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啁啾光纖光柵及其色散補償 蘭濤韓旭 主要內(nèi)容 色散及色散補償技術(shù) 啁啾光纖光柵及理論分析 色散補償系統(tǒng) 光纖的色散 色散是信號能量中的各種分量由于在傳輸介質(zhì)中傳輸速度不同 所引起的信號畸變 引起光脈沖展寬和碼間串擾 最終影響通信距離和容量 將單模光纖中模式的相位系數(shù)在中心頻率附近展開成泰勒級數(shù) 脈沖展寬主要因素 光纖通信中的色散補償技術(shù) 中間光相位共軛技術(shù)預(yù)啁啾技術(shù)色散補償光纖雙模光纖色散補償啁啾光纖光柵 色散補償光纖 啁啾光纖光柵 色散補償光纖光柵 主要優(yōu)點 可單通道或多通道工作非線性低損耗低封裝緊湊 啁啾光纖光柵 色散補償光纖光柵 啁啾光纖光柵的柵格周期不是常數(shù) 而是沿軸向變化 不同的柵格周期對應(yīng)不同的布拉格反射波長 不同波長的入射光在啁啾光纖光柵的不同位置反射 圖1啁啾光纖光柵 布拉格反射波長隨光纖光柵的位置而變化 在某點Z處所對應(yīng)的布拉格反射波長為 獲得啁啾光纖光柵的方法有兩種 一種是改變光柵的有效折射率 另一種是改變光柵周期 圖2啁啾光纖光柵的折射率隨z變化的示意圖 啁啾光纖光柵的折射率表示如下 是布拉格周期 表示折射率的相位 通常用來描述光柵的啁啾量 啁啾光纖光柵補償原理 理論分析 光脈沖在光纖中傳輸時 其歸一化幅值U z T 滿足下列傳輸方程 初始幅值為U 0 T 經(jīng)過長度為Lf的光纖后幅值為U Lf T 兩者的傅里葉變換分別為U 0 和U Lf 則在頻域中存在下列關(guān)系 色散改變了脈沖每個頻譜分量的相位 改變量依賴于頻率和傳輸距離 假定啁啾光纖光柵的復(fù)頻域 其中和分別為幅度和相位的響應(yīng) 經(jīng)過光纖光柵反射后的輸出脈沖 光纖光柵由來調(diào)制脈沖的幅度 將相位響應(yīng)展開為泰勒級數(shù) 使光脈沖產(chǎn)生固定相移 使光脈沖產(chǎn)生群速時延 使光脈沖發(fā)生色散 假定在脈沖的帶寬內(nèi)為常數(shù) 且抽出光纖光柵的時延因子 假設(shè)入射脈沖為高斯脈沖 脈沖寬度為 0 則其歸一化振幅為 通過長度為Lf的光纖后脈沖寬度為 代入 通過光纖光柵對色散補償后其脈沖寬度為 理想補償?shù)那闆r下 要求通過光纖光柵的壓縮比為 即 M反映了光纖光柵壓縮脈沖的能力 線性啁啾光纖光柵 光柵折射率調(diào)制幅度沿軸向保持常數(shù) 而周期沿光柵軸向線性變化的光柵 周期的表達式為 對應(yīng)初始波長的周期 C為啁啾系數(shù)表示布拉格波長沿縱向z的變化率 單位nm cm 光柵的傳播常數(shù)隨光柵長度變化的 根據(jù)布拉格條件 反射光波的傳播常數(shù)隨空間位置的變化為 對進行展開 啁啾光纖光柵性能 增加光柵長度可以改變其性能 為對應(yīng)光柵中心點的反射光角頻率 反射光頻率隨位置的變化為 光柵兩端反射的光頻分量的頻率間隔為 從光柵兩端反射的光頻分量的時延差 啁啾光柵的色散量 對一定長度的啁啾光柵 增大啁啾系數(shù)C時帶寬增加 但色散量減小 為此用帶寬和色散的積來表示啁啾光柵的補償能力 啁啾光柵的色散補償能力隨光柵長度的增大而增大 折射率均勻調(diào)制的FBG的反射譜 除了位于零失諧附近的主反射峰外 其兩側(cè)有一系列的旁瓣 反射率旁瓣的存在會嚴重地影響光柵的濾波特性 CFBG的反射譜也存在旁瓣 反射帶寬內(nèi)反射譜不平坦 時延特性曲線存在較大的振蕩 線性度差 切趾技術(shù)可以有效的改善光柵的性能 通過切趾技術(shù) 可以有效抑制反射譜的旁瓣 獲得較高的旁瓣抑制比 同時減少時延曲線的振蕩 光纖光柵的折射率調(diào)制為 為切趾函數(shù) 常用的切趾包絡(luò)函數(shù)主要有 余弦 柯西和漢明函數(shù) 余弦窗 柯西窗 漢明窗 高斯窗 布萊曼窗 優(yōu)化啁啾光纖光柵色散補償 啁啾光纖光柵由于帶寬有限 多用于補償單波系統(tǒng) 但在對系統(tǒng)進行改進的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)多波長同時補償色散和色散斜率 應(yīng)用簡介 容易實現(xiàn)器件的小型化 啁啾光纖光柵一般制作于普通單模光纖或是與之兼容的特殊光纖上 且長度很短 所以附加損耗很小 而且?guī)缀醪皇芄饫w非線性影響 啁啾光纖