專利名稱：窄線寬選頻全光纖可調延時線的制作方法
技術領域：
本發明是一種窄線寬選頻全光纖可調延時線(也稱延遲線)，在光學測量、光器件和光纖通信技術領域內有廣泛應用。
背景技術：
光學延時線，是通過改變光脈沖信號所經過的路程，從而延遲光脈沖到達時間的一種專門裝置。在光信息技術中，光學延時線起著十分重要的作用。在激光超短脈沖技術中，它被用來調整和保持二路或多路脈沖信號的同步。在光學測量技術中，光脈沖之間的同步，以及二者之間時延差的調節和控制，也起著關鍵的作用。在超短光脈沖的相關測量技術中，利用光學延時線和諧波效應或雙光子效應，完成光脈沖的卷積測量。在光纖通信系統中，利用光延時線，實現光時分復用和解復用。由于互聯網(IP)技術的巨大成功，世界各國正在致力于光分組交換技術的研究。光分組交換技術必須使用一種能夠控制不同數據包等待時間和發送時間的光緩存技術。由于光子不同于電子，具有邏輯運算功能的光子器件還有待研究，光學延時器就成為一種關鍵器件。
在先技術中，光延時線有幾種方式，在短脈沖光學測量中，普遍采用體光學元件的延時器。這就是使用一種安裝在直線移動的機械微調裝置上的光學反射鏡。它有較高的調節精度，可以很好地用于實驗室。但是穩定性較差，體積重量較大，不易做成一種實用化儀器。在先技術I[OZ Optics Ltd.，“Variable Fiber Optic Delay Lines”，(www.ozoptics.com)]，是一種具有光纖連接功能的機械微調延時線。雖然它具有較好的實用化性能，但是調整速度很慢，只能使用于靜態應用。而且只適用于延時量很小的情況。
在光時分復用和光分組交換方面，目前常用的光緩存結構是采用很多段不同長度的光纖，并配合一定的光開關，作為分級可變的延時線。其中各段光纖的長度對應的時延，是一個最小單元的2n倍。這樣可以組合成最小單元的各個倍數。如在先技術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。這一結構的缺點是靈活性比較差，延時線裝置安裝完成后，時延量及其可變的級數就固定了。同時整個裝置光纖數量很多，比較龐大，這對實用化帶來不小困難。
發明內容
針對上述在先技術的缺點，本發明提供一種全光纖型可調延時線。
本發明的窄線寬選頻全光纖可調延時線，包括有輸入端口Kr、輸出端口Kc和輸出輸入端口Kcr的三端口的光纖環行器1。從光纖環行器1的輸出輸入端口Kcr連接出選頻可調延時線4。選頻可調延時線4是由N≥2段延時光纖2與N≥2個調諧光纖光柵3相互間隔串聯構成的。在選頻可調延時線4上的調諧光纖光柵3中有N≥1個，也就是說，至少有一個調諧光纖光柵3帶有分布式微加熱器5。如圖1所示。
所說的調諧光纖光柵3上帶有的分布式微加熱器5是在調諧光纖光柵3去除外包層后，直接覆蓋一層金屬加熱層502。金屬加熱層502是由N≥2個加熱電極503分隔成N≥1個加熱單元504串聯構成的。每個加熱單元504上都置有測溫元件501。所有的加熱電極503和測溫元件501都連接到控溫器和驅動電源構成的控制單元505上。如圖2所示。
本發明的全光纖可調延時線的關鍵元件是帶有分布式微加熱器5的調諧光纖光柵。光纖光柵是一種窄線寬選頻反射式濾波器。光纖光柵反射峰的波長決定于紫外激光寫入的光柵的周期，即所謂布拉格(Bragg)波長。由于光柵的周期和光纖材料的折射率隨著光纖所受應變以及熱脹冷縮效應而變化，因此可以利用應變和溫度變化對光纖光柵進行調諧。因此對于某一波長的光信號反射的光纖光柵，如果布拉格(Bragg)波長被調諧到信號帶線寬之外，它就不會反射光信號，而讓其通過。
本發明正是根據可調諧光纖光柵的這一特性而設計的。其工作過程如下一個波長為光纖光柵調諧前峰值波長的光脈沖，從輸入端口Kr進入光纖環行器1；從光纖環行器1的輸出輸入端口Kcr進入選頻可調延時線4；被第一個調諧光纖光柵3反射回到光纖環行器1；然后從輸出端口Kc輸出。該光脈沖的時延等于光在第一段延時光纖2中來回走一次的時間。假如一段延時光纖2的長度為L，折射率為n，則時延量為τ＝2nL/c，式中c為光速。當第一個調諧光纖光柵3被調諧，且調諧量大于調諧光纖光柵和信號光的線寬，光脈沖就會通過第一個調諧光纖光柵3進入第二段延時光纖2；然后被第二個調諧光纖光柵3所反射。此時，光脈沖的時延量為τ＝2n(L1+L2)/c，式中L1和L2分別為兩段延時光纖2的長度。依此類推，可以接入多段延時光纖和多個可調諧光纖光柵。從而獲得可以動態配置的延時線。
上述可調延時線的調節精度決定于延時光纖2的最小長度。從光纖熔接工藝的實際可行性來看，大致在10厘米的量級。也就是100皮秒量級。采用圖2所示的帶有分布式微加熱器5的可調諧光纖光柵，可以進一步提高調節精度。如上所述的分布式微加熱器5上的加熱層502是由N≥2個加熱電極503將其分成N≥1個串聯的加熱單元504。當在不同的兩電極間，施加調諧加熱電流，此加熱單元504溫度升高，此段的調諧光纖光柵受到溫度調諧，光束通過；未受到溫度調諧的調諧光纖光柵就使光束反射回去。因此反射可以發生在調諧光纖光柵3的不同部位上，從而可以在更小的間隔下調節時延量。假設一個加熱單元504相對應的調諧光纖光柵3的一段長度為10厘米，分為10段分別調諧。那么，時延量的調節精度就可以達到10皮秒量級。
與在先技術相比，本發明的優點和特點是(1)本發明的可調延時線主要包括光纖環行器1，延時光纖2和調諧光纖光柵3；是一種全光纖的器件，沒有機械運動部件。與精密機械調整架上置放光學反射鏡的延時線相比，使用穩定可靠，容易實現儀器化。
(2)它采用帶有分布式微加熱器5的調諧光纖光柵3進行調諧，時延量可調精度和機動性優于固定式光纖延時線，應用廣泛。
(3)它利用了調諧光纖光柵的窄帶選頻反射特性，因此是一種窄線寬延時線。對于波長間隔大的不同信道，要采用不同布拉格(Bragg)波長的光纖光柵。但是光纖光柵的可調諧性可以覆蓋相當大的范圍，尤其是采用壓應變調諧時，可以有數十納米的調諧范圍。另一方面，在密集波分復用光纖通信系統中，本來就有許多場合需要將不同波長的信道分開。本發明的窄線寬可調光纖光柵就可以將解復用同延時兩個功能結合起來。
圖1為本發明的全光纖可調延時線總體結構示意圖；圖2為帶有分布式微加熱器5的調諧光纖光柵示意圖；圖3本發明用于光信號數據包重新排列的應用示意圖。
具體實施例方式本發明可以用于許多光信息處理的場合。如圖3的結構，延時光纖2段數N＝2，調諧光纖光柵3數N＝2。從光纖環行器1輸入端口Kcr輸入的光信號由兩個波長不相等的波長λ1、λ2先后二個數據包構成。如圖3中λ所示的在時間t軸上的波形。經過光纖環行器1進入選頻可調延時線4。不同波長的數據包分別在對應波長的調諧光纖光柵3上反射。第一個調諧光纖光柵3帶有分布式微加熱器5，使其調諧到第一個調諧光纖光柵3對于第一個數據包λ1是通過的。而對于第二個數據包λ2是反射的。因此第二個數據包λ2經過第一段延時光纖2后就被第一個調諧光纖光柵反射回去。由于二個調諧光纖光柵3之間接入了一段延時光纖2，前一個波長λ2數據包相對于后一個λ1經歷了多一段延時光纖的時延，因此在輸出端口Kc輸出時，二個數據包λ1、λ2的前后位置與輸入時前后位置被置換了。如圖3中λ′所示的t軸上的新波形。這對光網絡中信號在時間次序上的重新排列有實用意義。由于采用了帶有分布式微加熱器5的可調諧光纖光柵，反射波長可以進行動態配置，因而能夠適應網絡中不同的信號設置。
權利要求
1.一種窄線寬選頻全光纖可調延時線，包括帶有輸入端口(Kr)、輸出端口(Kc)及輸出輸入端口(Kcr)的三端口的光纖環行器(1)，其特征在于從光纖環行器(1)的輸出輸入端口(Kcr)連接出由N≥2段延時光纖(2)與N≥2個調諧光纖光柵(3)相互間隔串聯構成的選頻可調延時線(4)，在選頻可調延時線(4)上的調諧光纖光柵(3)中有N≥1個調諧光纖光柵(3)帶有分布式微加熱器(5)。
2.根據權利要求1所述的窄線寬選頻全光纖可調延時線，其特征在于所說的調諧光纖光柵(3)上帶有的分布式微加熱器(5)是在調諧光纖光柵(3)去除外包層后，直接覆蓋一層金屬加熱層(502)，金屬加熱層(502)上由N≥2個電極(503)分隔成N≥1個串聯的加熱單元(504)，每個加熱單元(504)上置有測溫元件(501)，所有的加熱電極(502)和測溫元件(501)都連接到由控溫器和驅動電源構成的控制單元(505)上。
全文摘要
一種窄線寬選頻全光纖可調延時線，主要包括帶有三個端口的光纖環行器和由N≥2段延時光纖與N≥2個調諧光纖光柵相互間隔串聯構成的選頻可調延時線。其中至少有一個調諧光纖光柵帶有分布式微加熱器。光脈沖信號從光纖環行器輸入端口輸入后，進入選頻可調延時線，到達第一個調諧光纖光柵被反射回來，當第一個調諧光纖光柵經過調諧后，光脈沖信號通過第一個調諧光纖光柵，經過第二段延時光纖后，到達第二個調諧光纖光柵被反射。依此類推，能夠動態地獲得不同的延時量。本發明是一種全光纖器件。具有時延量可調、精度高、機動性強的優點，應用廣泛。
文檔編號H04B10/12GK1391366SQ0213622
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月26日 優先權日2002年7月26日
發明者方祖捷, 耿健新, 李琳 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所