CN1595275A - 基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器 - Google Patents
基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器属于光通信领域。其装置包括激光器1、啁啾相位掩模板4、光纤10和掩模板4放置在电控平移台5上，光栅的实时检测系统由ASE光源7，耦合器8和光谱分析仪9组成，线性啁啾相位掩膜板对应的波长范围覆盖C波段，其周期沿长度方向线性增大，相邻周期间的增大幅度是一致的。利用软件对光放大器的增益谱或自发辐射谱进行解析，得到制作啁啾光纤光栅的控制函数，根据此函数利用程控扫描曝光法制作啁啾光纤光栅。本发明的增益平坦方法简单实用，平坦的误差小，针对不同的光放大器增益谱或自发辐射谱可以迅速调整光纤光栅的制作参数，制作的器件尺寸小，可以进行温度补偿封装。
Description
技术领域：
本发明属于光通信领域，特别涉及用于制作基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器和增益平坦方法。
背景技术：
掺铒光纤放大器(EDFA)在高速长距离大容量的光通信系统中发挥着非常重要的作用。但是光放大器存在的增益不平坦现象，限制放大器在通信系统特别是WDM系统中的应用。为了使整个通信波段需要增益平坦的光放大器使每个信道得到平坦的放大，在光放大器中加入增益平坦滤波器(GFF)的技术得到了重视和发展。
目前，几种技术可以用于制作增益平坦滤波器，其中主要包括薄膜滤波器技术，长周期光纤光栅技术等。跟本发明相近的现有技术是2001年8月22日公开的CN1309307A的发明专利申请，名称为“长周期光纤光栅平坦器及其设计方法”。平坦器的结构包括紫外激光器、反射镜、柱透镜、光纤、白光源、光谱仪、平台。光纤固定在平台上能随平台的平移一起按光纤的纵向移动，在光纤之上固定安装有振幅掩模版。平坦器的设计方法，采用弱导光纤近似法将矢量场转化为标量场求解，经特征方程求出光纤的特征参数，进一步得到包层模的传播常数，再利用相位匹配条件得到光纤周期与光波长及模式阶次间的关系，从而设计出满足不同需要的长周期光纤光栅器件。
长周期光纤光栅技术虽然插入损耗较小，但是也存在着平坦误差函数大，器件尺寸大，波长随着温度和弯曲变化漂移大的缺点。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是，利用宽带的线性啁啾相位掩膜板和程序控制的扫描曝光技术制作啁啾光纤光栅，该光纤光栅具有与光放大器增益谱线相一致的反射谱，这样利用该啁啾光纤光栅可以将放大器增益谱中不平坦的部分反射掉，达到平坦化的目的；并能克服背景技术的不足，使方法简单灵活，器件插入损耗小，平坦化误差函数小，尺寸小，温度敏感度较低。
为了达到上述目的，本发明采用了如下装置和方法制作基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器：
一种基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器，由准分子激光器发射的紫外光经过反射镜反射，经柱透镜聚焦后垂直照射在掩模板上，掩模板放在光纤上；光纤和掩模板放置在电控平移台上；激光能量和发射频率以及电控平移台的运动由计算机控制。跟背景技术不同的是，光栅的实时检测系统由放大的自发辐射(ASE)光源、耦合器和光谱分析仪组成；所说的掩模板是啁啾相位掩模板，线性啁啾相位掩膜板对应的波长范围覆盖C波段；掩膜板的周期沿其长度方向线性增大，相邻周期之间的增大幅度是一致的。
制作基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器的方法是：
1、解析光放大器的自发辐射谱(ASE)或增益谱，得到增益带宽范围内每一个波长所对应的增益大小(单位为dB)，然后利用Origin，AutoCAD等软件对其进行拟和，从而得到增益谱带宽内随波长λG变化的增益函数f(λ)。
2、将波长λG与宽带线性啁啾相位掩膜板不同周期处的波长λM对应起来。线性啁啾相位掩膜板对应的波长范围约为40nm，能够覆盖C波段。掩膜板的周期沿其长度方向线性增大，相邻周期之间的增大幅度是一致的。这样可以将波长λG和掩膜板上的周期位置对应起来。
3、根据增益函数f(λ)得到要制作的啁啾光纤光栅的反射函数R(λ)。遵循的原则是以增益函数曲线中最低的增益点为基准点，各波长处高出基准点的增益大小(单位为dB)即为该波长处啁啾光纤光栅的反射大小。
4、由于在光纤光栅折变量未达到饱和前，光栅的反射率与光栅写入时的曝光量成近似线性关系，所以可以将光栅的反射函数转变为曝光量函数E(λ)。
5、将曝光量函数E(λ)转换为光纤光栅写入过程的控制函数。在激光能量和发射的脉冲频率一定时，曝光量与电控平移台的运动速度成反比关系，因此E(λ)可以转换成电控平移台的运动控制函数；在电控平移台运动速度一定时，曝光量与激光能量和发射频率成正比关系，因此E(λ)可以转换成激光能量和发射频率的控制函数。
6、根据制作啁啾光纤光栅的控制函数，利用前述的装置在增敏光纤上利用扫描曝光法写入啁啾光纤光栅，这样就可以制作出啁啾光纤光栅增益平坦器。
本发明的制作基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器的方法简捷灵活，可以根据EDFA不同的增益谱设计啁啾光纤光栅的光谱形状，迅速调整光纤光栅的制作参数，制作出符合要求的增益平坦器。用该方法制作的器件插入损耗小，平坦化误差函数小，尺寸小(由于啁啾掩模板的啁啾量大、尺寸小)，温度敏感度较低，容易进行温度补偿封装。
本发明适用于光通信领域中光放大器自发辐射谱和增益谱平坦器的设计和制作。利用本发明所述的方法设计和制作基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器均属于本发明保护范畴。
附图说明
图1是本发明的基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器的装置结构示意图。
图2是一种未经平坦化的掺铒光纤放大器的自发辐射谱。
图3是针对图2中的谱线制作的啁啾光纤光栅增益平坦器的光谱图。
图4是图2经过啁啾光纤光栅平坦的自发辐射谱。
图5为另一种掺铒光纤放大器的自发辐射谱。
图6是针对图5中的谱线制作的啁啾光纤光栅增益平坦器的光谱图。
图7是图5经平坦后的掺铒光纤放大器的自发辐射谱。
具体实施方式：
实施例1 结合附图说明本发明的基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器的装置结构。
如图1，准分子激光器1发射的紫外光经过反射镜2反射及柱透镜3聚焦后垂直照射在啁啾相位掩模板4上，激光光束通过掩模板4后在光纤10上形成干涉条纹，并使得光纤10的纤芯折射率发生周期性变化，从而形成光栅。光纤10和掩模板4放置在电控平移台5上。激光能量和发射频率以及电控平移台5的运动等由计算机6控制。光栅的实时检测系统由ASE光源7，耦合器8及光谱分析仪9组成。
所说的掩模板4是啁啾相位掩模板，线性啁啾相位掩膜板对应的波长范围是40nm，可以整个覆盖C波段；掩膜板4的周期沿其长度方向线性增大，相邻周期之间的增大幅度是一致的。
实施例2
图2表示的是一种未经平坦化的掺铒光纤放大器的自发辐射谱，首先对该光谱进行解析和拟和，得到了在1525nm-1560nm增益带宽范围内的增益函数曲线f(λ)；然后将增益带宽范围内的各个波长与宽带线性啁啾相位掩膜板上不同的位置对应起来；以增益函数曲线中1538nm附近的最低增益点作为基准点，增益带宽内高于基准点的增益大小就是要制作的啁啾光纤光栅的反射函数R(λ)，再将反射函数转化为光栅的曝光量函数E(λ)；接着，将曝光量函数E(λ)转变为电控平移台的运动控制函数，利用该控制函数和扫描曝光技术制作啁啾光纤光栅，如图3所示；最后将光纤光栅作为平坦器对光放大器的自发辐射谱进行平坦，如图4所示。
从图4中可以看到，在30nm的带宽上EDFA增益谱不平坦度小于±0.5dB，达到实用化要求。
实施例3
图5为另一种掺铒光纤放大器的自发辐射谱，采用本发明的制作基于啁啾光纤光栅的光放大器增益平坦器的方法，制作出符合要求的增益平坦器。图6表示的是针对图5中的谱线制作的啁啾光纤光栅增益平坦器的光谱图；图7表示的是经平坦后的掺铒光纤放大器的自发辐射谱。
从图7中可以看到，在约为30nm的增益带宽上EDFA增益谱不平坦度小于±0.5dB，达到实用化要求。
Claims (2)
1、一种基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器，由准分子激光器(1)发射的紫外光经过反射镜(2)反射，经柱透镜(3)聚焦后垂直照射在掩模板(4)上，掩模板(4)放在光纤(10)上；光纤(10)和掩模板(4)放置在电控平移台(5)上；激光能量和发射频率以及电控平移台(5)的运动由计算机(6)控制；其特征在于，光栅的实时检测系统由放大的自发辐射光源(7)，耦合器(8)和光谱分析仪(9)组成；所说的掩模板(4)是啁啾相位掩模板，线性啁啾相位掩膜板对应的波长范围覆盖C波段；掩膜板(4)的周期沿其长度方向线性增大，相邻周期之间的增大幅度是一致的。
2、一种基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦的方法，其特征是，
——解析光放大器的自发辐射谱或增益谱，得到增益带宽范围内每一个波长所对应的增益大小，然后利用Origin，AutoCAD软件对其进行拟和，得到增益谱带宽内随波长λG变化的增益函数f(λ)；
——将波长λG与啁啾相位掩膜板不同周期位置的波长λM对应起来；
——根据增益函数f(λ)得到要制作的啁啾光纤光栅的反射函数R(λ)，即以增益函数曲线中最低的增益点为基准点，各波长处高出基准点的增益大小，即为该波长处啁啾光纤光栅的反射大小；
——根据在光纤光栅折变量未达到饱和前，光栅的反射率与光栅写入时的曝光量成近似线性关系，将光栅的反射函数转变为曝光量函数E(λ)；
——将曝光量函数E(λ)转换为光纤光栅写入过程的控制函数，即在激光能量和发射的脉冲频率一定时，曝光量与电控平移台的运动速度成反比关系，因此E(λ)可以转换成电控平移台的运动控制函数，在电控平移台运动速度一定时，曝光量与激光能量和发射频率成正比关系，因此E(λ)可以转换成激光能量和发射频率的控制函数；
——根据制作啁啾光纤光栅的控制函数，利用基于啁啾光纤光栅的掺铒光纤放大器的增益平坦器，在增敏光纤上用扫描曝光法写入啁啾光纤光栅。
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