取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)

2019-11-04 22:45:42

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供稿：網(wǎng)友

　　一引言
　　隨著光纖通信的飛速發(fā)展，多通道濾波及色散補償成為人們關心的一個非常重要的問題。取樣光纖光柵具有多通道濾波的特點，它具有體積小、重量輕、成本低和靈活方便、插入損耗低、與光纖兼容性好、波長選擇性好等特點而受到普遍的重視，成為現(xiàn)今人們研究的熱點。人們根據(jù)實際光通信的需要設計出各種各樣的取樣光纖光柵，它們包括：矩形取樣光纖光柵[1]、間插（interleaver）取樣光纖光柵[2]、Sinc取樣光纖光柵[3]、Dammann取樣光纖光柵[4-5]和最優(yōu)化折射率設計取樣光纖光柵[6]。了解這幾種取樣光纖光柵的特點對于人們根據(jù)需要制作合適的多通道濾波器具有非常重要的意義，本文對此做了一一介紹。
　　
　　二取樣光纖光柵分類及利弊
　　1 矩形取樣光纖光柵
　　
　　取樣光纖光柵有效折射率調制系數(shù)可以表示成如下公式：
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖一）

　　公式（1）中`dneff是平均折射率調制系數(shù)，v是表示折射率變化的條紋可見度，S(z)是取樣函數(shù)，L(z)是光柵周期。
　　
　　矩形取樣光纖光柵結構示意圖如圖1所示。
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖二）

　　它的取樣函數(shù)S(z)寫成如下形式：
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖三）

　　是矩形函數(shù)
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖四）

　　以上方程中i=0、1、2…N指的是第i個取樣，N＋1是總的取樣個數(shù)，d(z)是沖激函數(shù)，*是相關符號，P是取樣周期，L是一個取樣周期中光柵的長度。
　　
　　各反射峰的波長間隔是[1]
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖五）

　　其中l(wèi)Bragg是布拉格波長，neff是有效折射率系數(shù)。
　　
　　圖2是一個10厘米長、取樣周期為0.5mm、子光柵長度為0.13mm的矩形取樣光纖光柵數(shù)值模擬結果。在以下所有的模擬中，如無非凡聲明，均采用升余弦函數(shù)切趾。
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖六）

　　如圖2可見，矩形取樣光纖光柵產(chǎn)生了許多個反射峰，其峰值呈現(xiàn)Sinc函數(shù)包絡調制外形；每個相鄰反射峰的波長間隔約為1.6nm，這和式（4）所表述的關系式完全吻合。圖3是我們制作的矩形取樣光纖光柵實驗結果。
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖七）

　　矩形取樣光纖光柵優(yōu)點是易于制作，但是它也存在不可避免的缺點：（1）它的各個反射譜的峰值反射率非常不均勻（呈現(xiàn)Sinc函數(shù)包絡調制外形[1]）；（2）波長間隔越短，取樣周期越長，光柵的效率越低。
　　
　　2 間插（interleaver）取樣光纖光柵
　　
　　對于矩形取樣光纖光柵，由于未曝光的區(qū)域對整個光柵沒有貢獻，因此光柵的效率很低。為提高光柵的效率，人們發(fā)明了interleaver技術[2]，它的基本原理是：在沒有曝光的區(qū)域寫入取樣周期和原來一樣、但中心波長不同的光柵，其結構示意圖如圖4所示：
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖八）

　　顯然，這樣提高了光柵的效率，因而對光柵折射率調制系數(shù)的要求降低了，而且可以間插多個中心波長不同的光柵，這樣可以大大提高光柵的效率。圖5是interleaver取樣光纖光柵數(shù)值模擬結果，其參數(shù)取值與上述矩形取樣一致，但是中間間插了一個光柵周期為535.3415nm的光柵。
　　　取樣光纖光柵種類及利弊講述(上)（圖九）

　　如圖5所示，相鄰波長的間隔約為0.8nm，在同樣的波長范圍內（1546-1556nm）所獲得的反射譜波長是矩形取樣的一倍。圖6是我們制作的interleaver取樣光纖光柵實驗結果。
　　
　　假如要直接用矩形取樣技術獲得信道為間隔0.8nm、反射譜包絡和上述結果一致的光纖光柵，則需要取樣周期，子光柵長度為。顯然，這時每毫米只有一段光柵，其它區(qū)域沒有光柵，利用率較低；而使用interleaver取樣技術則每毫米有4段光柵，效率提高了3倍。
　　
　　Interleaver取樣光纖光柵也存在不足之處：（1）由于源于矩形取樣，它也存在各個反射譜波長峰值反射率不一致的問題；（2）對于間插的光柵波長在實際制作過程中的控制比較難，要實現(xiàn)信道間隔的一致需要不斷實驗的摸索，而且間插的波長數(shù)越多，控制的難度越大。

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