[发明专利]基于重构等效啁啾技术的长光纤光栅制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅制作以及光通信系统和光传感领域，尤其涉及长的各种结构的光纤光栅。

发明背景

光纤光栅在光通信和光传感等领域有着广泛的应用，特别是某些特殊结构的光纤光栅。比如采样光栅可以应用在波分复用系统中[1]；相移光栅可以应用在光码分复用系统和光希尔伯特变换系统中[2-3]；啁啾光栅可以用来做色散器件或者色散补偿器件[4-5]。通常情况下采样光栅是通过在有效折射率的基础上加一个采样函数来实现。相移光栅是通过采用具有特定相移的相位模板或者纳米精度的电动平移台来实现。啁啾光栅是通过采用特殊的啁啾相位模板或者一边移动光纤一边刻写的方法来实现。相移光栅和啁啾光栅的制作都比较复杂，制作起来很不灵活，并且成本很高，因为它们需要特殊的相位模板或者纳米精度的平移台。继而，重构等效啁啾的方法被提出了[6-7]。重构等效啁啾是根据所需种子光栅的结构对采样光栅的采样函数进行重构，这样就能够在特定的一级得到具有期望的响应特性。采用重构等效啁啾技术可以用均匀相位模板和亚微米精度的电动平移台制作任意可实现的光纤光栅。它大大降低了各种结构光纤光栅的制作成本，并且使光纤光栅制作的灵活性得到了极大的提高。重构等效啁啾技术已经被成功地用来制作相移光栅、各种形式的啁啾光栅、分布反馈式激光器等等。然而，在之前的工作中对于光纤光栅的长度都没有做过研究。通常情况下，光纤光栅的长度需要小于相位模板的长度，所以它就受到相位模板长度的限制。而有时光纤光栅的长度越长，性能会越好[8-9]。比如通常情况下分布反馈式激光器需要用具有光敏性并且高掺杂浓度的载氢掺铒光纤来制作，这样做出来的激光器噪声会比较大。如果制作的分布反馈式激光器比较长时，就可以采用未载氢的低掺杂浓度的掺铒光纤来制作，这样噪声会大大降低，并且激光器的带宽也会变窄。再如用啁啾光栅作为色散补偿器件时，在保证带宽不变的情况下光纤光栅的长度越长，色散系数会越大，这样就能做超长距离的色散补偿；在保证色散系数不变的情况下，光纤光栅的长度越长，带宽就越大，这样就能补偿更多的信道。

目前制作长的光纤光栅有几种方法，但都有一些问题。比如它可以用几个经过特殊设计的相位模板来制作，这种方法的问题是相位模板的结构很复杂，如果需要制作不同的光纤光栅还需要再重新制作特定的相位模板，更严重的是相位模板之间的相位不匹配会使得刻写出来的光栅有我们所不希望的相移[10]。另外一种方法就是，一边曝光一边移动光纤，这种方法的问题是它需要一个纳米精度的平移台，这样一个平移台价格昂贵并且比较复杂，而且这种方法制作出来的光纤光栅相位也不是完全匹配的[11]。

采用重构等效啁啾技术可以解决上述问题。可以利用多个相位模板和重构等效啁啾技术再加上亚微米精度的平移台制作出相位精确匹配的具有任意目标响应的长光纤光栅。

[1]J.Martin，M.Tetu，C.Latrasse，A.Bellemare，and M.A.Duguay，“Use of a sampled Bragg grating as an in-fiber optical resonator forthe realization of a referencing optical frequency scale for WDMcommunications，”in Optical Fiber Communications Conf.，Dallas，TX，Feb.1997，paper ThJ5.

[2]P.C.Teh，P.Petropoulos，M.Ibsen，and D.J.Richardson，“Phaseencoding and decoding of short pulses at 10Gb/s usingsuperstructured fiber Bragg gratings，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.13，pp.154-156，Feb.2001.

[3]M.Li，and J.Yao，“Experimental demonstration of a widebandphotonic temporal Hilbert transformer based on a single fiber Bragggrating，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.22，pp.1559-1561，Nov.2010.