啁啾光纤光栅.ppt

啁啾光纤光栅及其色散补偿 兰涛韩旭 主要内容 色散及色散补偿技术 啁啾光纤光栅及理论分析 色散补偿系统 光纤的色散 色散是信号能量中的各种分量由于在传输介质中传输速度不同 所引起的信号畸变 引起光脉冲展宽和码间串扰 最终影响通信距离和容量 将单模光纤中模式的相位系数在中心频率附近展开成泰勒级数 脉冲展宽主要因素 光纤通信中的色散补偿技术 中间光相位共轭技术预啁啾技术色散补偿光纤双模光纤色散补偿啁啾光纤光栅 色散补偿光纤 啁啾光纤光栅 色散补偿光纤光栅 主要优点 可单通道或多通道工作非线性低损耗低封装紧凑 啁啾光纤光栅 色散补偿光纤光栅 啁啾光纤光栅的栅格周期不是常数 而是沿轴向变化 不同的栅格周期对应不同的布拉格反射波长 不同波长的入射光在啁啾光纤光栅的不同位置反射 图1啁啾光纤光栅 布拉格反射波长随光纤光栅的位置而变化 在某点Z处所对应的布拉格反射波长为 获得啁啾光纤光栅的方法有两种 一种是改变光栅的有效折射率 另一种是改变光栅周期 图2啁啾光纤光栅的折射率随z变化的示意图 啁啾光纤光栅的折射率表示如下 是布拉格周期 表示折射率的相位 通常用来描述光栅的啁啾量 啁啾光纤光栅补偿原理 理论分析 光脉冲在光纤中传输时 其归一化幅值U z T 满足下列传输方程 初始幅值为U 0 T 经过长度为Lf的光纤后幅值为U Lf T 两者的傅里叶变换分别为U 0 和U Lf 则在频域中存在下列关系 色散改变了脉冲每个频谱分量的相位 改变量依赖于频率和传输距离 假定啁啾光纤光栅的复频域 其中和分别为幅度和相位的响应 经过光纤光栅反射后的输出脉冲 光纤光栅由来调制脉冲的幅度 将相位响应展开为泰勒级数 使光脉冲产生固定相移 使光脉冲产生群速时延 使光脉冲发生色散 假定在脉冲的带宽内为常数 且抽出光纤光栅的时延因子 假设入射脉冲为高斯脉冲 脉冲宽度为 0 则其归一化振幅为 通过长度为Lf的光纤后脉冲宽度为 代入 通过光纤光栅对色散补偿后其脉冲宽度为 理想补偿的情况下 要求通过光纤光栅的压缩比为 即 M反映了光纤光栅压缩脉冲的能力 线性啁啾光纤光栅 光栅折射率调制幅度沿轴向保持常数 而周期沿光栅轴向线性变化的光栅 周期的表达式为 对应初始波长的周期 C为啁啾系数表示布拉格波长沿纵向z的变化率 单位nm cm 光栅的传播常数随光栅长度变化的 根据布拉格条件 反射光波的传播常数随空间位置的变化为 对进行展开 啁啾光纤光栅性能 增加光栅长度可以改变其性能 为对应光栅中心点的反射光角频率 反射光频率随位置的变化为 光栅两端反射的光频分量的频率间隔为 从光栅两端反射的光频分量的时延差 啁啾光栅的色散量 对一定长度的啁啾光栅 增大啁啾系数C时带宽增加 但色散量减小 为此用带宽和色散的积来表示啁啾光栅的补偿能力 啁啾光栅的色散补偿能力随光栅长度的增大而增大 折射率均匀调制的FBG的反射谱 除了位于零失谐附近的主反射峰外 其两侧有一系列的旁瓣 反射率旁瓣的存在会严重地影响光栅的滤波特性 CFBG的反射谱也存在旁瓣 反射带宽内反射谱不平坦 时延特性曲线存在较大的振荡 线性度差 切趾技术可以有效的改善光栅的性能 通过切趾技术 可以有效抑制反射谱的旁瓣 获得较高的旁瓣抑制比 同时减少时延曲线的振荡 光纤光栅的折射率调制为 为切趾函数 常用的切趾包络函数主要有 余弦 柯西和汉明函数 余弦窗 柯西窗 汉明窗 高斯窗 布莱曼窗 优化啁啾光纤光栅色散补偿 啁啾光纤光栅由于带宽有限 多用于补偿单波系统 但在对系统进行改进的基础上可以实现多波长同时补偿色散和色散斜率 应用简介 容易实现器件的小型化 啁啾光纤光栅一般制作于普通单模光纤或是与之兼容的特殊光纤上 且长度很短 所以附加损耗很小 而且几乎不受光纤非线性影响 啁啾光纤