第 21 卷 第 1 期 南 京 邮 电 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版) Vol. 21 No1
2001 年 3 月 Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications ( Natural Science) Mar. 2001
文章编号: 10001972( 2001) 01002305
用于色散补偿的线性啁啾光纤光栅的最佳切趾包络函数的研究
胡海英, 陈鹤鸣
( 南京邮电学院 光信息技术系, 江苏 南京 210003)
摘 要: 具有切践包络的线性啁啾光纤光栅是用于 色散补 偿的重要 无源器 件。通过 切趾的方 法可以 减
少啁啾光纤光 栅内的时延振荡, 同时减小反射 谱中的 旁瓣。用数 值方法 分析了 不同切趾 包络函 数
对光栅特性的影响, 得到了色散补偿最佳包络函 数及其参数, 给出了最佳包络的普遍特征。
关键词: 啁啾光纤光栅; 切趾包络; 色散补偿
中图分类号:TN92911 文献标识码: A
1 引 言
自90 年代以来, 随着光纤光栅制作技术的不断
发展和日趋成熟, 不同参数的光纤光栅在光信号处
理、波分复用( WDM) 网络的信道滤波以及色散补偿
等方面均有重要应用, 特别是在色散补偿中的应用
成为近年来研究的热点。与其他的色散补偿器件相
比, 光纤光栅具有体积小、价格低、与光纤的兼容性
好、参数易调整以及插入损耗小等优点。
布拉格反射波长随光栅的长度方向线性变化的
啁啾光纤光栅在较宽的频谱范围内提供很大的线性
反常群速度色散, 可用于补偿中心波长在 1 550 nm
的光脉冲, 经过现有标准光纤( 零色散在 1 300 nm)
时, 由自相位调制( SPM) 和群速度色散(GVD) 的联合
作用而产生的近似线性的正啁啾, 使得使用掺铒光
纤放大器( EDFA) 实现高速全光传 输成为可能。然
而线性啁啾光纤光栅的时延特性是振荡的, 并且反
射谱中存在较多旁瓣。为减少线性啁啾光纤光栅群
时延中的振荡和反射谱的旁瓣, 光栅的光致折射率
变化的调制深度或耦合系数必须随光栅长度有一个
类似于钟形函数的包络变化, 即使 用切趾的方法。
文献[ 1] 报道了一种新的光栅制造技术, 能生成任意
切趾包络的线性啁啾光栅。但是, 不同的切趾包络
函数对线性啁啾光纤光栅的特性有重要影响, 必须
研究不同切趾包络对光栅特性的影响, 从而得到最
佳包络。在文献[ 2] 中给出了几种不同的切趾包络
收稿日期: 20000704; 修回日期: 20000904
函数各自的最佳参数。本文从色散补偿的角度, 用
数值方法分析了不同切趾包络函数对光栅特性( 包
括时延和反射谱) 的影响, 得到最佳包络函数和该包
络函数的参数, 这对线性啁啾光纤光栅的制作有重
要的指导意义和实用价值。
2 理论分析
光纤光栅是用空间变化的紫外光照射光敏光纤
形成的。假定形成光栅的结果仅是对研究的光纤导
模有效折射率 n
eff
的一种微扰
[ 3]
, 于是有
δneff ( z ) = δneff ( z ) 1+ v cos
2 π
∧
z + Φ( z ) ( 1)
式中, δn
eff
( z ) 是 光栅周期内空间平均 折射率 的变
化, 即为切趾包络; v 是折射率变化的条纹可见度; ∧
是光栅的平均周期; Φ ( z ) 描述光栅的啁啾, 对于线
性啁啾光纤光栅 Φ( z ) =
Fz
2
2L
2
( F 为光栅的啁啾度; L
为光栅的长度) 。光栅的光学性质主要由 δneff 在光
纤轴 z 方向的变化决定。光栅的光学周期 n
eff
∧ 随
有效折射率n
eff
沿光栅长度方向变化而变化, 由布拉
格反射波长 λd = 2neff ∧ , 则啁啾光纤光栅的布拉格
反射波长沿光栅长度而变化。由于 GVD 经过标准
光纤传输的光脉冲展宽, 造成误码。进入啁啾光栅
反射前, 脉冲的高频成分超前, 低频成分滞后, 在啁
啾光栅中高频成分在前端被反射, 低频成分在后端
被反射, 利用这种时延差可压缩展宽的光脉冲, 从而
起到色散补偿的作用。