CN1156100C - 窄线宽选频全光纤可调延时线 - Google Patents

Abstract

一种窄线宽选频全光纤可调延时线，主要包括带有三个端口的光纤环行器和由N≥2段延时光纤与N≥2个调谐光纤光栅相互间隔串联构成的选频可调延时线。其中至少有一个调谐光纤光栅带有分布式微加热器。光脉冲信号从光纤环行器输入端口输入后，进入选频可调延时线，到达第一个调谐光纤光栅被反射回来，当第一个调谐光纤光栅经过调谐后，光脉冲信号通过第一个调谐光纤光栅，经过第二段延时光纤后，到达第二个调谐光纤光栅被反射。依此类推，能够动态地获得不同的延时量。本发明是一种全光纤器件。具有时延量可调、精度高、机动性强的优点，应用广泛。

Description

窄线宽选频全光纤可调延时线

技术领域：

本发明是一种窄线宽选频全光纤可调延时线(也称延迟线)，在光学测量、光器件和光纤通信技术领域内有广泛应用。

背景技术：

光学延时线，是通过改变光脉冲信号所经过的路程，从而延迟光脉冲到达时间的一种专门装置。在光信息技术中，光学延时线起着十分重要的作用。在激光超短脉冲技术中，它被用来调整和保持二路或多路脉冲信号的同步。在光学测量技术中，光脉冲之间的同步，以及二者之间时延差的调节和控制，也起着关键的作用。在超短光脉冲的相关测量技术中，利用光学延时线和谐波效应或双光子效应，完成光脉冲的卷积测量。在光纤通信系统中，利用光延时线，实现光时分复用和解复用。由于互联网(IP)技术的巨大成功，世界各国正在致力于光分组交换技术的研究。光分组交换技术必须使用一种能够控制不同数据包等待时间和发送时间的光缓存技术。由于光子不同于电子，具有逻辑运算功能的光子器件还有待研究，光学延时器就成为一种关键器件。

在先技术中，光延时线有几种方式，在短脉冲光学测量中，普遍采用体光学元件的延时器。这就是使用一种安装在直线移动的机械微调装置上的光学反射镜。它有较高的调节精度，可以很好地用于实验室。但是稳定性较差，体积重量较大，不易做成一种实用化仪器。在先技术I[OZ Optics Ltd.，“Variable Fiber Optic Delay Lines”，( www.ozoptics.com)]，是一种具有光纤连接功能的机械微调延时线。虽然它具有较好的实用化性能，但是调整速度很慢，只能使用于静态应用。而且只适用于延时量很小的情况。

在光时分复用和光分组交换方面，目前常用的光缓存结构是采用很多段不同长度的光纤，并配合一定的光开关，作为分级可变的延时线。其中各段光纤的长度对应的时延，是一个最小单元的2ⁿ倍。这样可以组合成最小单元的各个倍数。如在先技术2[D.K.Hunter，D.Cotter，R.B.Ahmad，W.D.Cornwell，T.H.Gilfedder，P.J.Legg，and I.Andonovic，“Buffered switch fabrics for trafficrouting，merging，and shaping in photonic cell networks”，J.Lightwave Technol.，vol.15，pp.86-101，Jan.1997.]所述。这一结构的缺点是灵活性比较差，延时线装置安装完成后，时延量及其可变的级数就固定了。同时整个装置光纤数量很多，比较庞大，这对实用化带来不小困难。

发明内容：

针对上述在先技术的缺点，本发明提供一种全光纤型可调延时线。

本发明的窄线宽选频全光纤可调延时线，包括：有输入端口K_r、输出端口K_c和输出输入端口K_cr的三端口的光纤环行器1。从光纤环行器1的输出输入端口K_cr连接出选频可调延时线4。选频可调延时线4是由N≥2段延时光纤2与N≥2个调谐光纤光栅3相互间隔串联构成的。在选频可调延时线4上的调谐光纤光栅3中有N≥1个，也就是说，至少有一个调谐光纤光栅3带有分布式微加热器5。如图1所示。

所说的调谐光纤光栅3上带有的分布式微加热器5是在调谐光纤光栅3去除外包层后，直接覆盖一层金属加热层502。金属加热层502是由N≥2个加热电极503分隔成N≥1个加热单元504串联构成的。每个加热单元504上都置有测温元件501。所有的加热电极503和测温元件501都连接到控温器和驱动电源构成的控制单元505上。如图2所示。

本发明的全光纤可调延时线的关键元件是带有分布式微加热器5的调谐光纤光栅。光纤光栅是一种窄线宽选频反射式滤波器。光纤光栅反射峰的波长决定于紫外激光写入的光栅的周期，即所谓布拉格(Bragg)波长。由于光栅的周期和光纤材料的折射率随着光纤所受应变以及热胀冷缩效应而变化，因此可以利用应变和温度变化对光纤光栅进行调谐。因此对于某一波长的光信号反射的光纤光栅，如果布拉格(Bragg)波长被调谐到信号带线宽之外，它就不会反射光信号，而让其通过。

本发明正是根据可调谐光纤光栅的这一特性而设计的。其工作过程如下：一个波长为光纤光栅调谐前峰值波长的光脉冲，从输入端口K_r进入光纤环行器1；从光纤环行器1的输出输入端口K_cr进入选频可调延时线4；被第一个调谐光纤光栅3反射回到光纤环行器1；然后从输出端口K_c输出。该光脉冲的时延等于光在第一段延时光纤2中来回走一次的时间。假如一段延时光纤2的长度为L，折射率为n，则时延量为τ＝2nL/c，式中c为光速。当第一个调谐光纤光栅3被调谐，且调谐量大于调谐光纤光栅和信号光的线宽，光脉冲就会通过第一个调谐光纤光栅3进入第二段延时光纤2；然后被第二个调谐光纤光栅3所反射。此时，光脉冲的时延量为τ＝2n(L₁+L₂)/c，式中L₁和L₂分别为两段延时光纤2的长度。依此类推，可以接入多段延时光纤和多个可调谐光纤光栅。从而获得可以动态配置的延时线。

上述可调延时线的调节精度决定于延时光纤2的最小长度。从光纤熔接工艺的实际可行性来看，大致在10厘米的量级。也就是100皮秒量级。采用图2所示的带有分布式微加热器5的可调谐光纤光栅，可以进一步提高调节精度。如上所述的分布式微加热器5上的加热层502是由N≥2个加热电极503将其分成N≥1个串联的加热单元504。当在不同的两电极间，施加调谐加热电流，此加热单元504温度升高，此段的调谐光纤光栅受到温度调谐，光束通过；未受到温度调谐的调谐光纤光栅就使光束反射回去。因此反射可以发生在调谐光纤光栅3的不同部位上，从而可以在更小的间隔下调节时延量。假设一个加热单元504相对应的调谐光纤光栅3的一段长度为10厘米，分为10段分别调谐。那么，时延量的调节精度就可以达到10皮秒量级。

与在先技术相比，本发明的优点和特点是：

(1)本发明的可调延时线主要包括光纤环行器1，延时光纤2和调谐光纤光栅3；是一种全光纤的器件，没有机械运动部件。与精密机械调整架上置放光学反射镜的延时线相比，使用稳定可靠，容易实现仪器化。

(2)它采用带有分布式微加热器5的调谐光纤光栅3进行调谐，时延量可调精度和机动性优于固定式光纤延时线，应用广泛。

(3)它利用了调谐光纤光栅的窄带选频反射特性，因此是一种窄线宽延时线。对于波长间隔大的不同信道，要采用不同布拉格(Bragg)波长的光纤光栅。但是光纤光栅的可调谐性可以覆盖相当大的范围，尤其是采用压应变调谐时，可以有数十纳米的调谐范围。另一方面，在密集波分复用光纤通信系统中，本来就有许多场合需要将不同波长的信道分开。本发明的窄线宽可调光纤光栅就可以将解复用同延时两个功能结合起来。

附图说明：

图1：为本发明的全光纤可调延时线总体结构示意图；

图2：为带有分布式微加热器5的调谐光纤光栅示意图；

图3：本发明用于光信号数据包重新排列的应用示意图。

具体实施方式：

本发明可以用于许多光信息处理的场合。如图3的结构，延时光纤2段数N＝2，调谐光纤光栅3数N＝2。从光纤环行器1输入端口K_cr输入的光信号由两个波长不相等的波长λ1、λ2先后二个数据包构成。如图3中λ所示的在时间t轴上的波形。经过光纤环行器1进入选频可调延时线4。不同波长的数据包分别在对应波长的调谐光纤光栅3上反射。第一个调谐光纤光栅3带有分布式微加热器5，使其调谐到第一个调谐光纤光栅3对于第一个数据包λ1是通过的。而对于第二个数据包λ2是反射的。因此第二个数据包λ2经过第一段延时光纤2后就被第一个调谐光纤光栅反射回去。由于二个调谐光纤光栅3之间接入了一段延时光纤2，前一个波长λ2数据包相对于后一个λ1经历了多一段延时光纤的时延，因此在输出端口K_c输出时，二个数据包λ1、λ2的前后位置与输入时前后位置被置换了。如图3中λ所示的t轴上的新波形。这对光网络中信号在时间次序上的重新排列有实用意义。由于采用了带有分布式微加热器5的可调谐光纤光栅，反射波长可以进行动态配置，因而能够适应网络中不同的信号设置。

Claims (2)

1.一种窄线宽选频全光纤可调延时线，包括带有输入端口(K_r)、输出端口(K_c)及输出输入端口(K_cr)的三端口的光纤环行器(1)，其特征在于从光纤环行器(1)的输出输入端口(K_cr)连接出由N≥2段延时光纤(2)与N≥2个调谐光纤光栅(3)相互间隔串联构成的选频可调延时线(4)，在选频可调延时线(4)上的调谐光纤光栅(3)中有N≥1个调谐光纤光栅(3)带有分布式微加热器(5)。

2.根据权利要求1所述的窄线宽选频全光纤可调延时线，其特征在于所说的调谐光纤光栅(3)上带有的分布式微加热器(5)是在调谐光纤光栅(3)去除外包层后，直接覆盖一层金属加热层(502)，金属加热层(502)上由N≥2个电极(503)分隔成N≥1个串联的加热单元(504)，每个加热单元(504)上置有测温元件(501)，所有的加热电极(503)和测温元件(501)都连接到由控温器和驱动电源构成的控制单元(505)上。

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