CN101958754A - 一种色散标准器 - Google Patents

Abstract

一种色散标准器，包括：一输入光纤；一波导，该波导一端的端面与输入光纤耦合对准连接；一输出光纤，该输出光纤与波导的另一端的端面耦合对准连接。本发明是采用波导器件结构，采用光纤耦合方式，能够直接与被测设备连接，采用不同标称值的一系列色散标准器，能够完成在较大测量范围内的被测设备的检测校准工作。

Description

一种色散标准器

技术领域

本发明主要涉及一种新型色散标准器，特别是支持色散分析仪现场校准用色散标准器。

背景技术

随着光纤及其相关技术的迅速发展，单通道光纤的传输速率可达40Gb/s甚至更高，这与高速光纤通信系统的发展要求相一致的，但光纤色散问题仍然是影响系统性能的主要问题之一，色散问题已成为阻碍光纤通信密集波分复用系统传输速率升级的主要因素之一。

光通信系统中的色散效应取决于光源和光纤两者综合特性。当光源是线宽非常窄的点频光源时，通信系统不用考虑色散问题。但是实际使用的激光光源LD辐射为具有一定光谱宽度的光源，当光源输出的光谱线越宽，在光纤中传播的色散效应就越大。

在实验室条件下色散的测量方法主要有相移法、干涉法和脉冲时延法等方法。相移法是测量单模光纤色散的基准测量方法，其测量原理是通过测量不同波长的光信号经过光纤后产生的相移量，计算得出不同波长的相对群时延，再经过进一步的拟合和运算得到光纤的色散特性曲线。脉冲时延法是利用采样示波器对经过脉冲发生器调制的光源信号与时延量相比较，得到被测光系统的色散值。干涉法测量色散其原理是利用参考光纤并改变定位距离，再与被测光系统耦合，经过标准探测器得到干涉信号，计算得到被测光系统的色散值。

随着光通信技术的不断发展，色散测量日益广泛应用于生产过程中，对色散分析仪等商用色散测量仪表的现场快速检测需求也随之增加，因此急需一种色散标准器对相关仪表进行现场检测及量值传递。在实际检测过程中，首先通过国家计量基标准对色散标准器的色散值进行准确测量，然后将其连接到被检仪表上，读取该仪表的色散测量值，将该值与标准值相比较，从而计算得出该仪表的示值误差。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种色散标准器，其具有以下优点：

1.采用波导器件结构，制备方法简单，体积小，成本低。

2.采用光纤耦合方式，能够直接与被测设备连接，测试效率高。

3.采用不同标称值的一系列色散标准器，能够完成在较大测量范围内的被测设备的检测校准工作。

本发明提供一种色散标准器，包括：

一输入光纤；

一波导，该波导一端的端面与输入光纤耦合对准连接；

一输出光纤，该输出光纤与波导的另一端的端面耦合对准连接。

其中所述的波导包括：

一阵列波导光栅，该阵列波导光栅包括输入波导和输出波导；

一微型环结构的光延时系统，该微型环结构的光延时系统与阵列波导光栅的输出耦合连接。

其中波导为二氧化硅材料或SOI材料或III-V族材料。

其中阵列波导光栅采用多端口输入多端口输出的结构，或采用一端口输入多端口输出的结构。

其中微型环结构的光延时系统采用单级微型环光延时结构。

其中微型环结构的光延时系统采用多级微型环光延时结构。

其中的输入光纤和输出光纤采用单模标准光纤，或采用多模光纤或者采用保偏光纤。

其中的输入光纤和输出光纤的尾端采用FC/PC或FC/APC或ST接头。

附图说明

为了进一步说明本发明的特征和效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为色散标准器连接结构示意图；

图2为具有单级光延时系统的色散标准器波导结构示意图。

图3为具有多级光延时系统的色散标准器波导结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1图2及图3所示，本发明提供一种色散标准器，包括：

一输入光纤10；

一波导20，该波导20一端的端面与输入光纤10耦合对准连接，其中所述的波导20包括：

一阵列波导光栅40，该阵列波导光栅40包括输入波导401和输出波导402，该阵列波导光栅40是采用单端口输入多端口输出的结构，或采用多端口输入多端口输出的结构；

一微型环结构的光延时系统50，该微型环结构的光延时系统50与阵列波导光栅40的输出端402耦合连接，该微型环结构的光延时系统50是采用单级微型环光延时结构，或采用多级微型环光延时结构(参阅图3)；

一输出光纤30，该输出光纤30与波导20的另一端的端面耦合对准连接；

其中波导20为二氧化硅材料或SOI材料或其他III-V族材料；

其中所述的光纤10和光纤30是采用单模标准光纤，或采用多模光纤或者采用保偏光纤，该光纤10和光纤30的尾端是采用FC/PC或FC/APC或ST接头101、102。

在实际检测过程中，首先通过国家计量标准装置对色散标准器的色散值进行准确测量并标定，当客户仪表需要校准时，将该色散标准器连接到被检仪表上，读取该仪表的色散测量值，将该值与标定值相比较，从而计算得出该仪表的示值误差。

图1是色散标准器连接结构示意图图。该器件包括输入光纤10；光纤10端面与具有波导结构的阵列波导光纤及延时线系统20相连；波导结构的阵列波导光纤及延时线系统20与输出光纤30的端面连接；连接结构经精密对准，以减少整个器件的插入损耗；光纤与波导器件连接处通过紫外固化胶连接，以增强整个器件的连接可靠性。

图2和图3分别为具有单级光延时波导结构的色散标准器示意图和具有多级光延时波导结构的色散标准器示意图。该波导结构包括阵列波导光栅40；单级微型环光延时系统或多级微型环光延时系统50；该阵列波导光栅40的输出是由第1端口输出波导以及第n端口输出波导所组成。

该波导器件的制造流程如下：首先根据波导理论按照所需光信号波长通过理论分析及模拟设计出合适的阵列波导光栅结构40尺寸，使其各输出端口得到所需的输出波长；第二步在阵列波导光栅各输出端口上，根据系统各波长延时量的需要，设计出合适的单级或多级光延时系统50；然后通过掩模、光刻以及刻蚀等工艺，在二氧化硅衬底或SOI等衬底材料上制备出该器件结构，对波导器件输入及输出端面进行抛光，完成波导器件的制备工作并进行通光性能测试；第三步通过选择合适的输入、输出光纤以及合适的紫外固化胶，进行整个器件的耦合封装；最后，对耦合封装好的色散样品通过计量基标准装置进行色散量值的准确测量，并在一定时期内考核其色散量值的稳定性及测量重复性，当各项指标均达到设计要求后既可进行量值标定并作为色散标准器开展量值传递工作。

阵列波导光栅40可以根据设计需求，具有单个或多个输入端口；根据设计要求，其各输出端口输出光信号波长差可以为0.4nm、0.8nm、1.6nm或其他任意设计值，同时可以根据设计要求调整各输出端口输出光信号的中心波长。

根据系统各通道延时量的设计需要，当要求延时量较小时，如图2所示，可以采用单级微型环光延时系统结构设计，当要求延时量较大时，如图3所示，可以采用多级微型环光延时系统设计。延时量与微环数量和尺寸均有关。

波导器件端面抛光质量将直接影响器件耦合效率，在研磨过程中应进行粗磨、细磨及抛光等步骤，最后通过显微镜观察波导器件端面抛光效果，应做到无明显划痕及损伤。端面抛光角度可以是垂直于波导，也可以采用与波导端面呈8度角，从而减少耦合过程带来的光信号反射。反射信号的减少一方面可以避免在测试过程中由于反射光对光源产生影响，从而引起光源输出波长及光功率的波动；另一方面可以避免多次反射产生的光束耦合效应。

由于波导器件与输入及输出光纤连接是通过紫外固化的方式，因此不同折射率的紫外固化胶对整个器件的插入损耗将产生很大影响，根据光纤规格及波导器件的设计，选择折射率匹配的紫外固化胶将有助于减小整个器件插入损耗。

由于波导器件20制备后各项指标与温度相关，可以在器件下部增加稳控系统，以提高各项指标稳定性。

根据实际测试需要，所用输入及输出光纤尾端可以采用FC/PC或FC/APC或ST接头101、102，以适应不同仪表的接头形式。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种色散标准器，包括：

一输入光纤；

一波导，该波导一端的端面与输入光纤耦合对准连接；

一输出光纤，该输出光纤与波导的另一端的端面耦合对准连接。

2.根据权利要求1所述的色散标准器，其中所述的波导包括：

一阵列波导光栅，该阵列波导光栅包括输入波导和输出波导；

一微型环结构的光延时系统，该微型环结构的光延时系统与阵列波导光栅的输出耦合连接。

3.根据权利要求1所述的色散标准器，其中波导为二氧化硅材料或SOI材料或III-V族材料。

4.根据权利要求2所述的色散标准器，其中阵列波导光栅采用多端口输入多端口输出的结构，或采用一端口输入多端口输出的结构。

5.根据权利要求2所述的色散标准器，其中微型环结构的光延时系统采用单级微型环光延时结构。

6.根据权利要求2所述的色散标准器，其中微型环结构的光延时系统采用多级微型环光延时结构。

7.根据权利要求1所述的色散标准器，其中的输入光纤和输出光纤采用单模标准光纤，或采用多模光纤或者采用保偏光纤。

8.根据权利要求1或7所述的色散标准器，其中的输入光纤和输出光纤的尾端采用FC/PC或FC/APC或ST接头。

Images