光纖光柵

在長(zhǎng)途光纖干線中，由于中繼放大和交換等環(huán)節(jié)受到電子器件對(duì)碼速的限制，制約了光纖通信總?cè)萘康奶岣撸馔ㄐ艠?gòu)思應(yīng)運(yùn)而生，即各種光器件以光纖為載體來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸及處理功能，例如將摻鉺光纖激光器、摻鉺光纖放大器(EDFA)、光纖耦合器、光纖光柵濾波器、光纖環(huán)行器以及其它各種高性能的全光纖器件組合到一條傳輸光纖中，方便地在一條光纖線路上同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)信道的復(fù)用和解復(fù)用。
　　光纖光柵（Fiber Grating）是基于光纖的光敏特性制成的一類(lèi)重要的光纖型器件，它在在線光濾波、光耦合、光放大和信號(hào)檢測(cè)等功能的實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。所謂光纖的光敏特性是指在紫外光照射下，光纖的折射率隨光強(qiáng)發(fā)生變化的特性。基于光敏特性，可以將特定的光柵結(jié)構(gòu)寫(xiě)入到光纖中，如圖1，形成滿足各種應(yīng)用要求的光纖光柵器件。光纖光柵中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期一般在亞微米量級(jí)，也有幾十到幾百微米的。

　　光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)兩類(lèi)。非周期結(jié)構(gòu)一般由周期結(jié)構(gòu)經(jīng)某種方式演變而來(lái)。光纖光柵從功能上可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵兩類(lèi)，色散補(bǔ)償型光柵又稱為啁啾光纖光柵。
　　長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)的光學(xué)性質(zhì)是基于纖芯膜與包層膜的耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們從理論上研究了LPFG，尤其是正弦啁啾LPFG的增益譜和色散的特性，在一定條件下得到較為理想的帶阻濾波器。同時(shí)，我們還設(shè)計(jì)和制作了機(jī)械應(yīng)力引入式LPFG，這種光柵不僅具有與光刻寫(xiě)的光柵類(lèi)似的光學(xué)性質(zhì)，而且成本較低、動(dòng)態(tài)可調(diào)、可重復(fù)刻寫(xiě)。
　　九十年代以來(lái)光纖光柵技術(shù)迅猛發(fā)展，由于光纖光柵具有體積小、插入損耗低、與光纖兼容性好以及獨(dú)特的波長(zhǎng)選擇性等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已經(jīng)對(duì)包括光纖通信、光纖傳感和光學(xué)信息處理等在內(nèi)的整個(gè)光纖領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
光纖激光器是人們很早就提出的一種適合于通信應(yīng)用的激光器。利用光纖光柵帶通濾波器的反射性，可以構(gòu)成光纖激光器所需的諧振腔。其優(yōu)點(diǎn)是光纖光柵的兼容性、輸出穩(wěn)定性和光譜純度要比半導(dǎo)體激光器好；具有較高的光輸出功率、極窄的線寬和較寬的調(diào)諧范圍。
　　目前光通信使用的標(biāo)準(zhǔn)光纖在波長(zhǎng)1550 nm的色散值為17ps/nm/km，因而必須解決色散補(bǔ)償問(wèn)題。一個(gè)有效的解決方案是應(yīng)用基于啁啾光纖光柵的色散補(bǔ)償器。如圖2所示，

光柵間距不等，短波長(zhǎng)光(λ1)在近端反射，長(zhǎng)波長(zhǎng)光(λ2)在遠(yuǎn)端反射，不同點(diǎn)反射不同波長(zhǎng)從而使反射回去的光波產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲。粗略地估算表明，用約3.6 cm長(zhǎng)度的啁啾光纖光柵在0.2 nm帶寬就可補(bǔ)償100 km長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)光纖在波長(zhǎng)1550nm的色散。
　　光纖光柵正成為高速光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵器件之一。

　　光纖布拉格光柵在光通信中有著廣泛的應(yīng)用，它可以用作光帶通濾波器，波長(zhǎng)鎖定器，激光器中的反射鏡和增益均衡器等等。啁啾光纖布拉格光柵用來(lái)補(bǔ)償光纖鏈路中的色散也已成為近年來(lái)廣泛采用的方法。許多新的光柵結(jié)構(gòu)是色散補(bǔ)償器和帶寬濾波器具有了高的帶寬利用率。
　　我們?cè)O(shè)計(jì)了窄帶的正弦啁啾光纖光柵，-3dB帶寬為0.37nm，旁瓣小于-40dB，帶寬利用率（-1dB和-30dB處的帶寬比）為0.8561。光柵的反射譜和時(shí)延曲線被顯示在圖5中，這種正弦啁啾結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生幾乎理想的矩形反射窗口，其帶寬利用率明顯高于同等參數(shù)下的線性啁啾光纖光柵。

　　圖6顯示了為寬帶應(yīng)用的正弦光纖光柵譜。帶寬80.2nm，帶寬利用率0.985，旁瓣低于-25dB。虛線部分是同樣參數(shù)下線性啁啾光纖光柵的反射譜，顯然，正弦啁啾結(jié)構(gòu)可以是反射譜變得更陡峭。

　　新的應(yīng)用了正弦啁啾的采樣光纖光柵可以實(shí)現(xiàn)更多更均衡的通道。圖7展示了141個(gè)均勻的通道，通道間隔0.25nm，平均通道帶寬0.03nm。旁瓣可以通過(guò)進(jìn)一步的切趾做得很低。

1. L Zhang and Changxi Yang, “Improving the performance of fiber gratings with sinusoidal chirps”, Appl. Opt., 24(12), 2181-2187 (2003).

2. L Zhang, Changxi Yang, Y Yan, G Jin, and M Xiao, “Sinusoidally chirped fiber Bragg gratings for DWDM applications,” Conference on Lasers and Electro-Optics and Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS)， May 19-24, 2002 in Long Beach, California, paper CTuJ.

dangmirror	2006-11-15 23:06
沒(méi)有看懂，真是不好意思

infernozyq	2006-12-03 16:38
正需要此類(lèi)文章，多謝！

ear	2007-11-02 11:33
謝謝摟主，關(guān)于光纖光柵的制作加入圖示更好

goyanod	2007-11-20 12:40
偶也謝謝

guli_zhang	2008-01-04 22:00
早聽(tīng)說(shuō)過(guò)布拉格光柵了但不知道啥東西謝cyqdesign

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