CN103048809B - 基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器，包括可调光源、光环行器、泵浦光源、波分复用器、单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器、第一接收机和第二接收机，可调光源输出的信号通过光纤的连接从光环行器的第一端口进入，从光环行器的第二端口输出，输出的信号光与泵浦光源通过波分复用器耦合进一根光纤，并连接到单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器的第一端口，在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器的第一端口和第二端口处产生反射光，在第一端口产生的反射光通过第一端口输出，经过波分复用器解复用后，再通过光环行器的第二端口进入，从光环行器的第三端口输出，并进入第一接收机；在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器的第二端口产生的反射光直接输入第二接收机。

Description

基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器

技术领域

本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器，或者称之为基于有源光纤光栅耦合器的可调慢光延迟器。

背景技术

在现代光纤通信系统中，网络信息传输容量的增加对通信网络中间节点的处理能力提出了更高的要求，而传统的光网络中间存在着光电光转换的问题，这限制了网络传输容量的进一步增加。网络的全光化为这个问题的解决提供了方案，而网络全光化的基础是全光路由，因为中间节点的处理能力直接影响了整个网络的传输速度。传统的路由是电路由，但对于高速传输的光信号，即使中间节点能够满足任意速率的信号的光电转换，也不能完成对信号的处理。在全光路由中，对脉冲选择性地延迟，能避免脉冲冲突。因此，光的时延可调具有重要的应用价值。

光的时延可调性在光通信网络中有着重要的应用，如光缓存、分组同步和抖动控制、光信号处理等。特定条件下脉冲的速度甚至可能降为零，此时脉冲中携带的信息会转移到介质中，形成光存储。光脉冲的群速度取决于媒介的色散特性，因此可以通过调节光栅的色散参数来控制脉冲的群速度，产生慢光和时延。在普通无源光纤光栅中，不同的失谐量可以产生不同的时延，但光纤中传输的信号光频率是一定的，进行波长转换的难度比较大，并不可行。并且，普通无源光栅中对脉冲的时延有限，有时并不能满足信号处理的需求。在光纤光栅耦合器的一个或两个纤芯中掺杂稀土元素后就得到有源光纤光栅耦合器。在该器件中，通过对泵浦光功率的变化实现对群延迟的控制，进而达到时延可调的目的。

光纤光栅耦合器结合了光纤光栅良好的波长选择能力和光纤耦合器多端口的特点，便于分插复用，其产生的时延在光信号处理、光存储、全光路由中有重要的应用，加入增益后还能消除器件的功率限制。

基于有源光纤光栅耦合器的可调慢光延迟器，通过对增益系数的改变可以达到对时延控制的目的，并能提供比无源光纤光栅更大的可调时延。而现有可调慢光延迟器技术存在的问题是：光纤光栅产生的时延小、可调性低。

发明内容

针对现有光纤光栅产生的时延小、可调性低等缺点，本发明提出了一种基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器。

本发明采取以下技术方案：基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器，包括可调光源(1)、光环行器(2)、泵浦光源(3)、波分复用器(4)、单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)、第一接收机(6-1)和第二接收机(6-2)，可调光源(1)输出的信号通过光纤的连接从光环行器(2)的第一端口(2-1)进入，然后从光环行器(2)的第二端口(2-2)输出，输出的信号光与泵浦光源(3)通过波分复用器(4)耦合进一根光纤中，并连接到单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第一端口(5-1)，在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第一端口(5-1)和第二端口(5-2)处产生反射光，在第一端口(5-1)产生的反射光通过第一端口(5-1)输出，经过波分复用器(4)解复用后，再通过光环行器(2)的第二端口(2-2)进入光环行器，然后从光环行器的第三端口(2-3)输出，并进入第一接收机(6-1)；在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第二端口(5-2)产生的反射光直接接入第二接收机(6-2)。在接收机(6-1)和接收机(6-2)上得到的信号光与可调光源(1)中的输出光相比有不同程度的延迟，并且会随着泵浦光源(3)输入功率的不同而不同。

优选的，可调光源(1)的可调波长范围为1530nm至1570nm。

优选的，泵浦光源(3)的工作波长为980nm。

优选的，波分复用器(4)的工作波长为980nm/1550nm。

优选的，光纤光栅耦合器(5)的工作范围为1530nm至1570nm。

本发明技术方案中，采用光环行器将光纤光栅产生的反射信号与正向传输的信号隔离开来，这种方式能较好地对频率相近或相同但传播方向不同的光进行隔离。采用的有源器件为单个纤芯稀土掺杂的光纤光栅耦合器，通过外部加入泵浦的方式实现。并利用光纤光栅滤波特性对不同频率的信号光选择性地反射。对于布拉格频率固定的光纤光栅，选择不同频率的信号会产生不同的时延，加入增益也能改变信号的时延。

输入的信号波从光环行器的1端口入射，从2端口输出后经过一个波分复用器与泵浦光耦合后进入光纤光栅耦合器。经过光纤光栅耦合器处理的光从光环行器的2端口入射，在3端口输出。

本发明依据的理论如下：

第一步：确定反射系数。

光栅的反射系数是光栅端口处反射光与入射光的比值，包含振幅和相位。反射系数表征了光栅的滤波特性。

第二步：确定反射系数的相位。

如果将反射系数r化为则θ_r为反射系数的相位。光栅的时延表述为：

$\mathrm{\τ}=\frac{{\mathrm{d\θ}}_r}{\mathrm{d\ω}}=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2\mathrm{\πc}}\frac{d{\mathrm{\θ}}_r}{\mathrm{d\λ}}---\left(1\right)$

在有源光纤光栅耦合器中，增益的加入会改变反射系数r，进而改变θ_r，影响器件的时延。

本发明采用单根纤芯掺杂的光纤光栅耦合器作为增益介质，光纤光栅耦合器中的光栅作为滤波器实现信号的反馈输出。相比现有的光纤光栅和光纤光栅耦合器，增益能够改变时延峰值的分布，使得在远离阻带时也能出现较大的时延峰值，并使相同失谐量处的时延随增益的不同而变化，所以可以通过对增益的控制达到时延可调的目的。该方法得到的时延可调谐，这使得基于有源光纤光栅耦合器的可调慢光延迟器件在光子微波领域的潜力更大，可适用的范围更广泛。

本发明可调慢光延迟器件的结构简单、成本低、易于分插复用、时延可调谐，其特别适用于光通信、光信号处理、光缓存等技术领域。

附图说明

图1为本发明基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器的结构示意图。

图2是增益为0时时延随失谐量变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1所示，实施例基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器包括可调光源1、光环行器2、980nm泵浦光源3、980nm/1550nm波分复用器4、单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器5、接收机6，接收机有两个，即第一接收机6-1和第二接收机6-2。本实施例仅说明信号光从光纤光栅耦合器的一个端口入射的情况。

可调光源1通过光纤连接光环行器2的端口2-1，可调光源1输出的信号通过光纤的连接从光环行器2的端口2-1进入光环行器2，然后从光环行器2的端口2-2输出（端口2-2通过光纤连接波分复用器4，波分复用器4还通过光纤与泵浦光源3相连），端口2-2输出的信号光与980nm泵浦光源3通过波分复用器4耦合进一根光纤中，该光纤连接到单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器5，则在其端口5-1和端口5-2处产生反射光。在端口5-1中产生的反射光通过端口5-1输出，经过波分复用器4解复用后通过光环行器2的端口2-2进入光环行器，然后从光环行器的端口2-3输出，进入接收机6-1（端口2-3通过光纤与接收机6-1相连）。在端口5-2中产生的反射光直接输入接收机6-2（端口5-2通过光纤与接收机6-2相连）。

开启可调光源1，调节可调光源1频率，得到普通光纤光栅耦合器中不同频率处时延随失谐量的变化关系，如图2所示。开启泵浦光源3，并固定泵浦光源的输出功率，调节可调光源1频率，得到有源光纤光栅耦合器中不同频率处时延随失谐量的变化关系。固定可调光源1的频率，调节泵浦光源3的功率，得到有源光纤光栅耦合器中固定失谐量处时延随增益的变化关系。

本发明基于有源光纤光栅耦合器的可调慢光延迟输出的过程：

1、根据所需的光脉冲频率，选择合适的泵浦波、信号波波长以满足产生所需时延的条件。

2、选择工作波长范围覆盖通信所需激光器的输出波长范围的光环行器和光纤光栅耦合器。

3、根据通信所需信号的波长范围，选择合适的反射波长的光纤光栅耦合器。

4、开启可调光源和泵浦光源，调节可调光源和泵浦光源输出功率，调节可调光源的输出波长，可调时延器件实现稳定的信号时延。改变泵浦光功率后信号的时延随之改变。

本发明通过对增益的控制达到时延可调的目的。随着各种光电器件的不断发展，将会得到更稳定的输出，并且其应用也将更加广泛。

以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于有源光纤光栅耦合器的时延可调器，其特征是：包括可调光源(1)、光环行器(2)、泵浦光源(3)、波分复用器(4)、单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)、第一接收机(6-1)和第二接收机(6-2)，可调光源(1)输出的信号通过光纤的连接从光环行器(2)的第一端口(2-1)进入，然后从光环行器(2)的第二端口(2-2)输出，输出的信号光与泵浦光源(3)通过波分复用器(4)耦合进一根光纤中，并连接到单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第一端口(5-1)，在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第一端口(5-1)和第二端口(5-2)处产生反射光，在第一端口(5-1)产生的反射光通过第一端口(5-1)输出，经过波分复用器(4)解复用后，再通过光环行器(2)的第二端口(2-2)进入光环行器，然后从光环行器的第三端口(2-3)输出，并进入第一接收机(6-1)；在单纤芯掺杂的光纤光栅耦合器(5)的第二端口(5-2)产生的反射光直接输入第二接收机(6-2)。

2.如权利要求1所述的可调时延器，其特征在于：所述可调光源(1)的可调波长范围为1530nm至1570nm。

3.如权利要求1所述的可调时延器，其特征在于：所述泵浦光源(3)的工作波长为980nm。

4.如权利要求1所述的可调时延器，其特征在于：所述波分复用器(4)的工作波长为980nm和1550nm。

5.如权利要求1-4任一项所述的可调时延器，其特征在于：所述光纤光栅耦合器(5)的工作范围为1530nm至1570nm。