CN105187130A - 一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置及编解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置及编解码方法，该装置由多组子模块逐级连接构成，每一级子模块由分光比为50:50的1×2光分路器及高反射率的光纤布拉格光栅构成，各级内的光分路器均在其两分支中的一个分支上配置具有同一中心反射波长的反射光栅。本发明可以同时对输入光信号进行功分及编码操作，在保证各输出端口的输出波长成分互不相同的条件下，所使用的光纤布拉格光栅的种类及数量均能达到最小。本发明的分路编码装置，实现简单，可作为无源光网络链路监测相关技术的核心器件。

Description

一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置及编解码方法

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置及编解码方法。

背景技术

光分路器是光纤链路中重要的无源器件之一，作用是把一根光纤中传输的光能量按照既定的比例分配给两根或者是多根光纤，或者将多根光纤中传输的光能量合成到一根光纤中，按照分光原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种。光分路器是光纤到户光器件中的核心。当前，随着光纤接入网建设如火如荼的展开，三大运营商及广电系统都不断加大“光进铜退”的改造规模，实现光纤到路边、光纤到大楼、光纤到户、光纤到桌面、三网融合(电信网、广播电视网、互联网)等多媒体传输以及综合布线系统方案。为了建成全光纤网络，除需要各式结构配线光缆、引入光缆实现光纤网络的接续及再分配外，在以太网无源光网络、吉比特无源光网络技术中，还需要大量的光分路器来最终完成光纤到户的目的。

光纤布拉格光栅是通过改变光纤纤芯区折射率，使其产生小的周期性调制而形成。在蓝光或紫外光谱区的强激光照射下，石英光纤的光学特性可以发生永久性的改变。实质上是由于周期性折射率的扰动会在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射器，利用这一特性可以构成许多性能独特的光纤无源器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。目前光纤光栅在光网络中的应用几乎涉及光发射、光放大、光滤波、光交换等各个领域。由于光纤光栅良好的滤波特性和紧凑结构，在全光通信网的演进过程中，光纤布拉格光栅也正成为不可或缺的无源器件。

光纤通信系统正在向接入网、宽带网、密集波分复用系统和全光网方向发展，随着用户对高带宽需求的提升，光纤到户将成为光接入网的主流发展方向，无源光网络的应用也将越来越广。反过来，这些技术的发展也对光纤无源器件的技术提出了新的更高的要求，新型多功能器件在光纤通信信通中必将发挥越来越重要的作用。另一方面，无源光器件的大规模使用及性能的不断提升也促进了光通信的持续发展及无源光网络技术的应用。与此同时，光接入网的迅猛发展使得其分支日益庞大，承载的业务种类和数据也在不断增加，单位时间内的阻断势必会造成巨大的损失。因此，对接入网链路进行有效的监测与维护也显得越来越重要。近年来，有关链路监测技术也得到了广泛而深入的研究，各种监测技术方案及系统也逐步被提出。本发明可作为无源光网络链路监测相关技术的核心器件，为光链路监测提供有力的配套硬件支持。

发明内容

技术问题：本发明提出了一种在硬件上实现简单，能实现光功分与编码操作的同时进行，为无源光网络链路监测技术提供核心支撑的级联式分路编码装置及编解码方法。

技术方案：本发明的光纤布拉格光栅级联式分路编解码方法，包括以下步骤：

1)含P+1个不同波长成分的可调光源将探测光脉冲信号送入至含2^P个端口的光纤布拉格光栅级联式分路编码装置中，其中P＝1,2,3，……，有n＝2^P，n为网络中用户总数；

2)含不同波长组合的探测光脉冲信号在光纤布拉格光栅级联式分路编码装置中逐级处理，最后一次的各输出端口的波长组合中均包含P+1个不同波长成分中的一种波长；

在所述的每一级处理中，所述1×2分路器的一个输出端口保持波长成分不变并将其输至下一级，另一个输出端口则采用光纤布拉格光栅滤除与该光纤布拉格光栅中心反射波长对应的波长成分后输至下一级；

3)在接收端利用波分解复用器对不同波长成分的脉冲信号进行分通道识别，由时域上的对应关系找到波长组合中其它波长成分

本发明的级联式分路编码装置，由多组子模块逐级连接构成，第m级中有2^m-1个子模块，其中m为装置中各级的序号，每个子模块由一个1×2光分路器和一个连接在所述1×2光分路器输出端上的光纤布拉格光栅构成，第m+1级中子模块的输入端分别与第m级中子模块的输入端一一对应连接，同一级内子模块的光纤布拉格光栅的中心反射波长相同，每个子模块有两个输出端，一个为1×2光分路器的输出端口，另一个为与该1×2光分路器连接的光纤布拉格光栅的输出端口。

进一步的，本发明装置中的级数s与网络中用户总数n存在如下关系：n＝2^s，各级内1×2光分路器的数量为2^m-1,光纤布拉格光栅统一连接在各1×2光分路器同一侧的分支输出端口上，则最后一级中子模块的输出端口从上至下可分别编号为K＝1,2,3,…，n-1,n。

进一步的，本发明装置中，所述1×2光分路器的总数和光纤布拉格光栅的总数均为n-1，装置中光纤布拉格光栅的中心反射波长有P种，满足：n＝2^P。

进一步的，本发明装置中，所述最后一级中子模块各输出端口的输出波长O_K为：

$O_K=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{P+1}& K=1\\ {\mathrm{\λ}}_{P+1}+{\mathrm{\Σ\λ}}_{(P-q)}& K\≥2\end{array}\right.$

其中，K为最后一级中子模块各输出端口编号，q为自然数，满足K＝1+∑2^q，∑表示展开分量之和。

进一步的，本发明装置中，所述1×2光分路器的分光比为50:50，所述光纤布拉格光栅的光反射率在90％以上。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明中级联式分路编码装置基于当前制备工艺非常成熟及价格低廉的光分路器及光纤布拉格光栅构造，结构易于实现，由1×2光分路器及光纤布拉格光栅构成的子模块级联而成，连接方式简便。该装置不增加额外插入损耗，如n端口的该装置每经过一级时损耗均为3dB，在通过最后一级后损耗为(3m)dB，而1×n的分路器插入损耗为(10logn)dB，由于第m级在数值上存在：n＝2^m,代入即可计算得出二者插入损耗相当。该装置能同时实现光功分及编码功能，实现了一体化设计，特定的排列规则保证了各输出端口输出的唯一性，当输入信号的波长个数多于该装置中光纤布拉格光栅中心发射波长数时，经过每一个子模块后，两路输出信号均相差一个波长分量，直到最后一级，各端口均有波长输出且所含波长分量各不相同(见各端口输出波长表达式)，进而保证了输出端口的唯一性。同样，该排列规则也使得装置内部光纤布拉格光栅的使用数量最少，每个子模块内有且仅有一个光纤布拉格光栅，各级内的光栅均为同一中心反射波长，最大限度的减小了光栅在生产过程中由于制备工艺误差导致的中心波长漂移所带来的漏光现象的产生，从而有效保证了器件的性能及降低了装置成本，可为无源光网络链路监测相关技术提供有力的硬件支持。

现有技术中强调的为在波导上刻写光栅，当连续刻写多个光栅时，受限于波导的长度，难度急剧增加，且制备工艺处于实验室阶段；本发明为在光纤内直接刻写光栅，不存在上述问题，且制备工艺已经大规模、商业化生产。

现有技术中光栅的排列方式无规则，为保证各输出端口的不同输出，排列方式具有随机性,不考虑光栅的使用数量，导致需要根据实际光栅的排列情况得知各输出端口的输出波长分量，因此无法对输出端口的各输出波长利用一个统一的表达式进行表达，因此输出不可预知；本发明中光栅排列按特定规则，光栅使用数量最少，当移除所述排列规则中任意位置的光栅时，在输出端口中均会出现存在相同的输出波长成分的情况。只需按照装置所提供的方法进行连接，所有最后一级各端口输出均满足上述表达式，可以方便的进行统计，输出波长成分经过装置后具有可预知性，且排列方式有且仅有一种；

现有技术中装置的形成方法为先在1×n分路器，再在各子分支波导上依次写入波导光栅，且需经耦合封装后才能与光纤直接相连，本发明中装置采用的是单个1×2光分路器(可为熔融拉锥型或PLC型)与光纤布拉格光栅通过逐级连接的方式形成，且可直接实现与光纤的连接。

附图说明

图1为级联式分路编码装置的结构图。

图2为1×32级联式分路编码装置的结构图。

图3为1×32级联式分路编码装置各端口对应输出波长关系图。

图4为1×32级联式分路编码装置移除第三级②位置处光纤布拉格光栅的示意图。

具体实施方式

下面结合级联式分路编码装置的结构，以具体实施例并结合相关附图对本发明作进一步的说明，实施例的装置端口选为K＝32。

一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置由分光比为50:50的1×2光分路器及高反射率的光纤布拉格光栅通过逐级连接的方式构成，各级子模块内的分路器均在其两分支中的一个分支上配置同一中心反射波长的反射光栅。其中高反射率光纤布拉格光栅的反射率大于90％，分路器分支与光纤布拉格光栅可通过熔接的方式连接。λ₁'为第一级子模块中光纤布拉格光栅的中心反射波长，λ′₂为第二级子模块中光纤布拉格光栅的中心反射波长，依次类推，λ'_m为第m级子模块中光纤布拉格光栅的中心反射波长。

所述装置的级数s与网络中用户总数n存在如下关系：n＝2^s，如附图1所示，类似于二叉树式的分级结构。各级子模块内1×2光分路器的数量为2^m-1，光纤布拉格光栅统一放置在1×2光分路器的同一侧，则最后一级的各输出端口K从上至下可分别编号为1,2,3,…，n-1,n，如附图2所示。

所述装置中所用1×2光分路器及光纤布拉格光栅数量的总数均为n-1。如在实施例中，分路器与光纤布拉格光栅的数量均为31。装置中所需不同中心反射波长的光栅数量P满足：n＝2^P，也即实施例中所需中心反射波长的光栅数量为5。

所述装置的输出端口，在n个用户的网络中，由发射模块出射的探测脉冲信号包含P+1个波长成分，分别为λ₁,λ₂,…,λ_P,λ_P+1。先将端口编号K按K＝1+∑2^q作以2为底展开，其中q为自然数，∑表示展开分量之和，如K＝6时，其分量可包括两种情况。分别为1与4，2与3，同时需满足以2为底分量的对数为整数，所以其分量只可取1与4，此时q分别取0和2。则各端口的输出波长满足： $O_K=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{P+1}& K=1\\ {\mathrm{\λ}}_{P+1}+{\mathrm{\Σ\λ}}_{(P-q)}& K\≥2\end{array}\right..$ 在32用户网络中，假设探测脉冲波长成分分别为λ₁,λ₂,λ₃,λ₄,λ₅,λ₆，通过该装置后，各端口输出波长的成分如附图3所示。如端口1、9、20及32的输出波长分别为{λ₆}、{λ₂,λ₆}、{λ₁,λ₄,λ₅,λ₆}、{λ₁,λ₂,λ₃,λ₄,λ₅,λ₆}。

所述装置中的光纤布拉格光栅的数量，在各输出端口波长成分各不相同的情况下，所用的光纤布拉格光栅的数量最少。在附图2的结构中，去掉任何位置的反射光栅将会导致有不同端口出现相同的波长成分。例如，移除第3级中②位置的反射光栅，如附图4中所示，将会出现端口9与13,10与14,11与15,12与16输出波长成分相同，各组输出波长分别为：{λ₂,λ₃,λ₆}，{λ₂,λ₃,λ₅,λ₆}，{λ₂,λ₃,λ₄,λ₆}，{λ₂,λ₃,λ₄,λ₅,λ₆}。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光纤布拉格光栅级联式分路编解码方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)含P+1个不同波长成分的可调光源将探测光脉冲信号送入至含2^P个端口的光纤布拉格光栅级联式分路编码装置中，其中P＝1,2,3，……，有n＝2^P，n为网络中用户总数；

2)含不同波长组合的探测光脉冲信号在光纤布拉格光栅级联式分路编码装置中逐级处理，最后一次的各输出端口的波长组合中均包含P+1个不同波长成分中的一种波长；

在所述的每一级处理中，所述1×2分路器的一个输出端口保持波长成分不变并将其输至下一级，另一个输出端口则采用光纤布拉格光栅滤除与该光纤布拉格光栅中心反射波长对应的波长成分后输至下一级；

3)在接收端利用波分解复用器对不同波长成分的脉冲信号进行分通道识别，由时域上的对应关系找到波长组合中其它波长成分。

2.一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置，其特征在于：该装置由多组子模块逐级连接构成，第m级中有2^m-1个子模块，其中m为装置中各级的序号，每个子模块由一个1×2光分路器和一个连接在所述1×2光分路器输出端上的光纤布拉格光栅构成，第m+1级中子模块的输入端分别与第m级中子模块的输入端一一对应连接，同一级内子模块的光纤布拉格光栅的中心反射波长相同，每个子模块有两个输出端，一个为1×2光分路器的输出端口，另一个为与该1×2光分路器连接的光纤布拉格光栅的输出端口。

3.根据权利要求2所述的一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置，其特征在于：该装置的级数s与网络中用户总数n存在如下关系：n＝2^s，各级内1×2光分路器的数量为2^m-1,光纤布拉格光栅统一连接在各1×2光分路器同一侧的分支输出端口上，则最后一级中子模块的输出端口从上至下可分别编号为K＝1,2,3,…，n-1,n。

4.根据权利要求3所述的一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置，其特征在于：所述1×2光分路器的总数和光纤布拉格光栅的总数均为n-1，所述光纤布拉格光栅的中心反射波长有P种，满足：n＝2^P。

5.根据权利要求4所述的一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置，其特征在于：所述最后一级中子模块各输出端口的输出波长O_K为：

$O_K=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{P+1}& K=1\\ {\mathrm{\λ}}_{P+1}+{\mathrm{\Σ\λ}}_{(P-q)}& K\≥2\end{array}\right.$

其中，K为最后一级中子模块各输出端口编号，q为自然数，满足K＝1+Σ2^q，Σ表示展开分量之和。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的一种光纤布拉格光栅级联式分路编码装置，其特征在于：所述1×2光分路器的分光比为50:50，所述光纤布拉格光栅的光反射率在90％以上。