CN106094117A - 基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器，所述多通道色散补偿器的包括输入端、环形器、布拉格光栅区和输出端，其中，布拉格光栅区由m组多相移啁啾取样光纤光栅间插而成；每一组啁啾取样光纤光栅具有相同的取样占空比、取样周期N和光栅总长度。本发明的间插多相移啁啾取样光纤光栅具有更宽的反射谱包络3dB带宽，更好的反射谱平坦度，更多的通道数以及更好的色散补偿效果。因此在WDM系统中能为更多个通道提供更好效果的色散补偿。

Description

基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器及其 应用

【技术领域】

本发明涉及一种多通道色散补偿器，属于激光技术领域，该色散补偿器是基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的一种多通道色散补偿器。

【背景技术】

由于不同频率、不同模式、不同偏振模的光信号在光纤中传播的群速度不同，因此光信号在光纤中传输一段距离后会造成脉冲展宽，即色散。色散引起的脉冲展宽会导致相邻脉冲之间出现重叠，从而产生码间干扰，增大误码率。为了消除码间干扰，可以增大脉冲间隔，然而这样会降低传输速率。故需要对光信号进行色散补偿，避免由色散导致的脉冲展宽。

色散定义为光源谱宽为1nm时，光脉冲信号传播1km所引起的脉冲展宽ps数。波长1550nm的光波在普通单模光纤中传输存在17ps/(nm·km)的色散。利用啁啾光纤光栅进行色散补偿是一种常用的色散补偿方法。

脉冲在光纤中传输一段距离后，短波长分量由于具有较大群速度而集中于脉冲前沿，长波长分量由于具有较小群速度而集中于脉冲后沿，即造成了脉冲的展宽。在均匀布拉格光纤光栅中引入啁啾，使得光栅折射率调制函数的周期不再为常数，而是线性(非线性)变化，即构成线性(非线性)啁啾光纤光栅。若啁啾光纤光栅在靠近入射端拥有较大的周期，在远离入射端拥有较小的周期，根据布拉格条件λ₀＝2n_effΛ(λ₀为布拉格波长，n_eff为有效折射率，Λ为光栅周期)，长波长分量会在靠近入射端的区域反射，而短波长分量会在远离入射端的区域反射。以此，在布拉格光栅中反射时，拥有较小群速度的长波长分量比拥有较大群速度的短波长分量少走了一段距离，通过合理的设计光栅长度，即可以补偿由于色散造成的脉冲展宽。

啁啾光纤光栅拥有良好的色散补偿效果，几厘米的光栅即可补偿几十公里传输产生的色散，显然有利于色散补偿设备的小型化发展。另外由于啁啾光纤光栅制作在光纤上，所以带来的额外损耗比较小。以及近年来光刻工艺的日趋成熟也使得啁啾光纤光栅的制备呈现出制作简便且价格低廉等特点，人们越来越多的采用啁啾光纤光栅进行色散补偿。

总长度为L的线性啁啾光纤光栅的结构示意图如图1所示，其反射谱及时延曲线由附图2所示。D.Garthe于1994年提出利用5cm长的线性啁啾光纤光栅对以10Gbit/s传输160km的系统进行色散补偿(Garthe D,Epworth R E,Lee W S,et al.Adjustabledispersion equaliser for 10and 20Gbit/s over distances up to 160km[J].Electronics Letters,1994,30(25):2159-2160.)。W.H.Loh于1995年提出利用10cm长的线性啁啾光纤光栅对以10Gbit/s传输400km的系统进行色散补偿(Loh WH,Laming R I,GuX,et al.10cm chirped fibre Bragg grating for dispersion compensation at 10Gbit/s over 400km of non-dispersion shifted fibre[J].Electronics Letters,1995,31(25):2203-2204.)。之后人们又对线性啁啾光纤光栅的特性作出了许多改进，使其色散补偿的能力不断的提高。随着波分复用(WDM)技术的广泛应用，需要在传输系统中同时对多个通道进行相同效果的色散补偿，但由于线性啁啾光纤光栅只有一个通道，且通道带宽一般在1nm以内，对于通道间隔100GHz(0.8nm)的WDM系统来说，其最多对一个通道进行色散补偿。若要对WDM系统进行多通道的色散补偿，则需要使用多个啁啾光纤光栅，每一个啁啾光纤光栅分别对一个通道进行色散补偿。这样做一方面增加了成本，另一方面使得系统变的复杂。

普通的取样光纤光栅中，每个取样周期内有光栅段和空白段，光栅段采用均匀光栅。啁啾取样光纤光栅是指对每个取样周期内的光栅周期引入啁啾。采用此种光栅可以同时对WDM系统中多个通道的光信号进行色散补偿。

啁啾取样光纤光栅的结构示意图如附图3所示，其反射谱及时延曲线由图4所示，其中Zs为一个取样周期的长度，Zg为一个取样周期内光栅段的长度。J.-X.Cai于1999年提出用30cm长啁啾取样光纤光栅对WDM系统中3个波长间隔为4nm的通道进行色散补偿(Cai JX,Feng K M,Willner A E,et al.Simultaneous tunable dispersion compensation ofmany WDM channels using a sampled nonlinearly chirped fiber Bragg grating[J].Photonics Technology Letters,IEEE,1999,11(11):1455-1457.)。Z.Pan于2002年提出用啁啾取样光纤光栅对40Gbit/sWDM系统中4个波长间隔为2.5nm的通道进行色散补偿(PanZ,Song Y W,Yu C,et al.Tunable chromatic dispersion compensation in 40-Gb/ssystems using nonlinearly chirped fiber Bragg gratings[J].Journal oflightwavetechnology,2002,20(12):2239.)。用啁啾取样光纤光栅虽然可以对WDM系统中多信道同时进行色散补偿，但存在的问题是由于采用了取样光栅的形式，所以每个取样周期内都存在大量的空白段，导致光栅的反射率不高，造成的功率损耗较大。若要提高反射率，必须增大光栅的总长度，这样会增加器件的尺寸。另外，由于光栅折射率调制函数采用矩形取样，其对应的反射谱呈sinc函数状，所以反射谱并不平坦，不平坦的反射谱造成各通道对应的反射率差别很大，因此经过色散补偿的反射之后各通道的光功率差别较大。此外，在光栅总长度、各通道反射率和通道间隔不变的要求下，啁啾取样光纤光栅随着通道数T的增加，光栅的折射率调制值Δn₀的增加近似正比于通道数T。所以在很高的通道数下，需要的光栅折射率调制值会大到无法完成实际制作。综上，啁啾取样光纤光栅不适用于在通道数较多的WDM系统中进行色散补偿。

由于矩形取样的反射谱呈sinc函数状，反射谱不平坦。为了解决此问题，MortenIbsen于1998年提出了用22.5cm长的sinc函数啁啾取样光纤光栅对WDM系统中波长间隔为1.6nm的4通道进行色散补偿。由于光栅的物理结构和频谱性质互为傅里叶变换，而sinc函数对应的傅里叶变换是矩形函数，所以sinc函数啁啾取样光纤光栅拥有较为平坦的反射谱包络(Ibsen M,Durkin M K,Cole M J,et al.Sinc-sampled fiber Bragg gratings foridentical multiple wavelength operation[J].Photonics Technology Letters,IEEE,1998,10(6):842-844.)。为了在此基础上进一步增加反射通道数，西南交通大学赵帅等人于2006年将多相移引入到sinc函数取样啁啾光纤光栅中(赵帅,罗斌.基于多相移取样啁啾光栅的色散补偿研究，中国西部青年通信学术会议论文集.2006.)。sinc函数取样的好处是取样周期内没有空白段，克服了矩形函数的啁啾取样光纤光栅反射率较低的缺陷，可以提高光栅的反射效率。但由于sinc函数取样的特点是取样函数的振幅一直在变，所以工艺上的制作难度很大，难以实际应用。此外，上述两种sinc函数型光纤光栅在光栅总长度、各通道反射率和通道间隔不变的要求下，随着通道数T的增加，光栅的折射率调制值Δn₀的增加同样近似正比于通道数T。所以在很高的通道数下，需要的光栅折射率调制值同样会大到无法完成实际制作。

传统的取样光纤光栅都是振幅型取样光纤光栅，这类光栅是使布拉格光栅折射率调制函数的振幅沿光栅长度方向作周期性变化，缺点是整个光栅内有大量的空白区，光栅的利用率不高。为了解决此问题，Li H于2003年提出了相位型取样光栅，此类光栅是在取样周期内只有光栅的相位沿着光栅的长度方向做周期性的变化，而折射率调制函数的振幅保持不变(Li H,Sheng Y,Li Y,et al.Phased-only sampled fiber Bragg gratings forhigh-channel-count chromatic dispersion compensation[J].Journal of lightwavetechnology,2003,21(9):2074.)。相位型取样光纤光栅可以作为很高通道数的滤波器和色散补偿器，但由于相位型取样光纤光栅的相位变化非常复杂，导致其制作困难、成本昂贵，不适用于大规模的生产应用。

由此可见，现有的取样光纤光栅而言(包括均匀取样光纤光栅、啁啾取样光纤光栅和sinc函数啁啾取样光纤光栅)在应用于色散补偿器所能提供的通道数较少(例如4通道)，限制这些取样光纤光栅应用于超高通道数色散补偿器的关键因素之一在于：在光栅总长度、各通道反射率和通道间隔不变的要求下，随着通道数T的增加，光栅的折射率调制值Δn₀的增加近似正比于通道数T。因此，具有超高通道数T的色散补偿器，其对应的折射率调制值Δn₀过大而无法制作。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种可应用于波分复用系统的多通道色散补偿器，能够实现多个通道光信号的色散补偿，具备反射谱包络平坦、功率损耗小、结构简单、制作工艺较简单的特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器，所述多通道色散补偿器的包括输入端1、环形器2、布拉格光栅区3和输出端4，所述环形器2具有多个端口；根据环形器2的光的传输方向，输入端1、布拉格光栅区3和输出端4分别依序与环形器2的多个端口连接，其中，布拉格光栅区3由m组多相移啁啾取样光纤光栅间插而成；每一组啁啾取样光纤光栅具有相同的取样占空比、取样周期N和光栅总长度。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅具有不同的光栅中心周期Λ。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期线性减小到第N个取样周期。

优选地，第1组多相移啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₁+c₁·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₁-c₁·Zg·N/2；第2组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₂+c₂·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₂-c₂·Zg·N/2；以此类推，第m组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ_m+c_m·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ_m-c_m·Zg·N/2。

本发明的多通道色散补偿器中，每组啁啾取样光纤光栅的啁啾系数c可以相同或不同。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅中，第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差

在本发明中，第(i+1)组与第i组啁啾取样光纤光栅的中心周期对应的布拉格波长差为λ_i+1-λ_i＝m·Δλ，其中Δλ为反射谱峰值波长间隔。

优选地，本发明的多相移啁啾取样光纤光栅为矩形取样。

本发明还提供上述的多通道色散补偿器在波分复用系统中的应用。

以下对本发明的技术方案做进一步描述。

基于多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器，所述多通道色散补偿器的包括输入端1、环形器2、布拉格光栅区3和输出端4，所述环形器2具有多个端口；根据环形器2的光的传输方向，输入端1、布拉格光栅区3和输出端4分别依序与环形器2的多个端口连接，其中，布拉格光栅区3由m组多相移啁啾取样光纤光栅间插而成；每一组啁啾取样光纤光栅具有相同的取样占空比、取样周期N和的光栅总长度。

环形器是一种使电磁波单向环形传输的多端口器件。例如图5所示的环形器，其具有左端口、右端口和下端口。光在环形器中只能按单方向环形传输，即从左端口输入的光只能从右端口输出，从右端口输入的光只能从下端口输出，从下端口输入的光只能从左端口输出。通过光纤将色散补偿器的输入端1与左端口连接、布拉格光栅区3与右端口连接、输出端4与下端口连接。含有多个通道的光信号通过输入端1经过光纤传播从环形器2的左端口进入，从环形器2的右端口输出，通过光纤传输进入到布拉格光栅区3中。由于布拉格光栅属于带阻滤波器，对多个通道的光信号进行反射的同时分别对每个通道的光信号进行相同效果的色散补偿。从布拉格光栅区3反射回的多个通道的光信号经光纤传播进入到环形器2的右端口，然后从环形器2的下端口输出，再经光纤传播至色散补偿器的输出端4输出。

通过多组多相移啁啾取样光纤光栅间插，其反射谱具有多个通道(多达近二百个通道)，显然更有利于为WDM系统的多通道信号提供相同效果的色散补偿。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅具有不同的光栅中心周期Λ，因此各组光栅反射谱的Bragg波长不同。通过合理的选择各组光栅的中心周期，即第(i+1)组与第i组啁啾取样光纤光栅的中心周期对应的布拉格波长差为λ_i+1-λ_i＝m·Δλ，使得各组光栅对应的反射谱能够有效级联，从而得到宽范围的反射谱。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期线性减小到第N个取样周期。

优选地，第1组多相移啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₁+c₁·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₁-c₁·Zg·N/2；第2组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₂+c₂·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₂-c₂·Zg·N/2；以此类推，第m组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ_m+c_m·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ_m-c_m·Zg·N/2。

在本发明的多通道色散补偿器中，每组啁啾取样光纤光栅的啁啾系数c可以相同或不同。

当每组啁啾取样光纤光栅的啁啾系数c取值相同时，反射谱中各通道的3dB带宽相同，各通道拥有几乎相同的色散曲线。当取值不同时，则反射谱中各通道的3dB带宽不全相同，各通道拥有不全相同的色散曲线。本领域技术人员可根据想要获得的色散补偿效果选择各种的啁啾系数c。

在本发明中，每一组啁啾取样光纤光栅中，第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差k＝1,2...N-1。

在本发明中，第(i+1)组与第i组啁啾取样光纤光栅的中心周期对应的布拉格波长差为λ_i+1-λ_i＝m·Δλ，i＝1,2....m-1，其中Δλ为反射谱峰值波长间隔。

通过这种反射谱级联的设计，和多相移sinc函数取样啁啾光纤光栅取相同的多相移因子的情况下，本发明采用的间插多相移啁啾取样光纤光栅的通道数和反射谱包络3dB带宽都要远远大于多相移sinc函数取样啁啾光纤光栅。

本发明的多相移啁啾取样光纤光栅为矩形取样，因此光栅的折射率调制函数振幅固定而具有工艺制作相对简单的优点。

此外，间插的光栅组数m、取样周期数N、光栅总长度L和各组光栅的啁啾系数c可以根据所需的色散补偿量以及反射谱平坦度而定。通常，N和L越大反射谱越平坦，峰值反射率越高，时延曲线的线性度越好。啁啾系数c越大各反射通道的带宽越大，时延曲线的线性度越好。间插组数m越大反射谱包络3dB带宽越大，反射谱越平坦。本领域技术人员可根据需要的色散补偿量以及反射谱平坦度选择这些参数的合理取值。

通常，为了在各通道反射率不变的要求下提高通道数，而且不过分增加光栅总长度，考虑到间插光栅组数m的增加会导致每一组间插光栅的总长度减小，可以通过适当增大折射率调制值Δn₀，并增大每一组间插光栅的啁啾系数，实现更宽的反射谱包络3dB带宽、更好的反射谱平坦度、更多的通道数以及更好的色散补偿效果。

本发明的布拉格光栅为间插多相移啁啾取样光纤光栅，可以依据现有技术的制作工艺、根据实际需求制作不同规格的掩膜板，通过紫外曝光的方式在光纤上刻写出不同结构的间插多相移啁啾取样光纤光栅。掩膜板可采用常规的电子束曝光的方式制作，在此不做赘述。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

1、与现有技术的基于线性啁啾光纤光栅的色散补偿器只能为单一通道提供色散补偿因而不适用于WDM系统相比，本发明通过间插多相移啁啾取样光纤光栅，实现具有多个通道的反射谱，可以为WDM系统中多个通道提供相同效果的色散补偿。

2、与基于啁啾取样光纤光栅的色散补偿器相比，在同等的取样周期、取样占空比以及取样周期数的条件下，间插多相移啁啾取样光纤光栅具有更多的反射通道，更宽的反射谱包络3dB带宽，更高的通道反射率，且各个反射通道的反射率几乎相同(如图4与图7、10所示)。这样可以在不增加光栅总长度的条件下为WDM系统中更多通道的光信号提供相同效果的色散补偿，且经过色散补偿之后各个通道之间的功率差很小。

3、与基于sinc函数啁啾取样光纤光栅的色散补偿器相比，本发明的啁啾取样光纤光栅采用矩形取样函数，光栅的折射率调制函数振幅固定，具有易于制作、工艺成熟、结构简单的优点，而sinc函数啁啾取样光纤光栅的折射率调制函数振幅一直在变，工艺制作难度很大。

4、与基于多相移sinc函数取样啁啾光纤光栅的色散补偿器相比，本发明一方面采用矩形取样函数，具有工艺简单的优点，另一方面由于通过间插实现反射谱级联，因此和多相移sinc函数取样啁啾光纤光栅取相同的多相移因子的情况下，本发明的光纤光栅的通道数和反射谱包络3dB带宽均显著大于多相移sinc函数取样啁啾光纤光栅。

5、与基于相位取样光纤光栅的色散补偿器相比，本发明采用的间插多相移啁啾取样光纤光栅在一个取样周期内具有更少的相位跳变，因此有效简化了工艺制作难度。

6、本发明的多通道色散补偿器可以放置于WDM系统的接收端或发射端或传输系统的任意位置，有效起到多通道色散补偿的作用。

【附图说明】

图1是线性啁啾光纤光栅的结构示意图；

图2是图1的光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图3是啁啾取样光纤光栅的结构示意图；

图4是图3的光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图5是本发明的多通道色散补偿器结构示意图；

图6是实施例1的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的结构示意图；

图7是实施例1的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图8是与实施例1具有相同的取样周期、取样占空比、光栅总长度和啁啾系数的啁啾取样光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图9是实施例2的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的结构示意图；

图10是实施例2的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图11是实施例2具有相同的取样周期、取样占空比、光栅总长度和啁啾系数的啁啾取样光纤光栅反射谱和时延曲线；

图12是实施例3的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图13是实施例4的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱和时延曲线；

图14是实施例4的布拉格光栅区中间插多相移啁啾取样光纤光栅部分波长的反射谱和时延曲线的局部放大图；

图15为实施例2-4的色散补偿器的折射率调制值Δn₀随着通道数T的变化曲线；

图中，1：输入端；2：环形器；3：布拉格光栅区；4：输出端。

【具体实施方式】

以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。

用于WDM系统基于光纤光栅的色散补偿器，其中的光纤光栅反射谱必须具有大的通道数、大的反射谱包络3dB带宽且反射谱包络3dB带宽内的各通道反射率差别很小、可以对各个通道提供相同效果的色散补偿，而且还应当具有方便制作等特性。

基于以上考虑，由于取样光纤光栅反射谱包络3dB带宽和峰值反射率呈相反的变化关系，增加反射谱的3dB带宽就会减小峰值反射率。为了使取样光纤光栅反射谱包络3dB带宽增加，而峰值反射率尽可能少的减小，将多个具有相同取样周期、取样占空比、光栅总长度的取样光栅间插起来，消除原取样光纤光栅中的空白区，等效于增大了耦合系数κ，使得峰值反射率增大。而合理的间插m个取样光纤光栅可以使得新光栅的反射谱等效于m个反射谱包络的级联，从而具有较大的反射谱包络3dB带宽。

为了增加取样光纤光栅反射谱包络3dB带宽内的通道数，在间插的各个取样光纤光栅内引入多相移。对于每一组光栅，若第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差为则新光栅反射谱中反射峰波长间隔Δλ≈1/2·(λ_c ²/2n_effZs)，为未引入多相移时的一半，可以使得取样光纤光栅反射谱包络3dB带宽内的通道数增加一倍。

为了使得间插m个取样光纤光栅之后的新光栅反射谱能够较好的级联，即各反射峰拥有较小的反射率差，且反射谱包络拥有较大的3dB带宽，需要保证第(i+1)组多相移取样光纤光栅的反射谱中心波长和第i组多相移取样光纤光栅的反射谱中心波长差λ_i+1-λ_i＝m·Δλ，i＝1,2...m-1。将上式称为反射谱级联准则，其中λ_i＝2n_effΛ_i，n_eff为有效折射率，Λ_i为第i组多相移取样光纤光栅的光栅中心周期。

为了使间插多相移取样光纤光栅具有为多个通道提供相同效果的色散补偿的功能，在每个取样周期的光栅段中引入啁啾。各组啁啾取样光纤光栅拥有各自的啁啾系数c₁、c₂、c₃...c_m和各自的光栅中心周期Λ₁、Λ₂、Λ₃...Λ_m。第1组啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第一个取样周期开头的Λ₁+c₁·Zg·N/2均匀变化到最后一个取样周期结尾的Λ₁-c₁·Zg·N/2，以此类推，第m组啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第一个取样周期开头的Λ_m+c_m·Zg·N/2均匀变化到最后一个取样周期结尾的Λ_m-c_m·Zg·N/2。由于光栅在靠近入射端口的地方拥有较大的周期，在远离入射端口的地方拥有较小的周期，根据布拉格条件λ₀＝2n_effΛ，λ₀为布拉格波长，n_eff为有效折射率，Λ为光栅周期。可知，长波长分量会在靠近入射端的区域反射，短波长分量会在远离入射端的区域反射，这样一来拥有较小群速度的长波长分量比拥有较大群速度的短波长分量少走了一段距离，通过合理的设计光栅长度，即可以补偿由于色散造成的脉冲展宽。

基于以上的分析，利用间插多相移啁啾取样光纤光栅设计具有对WDM系统中多个信道提供相同效果色散补偿功能的多通道色散补偿器。

以下实施例1和2的多通道色散补偿器的结构如图5所示。该多通道色散补偿器包括输入端1、环形器2、布拉格光栅区3和输出端4，所述环形器2具有3个端口。输入端1、布拉格光栅区3和输出端4分别通过光纤与环形器2的左端口、右端口和下端口连接。

它包括输入端1、环形器2、布拉格光栅区3、输出端4。其中输入端1、布拉格光栅区3和输出端4分别位于环形器2的左侧、右侧和下侧。

实施例1

实施例1的多通道色散补偿器设计为50GHz频率间隔(波长间隔0.4nm)、中心波长1550nm的WDM系统中使用的色散补偿器。布拉格光栅区3采用间插多相移啁啾取样光纤光栅。

图6为本实施例的间插多相移啁啾取样光纤光栅结构示意图，从上到下分别是第二、一、三组多相移啁啾取样光纤光栅。根据前述的反射谱级联准则，三组多相移啁啾取样光纤光栅的中心周期分别为：Λ₁＝522.7nm、Λ₂＝521.9nm、Λ₃＝521.1nm。对于每一组多相移啁啾取样光纤光栅，第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差都为根据反射峰波长间隔公式Δλ≈1/2·(λ_c ²/2n_effZs)，λ_c为多通道色散补偿器的中心波长，n_eff为有效折射率，Zs为一个取样周期的长度，算出取样周期Zs应为1mm。

三组间插多相移啁啾取样光纤光栅有相同的取样占空比、取样周期、取样周期数以及啁啾系数。第二组多相移啁啾取样光纤光栅按虚线方向依次向第一组多相移啁啾取样光纤光栅采用首尾相连的方式间插，第三组多相移啁啾取样光纤光栅按虚线方向依次向第二组多相移啁啾取样光纤光栅采用首尾相连的方式间插，各组多相移啁啾取样光纤光栅之间没有光栅的重叠。参数如表1所示。

表1

间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线图如图7所示。从图中可以看出，本实施例的光纤光栅的反射谱3dB带宽可以从1546.5nm覆盖到1553.5nm，共18个通道，且可以为每个通道提供相同效果的色散补偿,平均色散值为D＝-595.17ps/nm。

作为对比，与本实施例具有相同光栅总长度、取样周期、取样占空比和啁啾系数的啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线如图8所示，其反射谱3dB带宽可以从1548.7nm覆盖到1551.2nm，共4个通道，且可以为每个通道提供相同效果的色散补偿,平均色散值为D＝-127.2ps/nm。

可见，间插多相移啁啾取样光纤光栅有效实现更宽的反射谱包络3dB带宽，更好的反射谱平坦度，更多的通道数以及更好的色散补偿效果，显著优于现有技术。因此在WDM系统中能为C波段的更多个通道提供更好效果的色散补偿。

实施例2

本实施例的多通道色散补偿器设计为100GHz频率间隔(波长间隔0.8nm)、中心波长1550nmWDM系统中使用的色散补偿器。布拉格光栅区采用5组间插多相移啁啾取样光纤光栅。

图9为间插多相移啁啾取样光纤光栅结构示意图，从上到下分别是第四、二、一、三、五组多相移啁啾取样光纤光栅。

根据反射谱级联准则，计算各组多相移啁啾取样光纤光栅的中心周期。对于每一组多相移啁啾取样光纤光栅，第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差都为根据反射峰波长间隔公式Δλ≈1/2·(λ_c ²/2n_effZs)，λ_c为多通道色散补偿器的中心波长，n_eff为有效折射率，Zs为一个取样周期的长度，算出取样周期Zs应为0.5mm。

五组间插多相移啁啾取样光纤光栅有相同的取样占空比、取样周期、取样周期数以及啁啾系数。第二组多相移啁啾取样光纤光栅按虚线方向依次向第一组多相移啁啾取样光纤光栅采用首尾相连的方式间插，第三组多相移啁啾取样光纤光栅按虚线方向依次向第二组多相移啁啾取样光纤光栅采用首尾相连的方式间插，以此类推，各组多相移啁啾取样光纤光栅之间没有光栅的重叠。各组多相移啁啾取样光纤光栅所用参数如表2所示。

表2

图10为本实施例的布拉格光栅区中，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线图。从图中可以看出，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱3dB带宽可以从1530nm覆盖到1570nm，共50个通道，且为每个通道提供相同效果的色散补偿，平均色散值为D＝-1638ps/nm。

与之相比，具有相同光栅总长度、取样周期、取样占空比以及啁啾系数的啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线如图11所示，其反射谱3dB带宽可以从1546.2nm覆盖到1552.8nm，共5个通道，且为每个通道提供相同效果的色散补偿，平均色散值为D＝-312.7ps/nm。

实施例3

与实施例2类似，区别在于：

1.间插光栅组数m由5变为7；

2.在增加通道的前提下为了使各通道反射率不变，将折射率调制值Δn₀增大到7×10^-4；

3.由于在光栅总长度不变的情况下，间插光栅组数的增加会导致每一组间插光栅的总长度减小，为了保证每一组间插光栅的啁啾总量保持不变，即每一组间插光栅的啁啾系数和其总长度的乘积不变，将啁啾系数增大到14.9331nm/m。

表3

图12为本实施例的布拉格光栅区中，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线图。从图中可以看出，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱3dB带宽可以从1515nm覆盖到1585nm，共98个通道，且为每个通道提供相同效果的色散补偿，平均色散值为D＝-1718ps/nm。

实施例4

与实施例2类似，区别在于：

1.间插光栅组数m由5变为9；

2.在增加通道的前提下为了使各通道反射率不变，将折射率调制值Δn₀增大到9×10^-4；

3.由于在光栅总长度不变的情况下，间插光栅组数的增加会导致每一组间插光栅的总长度减小，为了保证每一组间插光栅的啁啾总量保持不变，即每一组间插光栅的啁啾系数和其总长度的乘积不变，将啁啾系数增大到19.1997nm/m。

表4

图12为本实施例的布拉格光栅区中，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱及时延曲线图。图13为本实施例的布拉格光栅区中，间插多相移啁啾取样光纤光栅部分波长的反射谱及时延曲线图。从图12、图13中可以看出，间插多相移啁啾取样光纤光栅的反射谱3dB带宽可以从1485nm覆盖到1615nm，共162个通道，且为每个通道提供相同效果的色散补偿，平均色散值为D＝-1854ps/nm。

考察具有相同的光栅总长度、通道反射率和通道间隔的实施例2-4的光栅的折射率调制值Δn₀与通道数T的关系，如图15所示。可见，采用间插多相移啁啾取样光纤光栅制作色散补偿器，在保证光栅总长度、各通道反射率和通道间隔不变的情况下，随着通道数T的增加，光栅的折射率调制深度Δn₀的增加近似正比于因此本发明的基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器具备的显著优点是在同等的通道数下，本发明的光栅的折射率调制值Δn₀较现有技术小得多，故适用于超高通道数的色散补偿器。

综上所述，本发明的间插多相移啁啾取样光纤光栅具有更宽的反射谱包络3dB带宽，更好的反射谱平坦度，更多的通道数以及更好的色散补偿效果。因此在WDM系统中能为C波段全波段以及S和L部分波段的更多个通道提供更好效果的色散补偿，且通过进一步增加间插光栅组数可以获得更宽泛的应用范围。

Claims (9)

1.基于间插多相移啁啾取样光纤光栅的多通道色散补偿器，所述多通道色散补偿器包括输入端(1)、环形器(2)、布拉格光栅区(3)和输出端(4)，所述环形器(2)具有多个端口；根据环形器(2)的光的传输方向，输入端(1)、布拉格光栅区(3)和输出端(4)分别依序与环形器(2)的多个端口连接，其特征在于布拉格光栅区(3)由m组多相移啁啾取样光纤光栅间插而成；每一组啁啾取样光纤光栅具有相同的取样占空比、取样周期N和光栅总长度。

2.根据权利要求1所述的多通道色散补偿器，其特征在于每一组啁啾取样光纤光栅具有不同的光栅中心周期Λ。

3.根据权利要求1所述的多通道色散补偿器，其特征在于每一组啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期线性减小到第N个取样周期。

4.根据权利要求3所述的多通道色散补偿器，其特征在于第1组多相移啁啾取样光纤光栅中，N个光栅段的光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₁+c₁·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₁-c₁·Zg·N/2；

第2组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ₂+c₂·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ₂-c₂·Zg·N/2；

以此类推，第m组多相移啁啾取样光纤光栅中，光栅的周期从第1个取样周期开头的Λ_m+c_m·Zg·N/2线性变化到第N个取样周期结尾的Λ_m-c_m·Zg·N/2。

5.根据权利要求1所述的多通道色散补偿器，其特征在于每组啁啾取样光纤光栅的啁啾系数c相同或不同。

6.根据权利要求3或4所述的多通道色散补偿器，其特征在于每一组啁啾取样光纤光栅中，第(k+1)个取样周期中光栅的初始相位和第k个取样周期中光栅的初始相位相差

7.根据权利要求1所述的多通道色散补偿器，其特征在于第(i+1)组与第i组啁啾取样光纤光栅的中心周期对应的布拉格波长差为λ_i+1-λ_i＝m·Δλ，其中Δλ为反射谱峰值波长间隔。

8.根据权利要求1所述的多相移啁啾取样光纤光栅，其特征在于所述多相移啁啾取样光纤光栅为矩形取样。

9.权利要求1的多通道色散补偿器在波分复用系统中应用。