損耗小、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特 性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規(guī)模生產，成本低， 因此它具有良好的實用性，其優(yōu)越性是其他許多器件無法替代的.這 使得光纖光柵以及基于光纖光柵的器件成為全光網中理想的

8、關鍵器 件。1978年K.O.Hill等人首先在摻鍺光纖中米用駐波寫入法制成第 一只光纖光柵，經過二十多年來的發(fā)展，在光纖通信、光纖傳感等領 域均有廣闊的應用前景。隨著光纖光柵制造技術的不斷完善，光纖光 敏性逐漸提高；各種特種光柵相繼問世，光纖光柵某些應用已達到商 用化程度。應用成果日益增多，使得光纖光柵成為日前最有發(fā)展前途、 最具代表性和發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一?，F(xiàn)在一般采用高強度紫外光源通過Phase Mask所形成的干涉條 紋對光纖進行側面橫向曝光以在該光纖芯中產生折射率從而調制或 相位光柵，如圖1-1所示。圖1-1光纖光柵傳感系統(tǒng)的基本原理圖當光纖光柵受應變和周圍的溫度發(fā)生變化時

9、，將導致光柵周期A 和有效纖芯折射率neff產生變化，從而產生光柵Bragg信號的波長漂 移B，通過監(jiān)測Bragg波長B的變化情況，即可獲得測點上光纖光 柵的應變和周圍溫度的變化狀況。光纖光柵波長漂移B與應變和溫 度變化的關系如下： =人B （1 - Px）Ab + （以人+以門）函 _X S Ab+人 S AT B tB T其中，第一項代表光纖的應變效應，第二項表示溫度對光纖的影 響。在波長人B=1550 nm，典型的應變敏感系數(shù)為s = 0.8x 10-6Re -1；溫 度敏感系數(shù)為St= 6.0 x 10 -6 C-1。所以，光纖光柵Bragg波長的變化與 應變或環(huán)境溫度的變化呈線性變化

10、關系，通過檢測光纖光柵Bragg波 長，就可以測得應變或環(huán)境溫度。在工程應用中一般采用合適應用的 方法，用環(huán)氧樹脂膠進行封裝，外加保護封裝進行保護，從而形成光 纖光柵光纖傳感器。由于光纖光柵（FBG）只能對某個波長進行反射，反射波長的 變化需要通過光纖光柵解調儀來測量，一般需要對多個光纖光柵傳感 器進行測量，也就是說要進行波分復用，將多個光纖光柵（FBG）的 串接、每個光纖光柵（86）對于一個中心波長，在保證測量的動 態(tài)范圍內，各個光纖光柵（FBG）的波長之間不重疊，這樣通過光纖 光柵解調儀（FBG Interrogator）實現(xiàn)對不同光纖光柵傳感器的反射波 長的測量，從而轉化成壓力或應變的數(shù)

11、據(jù)。1.2光纖光柵的分類根據(jù)不同法分類標準，可以把光纖光柵分成不同的類別。1.2.1按其空間周期和折射率系數(shù)分布特性光纖光柵按其空間周期和折射率系數(shù)分布特性可分為:均勻周期光纖布喇格光柵：通常稱為布喇格光柵，是最早發(fā)展 起來的一種光柵，也是目前應用最廣的一種光柵。折射率調制深度和 柵格周期均為常數(shù)，光柵波矢方向跟光纖軸向一致。此類光柵在光纖 激光器、光纖傳感器、光纖波分復用/解復用等領域有重要應用價值。啁啾光柵：柵格間距不等的光柵。有線性啁啾和分段啁啾光柵， 主要用來做色散補償和光纖放大器的增益平坦。閃耀光柵：當光柵制作時，紫外側寫光束與光纖軸不垂直時， 造成其折射率的空間分布與光纖軸有一個小

12、角度，形成閃耀光柵。長周期光柵：柵格周期遠大于一般的光纖光柵，與普通光柵不 同，它不是將某個波長的光反射，而是耦合到包層中去，目前主要用 于EDFA的增益平坦和光纖傳感。相移光柵：在普通光柵的某些點上，光柵折射率空間分布不連 續(xù)而得到的。它可以看作是兩個光柵的不連續(xù)連接。它能夠在周期性 光柵光譜阻帶內打開一個透射窗口，使得光柵對某一波長有更高的選 擇度?？梢杂脕順嬙於嗤ǖ罏V波器件。此外還有Tapered光纖光柵，取樣光纖光柵、Tophat光柵、超 結構光柵等。1.2.2根據(jù)光纖光柵的成柵機理根據(jù)光纖光柵的成柵機理來分可分為三種：I型、IIA型和II型。I型光柵：即最常見的光柵，可成柵在任何類型

13、的光敏光纖上， 其主要特點是其導波模的反射譜跟透射譜互補，幾乎沒有吸收或包層 耦合損耗；另一特點是容易被“擦除”，即在較低溫度（200C左右） 下光柵會變弱或消失。IIA型光柵：成柵于高摻鍺（15%mol）光敏光纖或硼鍺共摻光 敏光纖上，曝光時間較長。成柵機理于1型不同。其寫入過程為：曝 光開始不久，纖芯中形成I型光柵，隨著曝光時間的增加，此光柵被 部分或者完全擦除，然后再產生第二個光柵，即形成IIA型光柵，其 溫度穩(wěn)定性優(yōu)于1型光柵，直到500C附近才能觀察到光柵的擦除效 應，更適合于在高溫下使用，如高溫傳感等。I型光柵：由單個高能量光脈沖（大于0.5J/cm2 ）曝光形成。 其透射譜只能使

14、波長大于Bragg波長的光透射，波長小的部分被耦合 到包層中損耗掉。成柵機理可理解為能量非均勻的激光脈沖被纖芯石 英強烈放大造成纖芯物理損傷的結果。有極高的溫度穩(wěn)定性，在800C 下放置24小時無明顯變化，在1000C環(huán)境中放置4小時后大部分光 柵才消失。1.3光柵光纖的制備采用適當?shù)墓庠春凸饫w增敏技術，可以在幾乎所有種類的光纖上 不同程度的寫人光柵。所謂光纖中的光折變是指激光通過光敏光纖 時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應的變化，如這種折射 率變化呈現(xiàn)周期性分布，并被保存下來，就成為光纖光柵。光纖中 的折射率改變量與許多參數(shù)有關，如照射波長、光纖類型、摻雜水平 等。如果不進行其它處理

15、，直接用紫外光照射光纖，折射率增加僅為10 4數(shù)量級便已經飽和，為了滿足高速通信的需要，提高光纖光敏性 日益重要，目前光纖增敏方法主要有以下幾種：1）摻入光敏性雜質，如：鍺、錫、棚等。2）多種摻雜（主要是B/Ge共接）。3）高壓低溫氫氣擴散處理。4）劇火。1.4成柵的紫外光源光纖的光致折射率變化的光敏性主要表現(xiàn)在244nm紫外光的錯 吸收峰附近，因此除駐波法用488nm可見光外，成柵光源都是紫外 光。大部分成柵方法是利用激光束的空間干涉條紋，所以成柵光源的 空間相干性特別重要。目前，主要的成柵光源有準分子激光器、窄線 寬準分子激光器、倍頻Ar離子激光器、倍頻染料激光器、倍頻OPO 激光器等，根

16、據(jù)實驗結果，窄線寬準分子激光器是目前用來制作光纖 光柵最為適宜的光源。它可同時提供193nm和244nm兩種有效的寫 入波長并有很高的單脈沖能量，可在光敏性較弱的光纖上寫人光柵并 實現(xiàn)光纖光柵在線制作。如圖1-2所示。振幅掩模板圖1-2紫外光透過振幅掩模板制作光柵示意圖1.5成柵方法光纖光柵制作方法中的駐波法及光纖表面損傷刻蝕法，成柵條件 苛刻，成品率低，使用受到限制，日前主要的成柵有下列幾種。1.5.1短周期光纖光柵的制作短周期光纖光柵（FBG，也叫反射或布喇格光柵）:光柵周期一般為 零點幾個微米，耦合發(fā)生在正向與反向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的一個重 要特性是將某一頻段內的光反射回去，如圖1-3所

17、示。圖1-3短周期光纖光柵（m為衍射級數(shù)）2）內部寫入法：內部寫入法又稱駐波法。將波長488nm的基 模氛離子激光從一個端面耦合到錯摻雜光纖中，經過光纖另一端面反 射鏡的反射，使光纖中的人射和反射激光相干涉形成駐波。由于纖芯 材料具有光敏性，其折射率發(fā)生相應的周期變化，于是形成了與干涉 周期一樣的立體折射率光柵，它起到了 Bragg反射器的作用。已測得 其反射率可達90%以上，反射帶寬小于200MHZ。此方法是早期使 用的，由于實驗要求在特制鍺摻雜光纖中進行，要求鍺含量很高，芯 徑很小，并且上述方法只能夠制作布拉格波長與寫入波長相同的光纖 光柵，因此，這種光柵幾乎無法獲得任何有價值的應用，現(xiàn)在

18、很少被 采用。示。用準分子激光干涉的方法，Melt等人首次制作了橫向側面 曝光的光纖光柵。用兩束相干紫外光束在接錯光纖的側面相干，形成 干涉圖，利用光纖材料的光敏性形成光纖光柵。柵距周期由A =kuv /（2sin0 ）給出。可見，通過改變人射光波長或兩相干光束之間的夾 角，可以改變光柵常數(shù)，獲得適宜的光纖光柵。但是要得到高反射率 的光柵，則對所用光源及周圍環(huán)境有較高的要求。這種光柵制造方法 采用多脈沖曝光技術，光柵性質可以精確控制，但是容易受機械震動 或溫度漂移的影響，并且不易制作具有復雜截面的光纖光柵，目前這 種方法使用不多。b）光纖光柵的單脈沖寫入：由于準分子激光具有很高的單脈沖 能量，

19、聚焦后每次脈沖可達8226Jcm 2近年來又發(fā)展了用單個激光 脈沖在光纖上形成高反射率光柵。英國南安普敦大學的Archambanlt 等人對此方法進行了研究，他們認為這一過程與二階和雙光子吸收有 關。由于光柵成柵時間短，因此環(huán)境因素對成柵的影響降到了最低限 度。此外，此法可以在光纖技制過程中實現(xiàn)，接著進行涂覆，從而避 免了光纖受到額外的損傷，保證了光柵的良好強度和完整性。這種成 柵方法對光源的要求不高，特別適用于光纖光柵的低成本、大批量生 產。c）相位掩膜法：將用電子束曝光刻好的圖形掩膜置于探光纖上， 相位掩膜具有壓制零級，增強一級衍射的功能。紫外光經過掩膜相位 調制后衍射到光纖上形成干涉條紋

20、，寫入周期為掩膜周期一半的 Bragg光柵。這種成柵方法不依賴于人射光波長，只與相位光柵的周 期有關，因此，對光源的相干性要求不高，簡化了光纖光柵的制造系 統(tǒng)。這種方法的缺點是制作掩膜復雜，為使KrF準分子激光光束相位 以知間。這樣得到的相位掩膜版可使準分子激光光束通過掩膜后，零 級光束小子衍射光的5%，人射光束轉向+1和-1級衍射，每級衍射光 光強的典型值比總衍射光的35%還多。用低相干光源和相位掩膜版 來制作光纖光柵的這種方法非常重要，并且相位掩膜與掃描曝光技術 相結合還可以實現(xiàn)光柵耦合截面的控制，來制作特殊結構的光柵。該 方法大大簡化了光纖光柵的制作過程，是目前寫入光柵極有前途的一 種方

21、法。1.5.2長周期光纖光柵的制作長周期光纖光柵（LPG，也叫傳輸光柵）:光柵周期在100Lm以上， 耦合發(fā)生在同向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的特性是將導波中某頻段的光耦 合到包層中損耗掉而讓其他頻段的光通過，如圖1-4所示。因為長周 期光纖光柵的出現(xiàn)較晚，其理論分析及實際應用還有待于進一步的發(fā) 展。圖1-4長周期光纖光柵a）掩膜法：掩膜法是日前制做長周期光纖光柵最常用的一種方 法。實驗中采用的光纖為光敏光纖，PC為偏振控制器，AM為振幅 掩膜，激光器照射數(shù)min后，可制成周期60m1mm范圍內變化 的光柵，這種方法對紫外光的相干性沒有要求。b）逐點寫人法：此方法是利用精密機構控制光纖運動位移，每 隔

22、一個周期曝光一次，通過控制光纖移動速度可寫入任意周期的光 柵。這種方法在原理上具有最大的靈活性，對光柵的耦合截面可以任 意進行設計制作。原則上，利用此方法可以制作出任意長度的光柵， 也可以制作出極短的高反射率光纖光柵，但是寫人光束必須聚焦到很 密集的一點，因此這一技術主要適用于長周期光柵的寫入。它的缺點 是需要復雜的聚焦光學系統(tǒng)和精確的位移移動技術。日前，由于各種 精密移動平臺的研制，這種長周期光纖光柵寫入方法正在越來越多的 被采用。2光纖光柵的應用隨著信息業(yè)務量快速增長，語音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務綜合在一起 傳輸，從而對通信帶寬容量提出了更高要求。由于無線電頻譜和電纜 帶寬非常有限，其極限速率只

23、有20Gb/s左右，即所謂的“電子瓶頸”。 盡管人們引入了光通信，光作為信息傳輸?shù)妮d體帶寬達30THz以上， 但是由于量子效應導致光纖線路中各種復用/解復用和光電/電光轉換 器件處理電信號時仍存在著速率“瓶頸”，限制了信息的傳輸速率。 進入20世紀90年代，以時分復用（TDM）為基礎的電傳送網難以 適應需要，這使得人們再次意識到要突破電信號處理速率“瓶頸”就 必須引入光信號處理方法，包括光信號的直接處理（即避免光電和 電光轉換，需要電信號時除外）及交叉連接等，這就導致以光波分復 用（WDM）為基礎的全光通信網（AON）成為人們研究的熱點。全光通信是解決“電子瓶頸”最根本的途徑，全光網通信可以極

24、 大地提高節(jié)點的吞吐容量，適應未來高速寬帶通信的要求。全光通信 網也是目前國際上發(fā)展最快的領域，全光通信意味著在通信過程的各 個環(huán)節(jié)都用光波來完成，中間無需任何光一電一光變換。全光通信的 發(fā)展完全取決于網絡中光放大、光補償、光交換以及光處理等關鍵技 術的發(fā)展。光纖光柵的出現(xiàn)使許多復雜的全光網通信成為可能。光纖光柵是 利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣 寫入纖芯，在纖芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成 永久性空間的相位光柵，其作用實質上是在纖芯內形成一個窄帶的 （透射或反射）濾波器或反射鏡。當一束寬光譜光經過光纖光柵時， 滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產生反

25、射，其余的波長透過光纖光 柵繼續(xù)傳輸。利用光纖光柵這一特性可構成許多性能獨特的光電子器 件。研究表明光纖光柵以及基于光纖光柵的器件已經能夠解決全光通 信系統(tǒng)中許多關鍵技術。2.1光纖光柵在光纖通信系統(tǒng)中的應用光纖光柵作為一種新型光器件，主要用于光纖通信、光纖傳感和 光信息處理。在光纖通信中實現(xiàn)許多特殊功能，應用廣泛，可構成的 有源和無源光纖器件分別是：2.1.1有源器件有源光柵光纖器件有：光纖激光器（光柵窄帶反射器用于DFB 等結構，波長可調諧等）；半導體激光器（光纖光柵作為反饋外腔及 用于穩(wěn)定980nm泵浦光源）；EDFA光纖放大器（光纖光柵實現(xiàn)增益 平坦和殘余泵浦光反射）；Ramam光纖放

26、大器（布喇格光柵諧振腔）； 2.1.2無源器件無源光柵光纖器件有：濾波器（窄帶、寬帶及帶阻；反射式和透 射式）；WDM波分復用器（波導光柵陣列、光柵濾波組合）；OADM 上下路分插復用器（光柵選路）；色散補償器（線性啁啾光纖光柵實 現(xiàn)單通道補償，抽樣光纖光柵實現(xiàn)WDM系統(tǒng)中多通道補償）；波長 變換器OTDM延時器OCDMA編碼器光纖光柵編碼器。2.2可見光纖光柵的應用可見光纖光柵的應用滲透在光纖通信系統(tǒng)的每個角落，有關專家預言：光纖光柵技術和器件將為正在研究和發(fā)展的WDM系統(tǒng)帶來一 場革命。下面就一些比較典型的應用做以分析。2.2.1光源光纖光柵激光器產生的光信號更符合全光通信系統(tǒng)對光源的要

27、求。而半導體激光器的波長較難符合ITU-T建議的WDM波長標準 要求，相反利用光纖光柵做成的激光器則能非常準確地控制波長，且 制作成本低。光纖光柵激光器是光纖通信系統(tǒng)中一種很有前途的光源，它是利 用均勻光纖光柵來選擇出射光的波長。外腔光纖激光器一般有兩種結 構：一種是分布布拉格反射（DBR）光纖光柵激光器，利用一段稀土 摻餌光纖（EDF）和一對均勻光纖光柵（Bragg波長相同）構成諧振 腔；另一種是分布反饋（DFB）光纖光柵激光器，其結構如圖2-1利 用直接在稀土摻雜光纖（如。）寫入的均勻光柵構成諧振腔。111|)1111 1K隔離豪1岳111摻鉗光纖匕柵光在泵浦（旦）圖2-1光纖光柵激光器結

28、構原理圖光纖激光器作為光纖通信系統(tǒng)中一種很有前途的光源，其優(yōu)點主 要體現(xiàn)在：激光出射波長線寬極窄、可調諧；具有波導式光纖結構， 與標準通信光纖兼容性好;高頻調制下頻率啁啾效應小;抗電磁干擾; 溫度膨脹系數(shù)(Coefficient of the thermal expansion)較半導體激光器 小、成本低等。2.2.2光纖放大器影響光纖通信向長距離和高速率方向發(fā)展的兩個主要因素是損 耗和色散，其中的損耗問題自從摻餌光纖放大器(EDFA)產生后已 得到解決。然而摻餌光纖放大器具有增益不平坦性。利用閃耀光纖光 柵的透射譜特性可以抑制光纖放大器的增益峰，從而使引入閃耀光纖 光柵后的光纖放大器增益譜平

29、坦化。如圖2-2所示。圖2-2閃耀光纖光柵折射率分布原理圖2.2.3色散補償器光纖損耗、色散和非線性是影響光纖傳輸能力的三個最主要因素。 摻餌光纖放大器的研制成功基本解決了損耗的問題。隨著全光通信速 率的提高，色散和非線性對系統(tǒng)傳輸能力的影響變得愈發(fā)顯著。經過 近年來的研究，光纖光柵色散補償器已經基本解決了光纖傳輸系統(tǒng)中 的色散問題。光纖光柵被償色散的原理是：在啁啾（Chirp）光纖光柵不同反 射點有不同的反射波長，我們讓紅移分量在光柵前端反射，而讓藍移 分量在光柵末端反射，即藍移分量比紅移分量多走2L的距離。由于 色散在光脈沖中紅藍移分量之間產生的距離差，經過光柵后，滯后的 紅移分量便會趕上

30、藍移分量，這樣就消除了色散效應。日前光纖光柵 作為色散補償已經達到實用階段。如圖2-3所示。H（h m+wwt=吟哉&龍圖2-3啁啾光纖光柵色散補償原理圖2.2.4光分插復用器（OADM）光分插復用器實際是合波器與分波器的組合。光分插復用器作為 全光網中的重要器件，其功能是從分波器中有選擇的取下幾路通過本 地的光信號，其余路波長直通合波器，另外可以有幾路本地波長信號 輸入，與直通的信號復合在一起輸出（Add）。也就是說OADM在光 域內實現(xiàn)了傳統(tǒng)的SDH設備中電的分插復用器在時域中的功能。如 圖2-4所示。圖2-4光纖光柵型波分復用器原理圖2.2.5光終端復接器（OTM）光終端復接器（OTM）

31、的作用是將終端用戶光波長復用進系統(tǒng) 中，或在終端從系統(tǒng)中解出用戶需要的波長。光終端復接器是基于 WDM全光網系統(tǒng)中不可缺少的設備。其核心部件就是復用/解復用器 （分波/合波器）。它可以實現(xiàn)在一根光纖中傳輸多個波長的信道，并 在終端將不同的波長分別解出。由于全光網系統(tǒng)中波長之間的間隔很 小，因此對復用/解復用設備提出了很高的要求。由于均勻光纖光柵具有良好的濾波性能，并且有較窄的帶寬。利 用一組均勻光纖光柵的透射可以進行合波；利用其反射可以進行分 波，因此采用均勻光纖光柵可制成復用/解復用器。光纖光柵的中心 波長分別為入1，入2，入n。復用信號（入1，入2，入n）經 過解復用器后，各個波長分別從不

32、同的端口輸出，實現(xiàn)了光的解復用。如圖2-5所示。it島%LIIIU 11 H 1111111 11 IIIIHIIHIII IIIIl A. l l圖2-5光纖光柵型波分復用器原理圖2.2.6波長交換全光網絡為克服“電子瓶頸”，網絡路由方式也將采用波長路由 方式，由于通信波長資源的有限性，使得全光波長變換技術在全光通 信網系統(tǒng)中成為不可缺少的關鍵技術之一。波長變換技術是把光信號 從一個波長轉換為另一個波長的一種手段，它可以實現(xiàn)波長重用、波 長路由、波長選擇開關和全光交換等功能。日前為止，已經報道了多 種結構和機制的波長轉換器，這些波長轉換器都各有特點和欠缺。如 圖2-6所示。F 弋 Chip3

33、 HIH pd IFBG-ECLT41圖2-6基于光纖光柵的波長轉換器3發(fā)展前景展望目前全光通信的研究還處于起步階段，許多技術難點需要克服。 雖然光纖光柵不能解決全光通信中所有的技術難點，但是對光纖光柵 技術和器件的研究可以解決全光通信系統(tǒng)中許多關鍵技術。因此對光 纖光柵的研究可以促進全光通信網的早日實現(xiàn)。光纖光柵是目前也是將來很長一段時間內光纖通信系統(tǒng)中最具 實用價值的無源光器件之一，利用它可組成多種新型光電子器件，由 于這些器件的優(yōu)良性能使人們更加充分地利用光纖通信系統(tǒng)的帶寬 資源。對光纖光柵的研究和開發(fā)正逐步深入到光纖通信系統(tǒng)的每一個 細節(jié)，從波分復用系統(tǒng)的合波/分波、光纖放大器的增益平

34、坦、色散 補償，到全光網絡上下路、波長路由、光交換等，光纖光柵的應用將 推動高速光通信的發(fā)展，將在未來的高速全光通信系統(tǒng)中扮演重要的 角色。在光纖光柵研究成果轉化方面目前國內外的差距還不算太大， 我國應集中力量發(fā)展民族光電子產業(yè)，使光纖光柵研究成果盡早產業(yè) 化，為國家經濟服務。為了刻寫出應用于各種場合的光柵，相繼提出了各種技術。為了 克服曝光時間長，對干涉計要求高，提出一種僅用20ns的單脈沖刻 寫的方法，隨后又發(fā)展成為在光纖拉制時就進行刻寫光柵的方法。另 一個堅固、穩(wěn)定、易于準直和重復性好的技術是用相位掩膜照射來代 替全息曝光。紫外光透過掩膜直接照射到光敏光纖上，則相位光柵掩 膜的一級衍射光束在光纖芯形成布喇格光柵。為了改善光纖的光敏性，提出了摻鍺、摻硼、“氫載”等技術。“氫載”技術是將標準通信光纖置于低溫和高壓氫氣中10余天，能大大增強光纖的光敏性。在未來通訊事業(yè)日益發(fā)達的