CN105785603B - 基于光纤Sagnac环的多波长光微分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，属于光纤通信、光纤传感、光学信号处理领域。可调谐激光器阵列(1)接电光调制器(3)的光输入端，电信号发生器(2)的输出端接电光调制器(3)的电输入端，电光调制器(3)的光输出端接光纤Sagnac环微分器(4)的一端，光纤Sagnac环微分器(4)的另一端接检测系统(5)。所述的基于光纤Sagnac环的多波长光微分器由偏振控制器、光纤耦合器，保偏光纤组成。通过改变光纤Sagnac环微分器(4)中保偏光纤的长度可以调节光纤Sagnac环微分器(4)中心波长的位置和中心波长的数量。由该器件制作的光微分器制作简便、成本低、性价比高，中心波长数目与波长数量可调谐，与光纤通信系统兼容性好。

Description

基于光纤Sagnac环的多波长光微分器
技术领域
本发明涉及一种光微分器，属于光纤通信、光纤传感，光学信号处理领域。
背景技术
进入21世纪以来，人类社会已经步入了信息时代。光纤通信技术凭借其超大通信容量、超大带宽、极低损耗以及价格低廉等诸多优点，以无可争议的优势占据着骨干网的统治地位。现阶段，在光通信传输系统中的光传输节点，对于光信号的处理一般是采用光电光(O/E/O)的转换方式。这种处理方式不仅使得系统结构复杂，价格昂贵，维护成本大，更重要的是电子器件无法满足高速大容量的要求，会产生“电子瓶颈”效应。光通信骨干网的传输容量与光信号处理能力的巨大不匹配，已经成为了一个亟待解决的问题。采用光信号处理技术，在光域直接对信号进行高速度、高效率的处理，真正发挥光纤通信系统的大容量优势，是光通信系统发展的优势。
光时域微分器(Optical Temporal Differentiator,OTD)是对光信号提供时域微分处理的全光器件。OTD可广泛应用于光传感、光脉冲整形以及超高速编码等领域。目前，研究者们已经提出了多种OTD实现方案。2005年，Kulishov Mykola等人首次提出使用长周期光纤光栅(LPFG)来实现光微分器的方案。这种微分器具有THz量级的处理带宽，实际上它更适用于对带宽大于100GHz的信号进行微分，对于带宽为GHz量级的输入波形，其能量效率极低，对周边环境变化及其敏感，性能不够稳定。2007年，Kulishov Mykola等人再次提出运用相移光纤光栅来实现各阶光微分器，但该方案要求严格控制相移光栅的相移量，因此实现起来比较困难。中国的发明专利《基于双芯光纤的多波长光微分器》(申请号：201210214663.X)中提出利用双芯光纤实现多波长的光微分器，该方案要求使用的双芯光纤的两个纤芯的折射率、纤芯半径必须完全相同，在双芯光纤的实际制作中较难实现。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种基于光纤Sagnac环的多波长光微分器。该发明利用了光纤Sagnac环的传输谱特性与二阶光微分器具有很好的近似，并且可以实现多波长的光微分操作。通过改变光纤Sagnac环中保偏光纤的长度以及双折射系数可以对中心波长的位置以及波长数目进行调节。
本发明的技术方案：
基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，该发明包括：可调谐激光器阵列、电信号发生器、电光调制器、光纤Sagnac环微分器和检测系统。
具体连接方式为：
可调谐激光器的输出端接电光调制器的光输入端，电信号发生器的输出端接电光调制器的电输入端，电光调制器的光输出端接光纤Sagnac环微分器的一端，光纤Sagnac环微分器的另一端接检测系统。
所述的光纤Sagnac环微分器是由分光比为50:50的光耦合器，一定长度的保偏光纤以及偏振控制器组成。
本发明的有益效果具体如下
本发明提供的一种基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，可以同时实现对多路光波长的光信号进行时域二阶微分操作，并且通过改变构成Sagnac环的保偏光纤的长度以及双折射系数就可以对中心波长的位置以及波长数目进行调整。本发明仅使用一个光纤Sagnac环就可以实现上述功能，具有结构简单、成本低、与现有光纤通信系统兼容性好、中心波长位置以及波长数目可调的优点。
附图说明
图1为基于光纤Sagnac环的多波长光微分器示意图。
图2为高斯脉冲时域波形示意图。
图3为高斯二阶微分信号时域波形示意图。
图4为2波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱幅频特性示意图。
图5为2波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱相频特性示意图。
图6为4波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱幅频特性示意图。
图7为4波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱相频特性示意图。
图8为6波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱幅频特性示意图。
图9为6波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱相频特性示意图。
图10为8波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱幅频特性示意图。
图11为8波长基于光纤Sagnac环的时域微分器传输谱相频特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至11对基于光纤Sagnac环的多波长光微分器作进一步描述。
实施例一
基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，该微分器包括：可调谐激光器阵列1、电信号发生器2、电光调制器3、光纤Sagnac环微分器4和检测系统5。
具体连接方式为：
可调谐激光器阵列1接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2的输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接光纤Sagnac环微分器4的一端，光纤Sagnac环微分器4的另一端接检测系统5。
设置电信号发生器2输出高斯脉冲。
电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。
所述的光纤Sagnac环微分器4是由偏振控制器、分光比为50:50的光耦合器，双折射系数为3.5×10-4,长度为0.07m的保偏光纤组成。其传输谱的幅频特性如图4所示，传输谱的相频特性如图5所示。从图4的幅频特性可以看出，光纤Sagnac环的光场幅度与频率相对载波频率的失谐量成二次方的关系；从图5的相频特性可以看出，在传输谱载波频率处的相位值为π，符合光微分器的理论传输特性。传输谱中有两个中心频率，分别为1442nm和1532nm，因此可实现2波长的光微分器。
实施例二
基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，该微分器包括：可调谐激光器阵列1、电信号发生器2、电光调制器3、光纤Sagnac环微分器4和检测系统5。
具体连接方式为：
可调谐激光器阵列1接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2的输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接光纤Sagnac环微分器4的一端，光纤Sagnac环微分器4的另一端接检测系统5。
设置电信号发生器2输出高斯脉冲。
电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。
所述的光纤Sagnac环微分器4是由偏振控制器、分光比为50:50的光耦合器，双折射系数为3.5×10-4，长度为0.13m的保偏光纤组成。其传输谱的幅频特性如图6所示，传输谱的相频特性如图7所示。从图6的幅频特性可以看出，光纤Sagnac环的光场幅度与频率相对载波频率的失谐量成二次方的关系；从图7的相频特性可以看出，在传输谱载波频率处的相位值为π，符合光微分器的理论传输特性。传输谱中有四个中心频率，分别为1422nm、1468nm、1517nm和1570nm，因此可实现4波长的光微分器。
实施例三
基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，该微分器包括：可调谐激光器阵列1、电信号发生器2、电光调制器3、光纤Sagnac环微分器4和检测系统5。
具体连接方式为：
可调谐激光器阵列1接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2的输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接光纤Sagnac环微分器4的一端，光纤Sagnac环微分器4的另一端接检测系统5。
设置电信号发生器2输出高斯脉冲。
电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。
所述的光纤Sagnac环微分器4是由偏振控制器、分光比为50:50的光耦合器，双折射系数为3.5×10-4，长度为0.19m的保偏光纤组成。其传输谱的幅频特性如图8所示，传输谱的相频特性如图9所示。从图8的幅频特性可以看出，光纤Sagnac环的光场幅度与频率相对载波频率的失谐量成二次方的关系；从图9的相频特性可以看出，在传输谱载波频率处的相位值为π，符合光微分器的理论传输特性。传输谱中有六个中心频率，分别为1414nm、1446nm、1477nm、1512nm、1547nm、和1584nm，因此可实现6波长的光微分器。
实施例四
基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，该微分器包括：可调谐激光器阵列1、电信号发生器2、电光调制器3、光纤Sagnac环微分器4和检测系统5。
具体连接方式为：
可调谐激光器阵列1接电光调制器3的光输入端，电信号发生器2的输出端接电光调制器3的电输入端，电光调制器3的光输出端接光纤Sagnac环微分器4的一端，光纤Sagnac环微分器4的另一端接检测系统5。
设置电信号发生器2输出高斯脉冲。
电光调制器3采用工作在推挽模式的马赫增德尔调制器，设置工作偏压使其工作在最小工作点。此时电光调制器3的输出为高斯光脉冲，其时域波形如图2所示。
所述的光纤Sagnac环微分器4是由偏振控制器、分光比为50:50的光耦合器，双折射系数为3.5×10-4，长度为0.25m的保偏光纤组成。其传输谱的幅频特性如图10所示，传输谱的相频特性如图11所示。从图10的幅频特性可以看出，光纤Sagnac环的光场幅度与频率相对载波频率的失谐量成二次方的关系；从图11的相频特性可以看出，在传输谱载波频率处的相位值为π，符合光微分器的理论传输特性。传输谱中有八个中心频率，分别为1411nm、1435nm、1458nm、1484nm、1508nm、1535nm、1563nm和1590nm，因此可实现8波长的光微分器。

Claims (3)

1.基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，其核心技术点在于基于单段保偏光纤的Sagnac环可实现光学二阶微分功能；其特征在于包括：可调谐激光器阵列(1)、电信号发生器(2)、电光调制器(3)、光纤Sagnac环微分器(4)和检测系统(5)；具体连接方式为：
可调谐激光器阵列(1)接电光调制器(3)的光输入端，电信号发生器(2)的输出端接电光调制器(3)的电输入端，电光调制器(3)的光输出端接光纤Sagnac环微分器(4)的一端，光纤Sagnac环微分器(4)的另一端接检测系统(5)，
所述的光纤Sagnac环微分器(4)由偏振控制器、光耦合器、 保偏光纤组成。
2.根据权利要求1所述的基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，其特征在于：通过改变光纤Sagnac环微分器(4)中保偏光纤的长度可以调节光纤Sagnac环微分器(4)中心波长的位置和中心波长的数量。
3.根据权利要求1所述的基于光纤Sagnac环的多波长光微分器，其特征在于：光纤Sagnac环微分器(4)中保偏光纤的长度为几厘米到几十厘米；保偏光纤的双折射系数可以取所有可能值。
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