CN207947778U - 一种色散补偿装置及光传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光通信技术领域，提供了一种色散补偿装置和光传输系统，色散补偿装置包括用于调整激光传输方向的光纤环形机构，用于对所述激光进行色散补偿、且色散补偿量相反的第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅，所述光纤环形机构设有用于与光纤连接的输入端，光纤用于传输激光，所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅均与所述光纤环形机构连接，且所述激光依次通过所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅后从所述光纤环形机构中出射，所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅的色散补偿量的绝对值不相等；因此其总色散补偿量可以达到fs/nm的量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿，有效保障激光传输的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于光通信技术领域，更具体地说，是涉及一种色散补偿装置及光传输系统。
背景技术
近年来，超短激光脉冲技术发展迅猛，以飞秒激光为代表的超短光脉冲在通信、医学、激光加工等领域已经获得了大量的应用。在激光的具体应用中，为了提高仪器设备的便捷性和可靠性，多采用光纤传输取代自由空间的光路传输，而在光纤中传输的脉冲激光则会不可避免地引入一定的色散。色散将导致飞秒激光随着传播距离产生一定的脉冲展宽，在数十米的范围内，飞秒脉冲有可能展宽至皮秒量级。展宽后的脉冲将失去飞秒量级脉冲激光特有的特性，如峰值功率减小、降低通信系统误码率等，因此有必要对光纤导致的激光脉冲的色散进行补偿。
在飞秒激光的应用中，光纤的长度通常在百米甚至数十米范围内，其所产生的色散量也需要进行补偿。当前通信领域中通常采用啁啾光纤光栅进行光纤色散补偿，然而由于目前工艺下啁啾光纤光栅的色散系数多在ps/nm(即皮秒/纳米)量级，虽然可用于数百公里的长距离光纤通信系统的色散补偿，但是对于fs/nm(即飞秒/纳米)量级的短程光纤系统的色散是不适用的。
以上不足，有待改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种色散补偿装置，以解决现有技术中的啁啾光纤光栅无法对飞秒激光的微小色散量进行补偿的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种色散补偿装置，包括用于调整激光传输方向的光纤环形机构，用于对所述激光进行色散补偿、且色散补偿量相反的第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅，所述光纤环形机构设有用于与光纤连接的输入端，所述光纤用于传输所述激光,所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅均与所述光纤环形机构连接，且所述激光依次通过所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅后从所述光纤环形机构中出射，所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅的色散补偿量的绝对值不相等。
进一步地，所述第一啁啾光纤光栅的色散补偿量和所述第二啁啾光纤光栅的色散补偿量之和为总色散补偿量，所述总色散补偿量的绝对值的范围为50fs/nm～100fs/nm。
进一步地，所述总色散补偿量的绝对值为50fs/nm。
进一步地，所述光纤环形机构包括第一光纤环形器，所述第一光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第一输入端口、第一端口、第二端口和第三端口，所述输入端口与所述光纤连接，所述第一端口与所述第一啁啾光纤光栅连接，所述第二端口与所述第二啁啾光纤光栅连接。
进一步地，所述光纤环形机构包括第二光纤环形器和第三光纤环形器，所述第二光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第二输入端口、第四端口和第五端口，所述第三光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第三输入端口、第七端口和第八端口，所述第二输入端口与所述光纤连接，所述第四端口与所述第一啁啾光纤光栅连接，所述第五端口与所述第三输入端口连接，所述第七端口与所述第二啁啾光纤光栅连接。
进一步地，所述第一啁啾光纤光栅内的折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐增大，所述第二啁啾光纤光栅内的折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐减小。
进一步地，所述激光包括高频激光分量和低频激光分量，所述高频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程大于所述低频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程；所述高频激光分量在所述第二啁啾光纤光栅内的光程小于所述低频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程。
进一步地，所述第一啁啾光纤光栅内折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐减小，所述第二啁啾光纤光栅内折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐增大。
本实用新型的另一目的在于提供一种光传输系统，包括用于产生激光的激光器和上述的色散补偿装置，所述激光器与所述色散补偿装置的所述光纤环形机构连接。
进一步地，所述激光器为飞秒激光器。
本实用新型提供的一种色散补偿装置的有益效果在于：由于设置有用于对激光进行色散补偿、且色散补偿相反的第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅，因此当激光依次通过第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅后，总色散补偿量可以达到fs/nm的量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿，有效保障激光传输的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的色散补偿装置的一种结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的色散补偿装置的另一种结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的色散补偿装置的负色散啁啾光纤光栅的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的色散补偿装置的正色散啁啾光纤光栅的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
11-第一光纤环形器； 110-第一输入端口； 111-第一端口；
112-第二端口； 113-第三端口； 12-第二光纤环形器；
120-第二输入端口； 121-第四端口； 122-第五端口；
13-第三光纤环形器； 130-第三输入端口； 131-第七端口；
132-第八端口； 21-第一啁啾光纤光栅； 22-第二啁啾光纤光栅；
3-光纤； 4-激光； 41-高频激光分量；
42-高频激光分量。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，一种色散补偿装置，包括用于改变激光4传输方向的光纤环形机构，用于对激光进行色散补偿、且色散补偿相反的第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22，光纤环形机构设有用于与光纤3连接的输入端，光纤3用于传输激光4，第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22均与光纤环形机构连接，且激光4依次通过第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22后从光纤环形机构中出射，第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22对激光4的色散补偿量的绝对值不相等。
本实施例提供的色散补偿装置的工作原理如下：首先将传输激光4的光纤3与光纤环形机构连接，同时将第一啁啾光纤光栅21、第二啁啾光纤光栅22与光纤环形机构顺次连接，从而使得激光4通过光纤3进入到光纤环形机构中后，依次通过第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22进行色散补偿，然后从光纤环形机构中出射。由于第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22的色散补偿相反且色散补偿量不相等，因此当激光依次通过第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22后，其总色散补偿量为第一啁啾光纤光栅21的色散补偿量和第二啁啾光纤光栅22的色散补偿量之和，且总色散补偿量可以达到fs/nm(飞秒/纳米)的量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿。
这样设置的有益效果在于：由于设置有用于对激光4进行色散补偿、且色散补偿相反的第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22，因此当激光4依次通过第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22后，总色散补偿量可以达到fs/nm的量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿，有效保障激光传输的可靠性。
请参阅图1，在一个实施例中，光纤环形机构包括第一光纤环形器11，第一光纤环形器11包括沿激光传输方向设置的第一输入端口110、第一端口111、第二端口112和第三端口113，第一输入端口110与光纤3连接，第一端口111与第一啁啾光纤光栅21连接，第二端口112与第二啁啾光纤光栅22连接。通过第一光纤环形器11将第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22连接，不仅可以实现对激光4的微小色散补偿，而且结构紧凑，安装方便。优选地，第一光纤环形器11为四端口光纤环形器。
请参阅图2，在一个实施例中，光纤环形机构包括第二光纤环形器12和第三光纤环形器13，第二光纤环形器12包括沿激光传输方向设置的第二输入端口120、第四端口121和第五端口122，第三光纤环形器13包括沿激光传输方向设置的第三输入端口130、第七端口131和第八端口132，第二输入端口120与光纤3连接，第四端口121与第一啁啾光纤光栅21连接，第五端口122与第三输入端口130连接，第七端口131与第二啁啾光纤光栅22连接。优选地，第二光纤环形器12为三端口光纤环形器，第三光纤环形器13为三端口光纤环形器，第二光纤环形器12和第三光纤环形器13通过光纤3相互连接。通过两个光纤环形器分别连接第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22，不仅可以实现对激光的微小色散补偿，而且可以根据需要进行连接，安装更加灵活。
应当理解的是，第二光纤环形器12和第三光纤环形器13也可为其它类型的光纤环形器，例如四端口光纤环形器，在使用时，仅顺次使用其中的三个端口即可。
请参阅图3和图4，在一个实施例中，第一啁啾光纤光栅21内的折射率变化周期沿激光4入射方向逐渐增大，第二啁啾光纤光栅22内的折射率变化周期沿激光4入射方向逐渐减小。具体地，第一啁啾光纤光栅21为负色散啁啾光纤光栅，激光4中的不同频率的激光分量在负色散啁啾光纤光栅的不同位置发生全反射，其中高频激光分量41发生全反射的位置比低频激光分量42发生全反射的位置更深，使得高频激光分量41的光程大于低频激光分量42的光程，从而产生负色散；第二啁啾光纤光栅22为正色散啁啾光纤光栅，激光4中的不同频率的激光分量在正色散啁啾光纤光栅的不同位置发生全反射，其中高频激光分量41发生全反射的位置比低频激光分量42发生全反射的位置更浅，使得高频激光分量41的光程小于低频激光分量42的光程，从而产生正色散。事实上，在实际使用时，只需要将负色散啁啾光纤光栅反向与光纤环形器连接，即可得到正色散啁啾光纤光栅。
在一个实施例中，第一啁啾光纤光栅21内的折射率变化周期沿激光4入射方向逐渐减小，即第一啁啾光纤光栅21为正色散啁啾光纤光栅；第二啁啾光纤光栅22内的折射率变化周期沿激光4入射方向逐渐增大，即第二啁啾光纤光栅22为负色散啁啾光纤光栅。
由于第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22产生的色散补偿相反，因此当激光4依次经过第一啁啾光栅21和第二啁啾光纤光栅22后，第一啁啾光纤光栅21的色散补偿量和第二啁啾光纤光栅22的色散补偿量之和为激光4实际获得的色散补偿量。
在本实施例中，可以通过改变曝光功率密度I和曝光时间t的方式来控制啁啾光纤光栅中的折射率变化幅度。折射率n(I,t)与曝光功率密度I和曝光时间t具有如下关系：
n(I,t)＝AIatb(I)
其中A为3.6×10-7，为常数；a为0.78，为常数；b为曝光强度依赖系数，b(I)＝0.165+0.028exp(-I×1×10-5)。
由上述公式可知，在曝光时间t相同的情况下，当曝光功率密度I的范围为0～600mW/cm2时，折射率n(I,t)的变化和曝光功率密度I的变化近似为线性，因此改变曝光功率密度I可以很好地控制光纤的折射率n(I,t)的变化。得到光纤光栅中折射率n(I,t)微小差异后，即可得到光纤光栅中不同位置布拉格反射波长λB的微小差异，其关系满足：
λB＝2neffΛ
其中neff为光纤有效折射率，Λ为光栅周期。
不同位置布拉格反射波长微小差异λB，表示在啁啾光纤光栅的同一位置，满足反射条件的波长具有微小差异，或者相同频率的两束光在啁啾光纤光栅中的反射位置具有微小差异，整体考虑即为啁啾光纤光栅的色散补偿量具有微小差异。
将曝光功率密度I的值设定为450mW/cm2时可得到色散补偿量为14ps/nm色散量的光纤光栅，而曝光功率密度I的设定值为440mW/cm2时可得到色散补偿量为13.95ps/nm光纤光栅。在实际使用时，将上述两个光纤光栅与光纤环形器反向连接，其总色散补偿量为两个光纤光栅的色散补偿量之和，即为50fs/nm(即0.05ps/nm)，因此总色散补偿量可以达到fs/nm的量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿。
进一步地，第一啁啾光纤光栅21和第二啁啾光纤光栅22的总色散补偿量的绝对值的范围为50fs/nm～100fs/nm。优选地，总色散补偿量的绝对值为50fs/nm，从而可对飞秒激光的微小色散量进行补偿，有效保障激光传输的可靠性。
请参阅图1，本实施例的目的还在于提供一种光传输系统，包括用于产生激光4的激光器和上述的色散补偿装置，激光器与色散补偿装置的光纤环形机构连接。优选地，激光器为飞秒激光器。
在一个实施例中，光纤环形机构包括第一光纤环形器11，第一光纤环形器11包括沿激光传输方向设置的第一输入端口110、第一端口111、第二端口112和第三端口113，激光器通过光纤3与第一输入端口110连接，第一端口111与第一啁啾光纤光栅21连接，第二端口112与第二啁啾光纤光栅22连接，第一啁啾光纤光栅21为负色散啁啾光纤光栅，第二啁啾光纤光栅22为正色散啁啾光纤光栅。
本实施例提供的光传输系统的工作原理如下：首先激光器产生激光4，激光4中包括高频激光分量41和低频激光分量42；激光4经过光纤3传输到第一光纤环形器11中，并通过第一端口111进入第一啁啾光纤光栅21；在第一啁啾光纤光栅21中，高频激光分量41发生全反射的位置比低频激光分量42发生全反射的位置更深，使得高频激光分量41的光程大于低频激光分量42的光程，从而产生负色散；然后激光4再通过第二端口112进入第二啁啾光纤光栅22中；在第二啁啾光纤光栅22中，高频激光分量41发生全反射的位置比低频激光分量42发生全反射的位置更浅，使得高频激光分量41的光程小于低频激光分量42的光程，从而产生正色散；然后激光4通过第三端口113出射。
由于激光4在经过负色散啁啾光纤光栅和正色散啁啾光纤光栅之后，分别产生了较大的负色散补偿量和正色散补偿量(ps/nm量级)，总色散补偿量为负色散补偿量和正色散补偿量之和，总色散补偿量可达到fs/nm量级，从而可以对飞秒激光的微小色散量进行补偿，有效保障激光传输的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种色散补偿装置，其特征在于：包括用于调整激光传输方向的光纤环形机构，用于对所述激光进行色散补偿、且色散补偿量相反的第一啁啾光纤光栅和第二啁啾光纤光栅，所述光纤环形机构设有用于与光纤连接的输入端，所述光纤用于传输所述激光，所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅均与所述光纤环形机构连接，且所述激光依次通过所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅后从所述光纤环形机构中出射，所述第一啁啾光纤光栅和所述第二啁啾光纤光栅的色散补偿量的绝对值不相等。
2.如权利要求1所述的色散补偿装置，其特征在于：所述第一啁啾光纤光栅的色散补偿量和所述第二啁啾光纤光栅的色散补偿量之和为总色散补偿量，所述总色散补偿量的绝对值的范围为50fs/nm～100fs/nm。
3.如权利要求2所述的色散补偿装置，其特征在于：所述总色散补偿量的绝对值为50fs/nm。
4.如权利要求1所述的色散补偿装置，其特征在于：所述光纤环形机构包括第一光纤环形器，所述第一光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第一输入端口、第一端口、第二端口和第三端口，所述输入端口与所述光纤连接，所述第一端口与所述第一啁啾光纤光栅连接，所述第二端口与所述第二啁啾光纤光栅连接。
5.如权利要求1所述的色散补偿装置，其特征在于：所述光纤环形机构包括第二光纤环形器和第三光纤环形器，所述第二光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第二输入端口、第四端口和第五端口，所述第三光纤环形器包括沿激光传输方向设置的第三输入端口、第七端口和第八端口，所述第二输入端口与所述光纤连接，所述第四端口与所述第一啁啾光纤光栅连接，所述第五端口与所述第三输入端口连接，所述第七端口与所述第二啁啾光纤光栅连接。
6.如权利要求1～5任一项所述的色散补偿装置，其特征在于：所述第一啁啾光纤光栅内的折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐增大，所述第二啁啾光纤光栅内的折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐减小。
7.如权利要求6所述的色散补偿装置，其特征在于：所述激光包括高频激光分量和低频激光分量，所述高频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程大于所述低频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程；所述高频激光分量在所述第二啁啾光纤光栅内的光程小于所述低频激光分量在所述第一啁啾光纤光栅内的光程。
8.如权利要求1～5任一项所述的色散补偿装置，其特征在于：所述第一啁啾光纤光栅内折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐减小，所述第二啁啾光纤光栅内折射率变化周期沿所述激光入射方向逐渐增大。
9.一种光传输系统，其特征在于：包括用于产生激光的激光器和权利要求1～8任一项所述的色散补偿装置，所述激光器与所述色散补偿装置的所述光纤环形机构连接。
10.如权利要求9所述的光传输系统，其特征在于：所述激光器为飞秒激光器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201820450586.5U CN207947778U (zh) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | 一种色散补偿装置及光传输系统 |
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| CN201820450586.5U CN207947778U (zh) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | 一种色散补偿装置及光传输系统 |
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| CN (1) | CN207947778U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113708841A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-11-26 | 中国传媒大学 | 一种基于光纤光栅的用于超短脉冲色散和高阶色散补偿方法 |
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2018
- 2018-03-30 CN CN201820450586.5U patent/CN207947778U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113708841A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-11-26 | 中国传媒大学 | 一种基于光纤光栅的用于超短脉冲色散和高阶色散补偿方法 |
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