[发明专利]啁啾光纤光栅群时延的测量方法

说明书

本发明是关于光通信中用于光信道色散补偿的啁啾光纤光栅的群时延的测量方法。

随着密集波分复用(D-DWDM)光通信技术的发展，系统传输容量已达10¹²位/秒数量级，单波长光信号的传输速率达到10¹⁰位/秒以上，光脉冲宽度降到了皮秒量级。这样的超短脉冲在光纤的色散、非线性等效应作用下容易发生脉冲展宽、畸变，使得光信号质量劣化，增加误码率。为了保证光纤传输网络的传输质量必须进行色散补偿等信号处理过程。啁啾光纤光栅就是对高速、大容量、长距离光纤通信网络中传输的光信号进行色散补偿的关键器件。

啁啾光纤光栅是一种光纤光栅周期或光纤光栅有效折射率沿光纤轴向呈线性或近似线性变化的光纤光栅。由于光纤光栅反射光波波长与光栅周期和光纤光栅有效折射率的乘积成正比，因而啁啾光纤光栅在沿光纤轴向的不同部位将有不同波长光波反射回来。利用啁啾光纤光栅这一特性制成的色散补偿器件具有色散补偿量大、滤波特性良好、与光纤天然兼容、无源、损耗低、非线性效应小等特点，是一种很有发展前景的光子通信器件。

衡量啁啾光纤光栅色散补偿性能的一个重要依据是啁啾光纤光栅群时延谱。啁啾光纤光栅群时延谱并非理想线性曲线，而是一条围绕着理想线性曲线存在上下起伏抖动小峰的近似线性曲线。这些抖动小峰造成啁啾光纤光栅在对系统光信号进行色散补偿的同时又产生光信号畸变，造成误码、串码。抖动小峰对通信系统的影响与抖动小峰的周期和幅度有关。因此精确测量啁啾光纤光栅群时延谱具有重要的意义。精确测量啁啾光纤光栅群时延谱需要时间高分辨率技术和波长高分辨技术。自从啁啾光纤光栅应用于高速传输系统中的色散补偿以来，多种精确测量啁啾光纤光栅群时延谱的技术已经被采用，在先技术有：

1．调制相移法，这是最常见的测量方法[见文献报道：OFC’2000TuG8-1,pp107-109；Optics Letters,Vol.23,No.12,15th June 1998,pp939-941；Electronics Letters,Vol.33,NO.1,2nd Jan 1997,pp74-75]。窄带可调谐激光器作为波长扫描光源。光源经过射频调制后入射到啁啾光纤光栅内，通过网络分析仪测量射频调制后经啁啾光纤光栅反射的输出光信号和透过啁啾光纤光栅的输出光信号的位相之差，从而测得啁啾光纤光栅的群时延谱。采用这一种方法，可以获得较高的分辨率。但是窄带可调光源和网络分析仪相当昂贵。窄带激光经过整个系统后，能量损失大，通常还要插入光放大单元，使得测量系统复杂。

2．低相干光干涉测量法[见文献报道：Electronic Letter,Vol.32,No.8,11thApril 1996,pp757-758；Electronics Letter,Vol.31,No.15,20th July1995,pp1280-1282]。这种方法利用迈克尔逊干涉原理：干涉臂接入啁啾光纤光栅，参考臂接入窄带滤波器件。在窄带滤波器的某一工作波长上，精细调整两臂臂长，当两臂的光程差小于低相干光源的相干长度时，能探测到迈克尔逊干涉仪输出端口的干涉信号加强。改变窄带滤波器的工作波长，重复上述过程，并记录下参考臂和干涉臂的长度相对于给定初始长度的改变量，通过计算公式可获得群时延差的数值。当窄带滤波器的工作波长扫过啁啾光纤光栅的整个带宽，就可作出啁啾光纤光栅群时延曲线。这种测量方法的精确度与滤波器带宽有关，要求波长分辨率高，滤波器谱线宽度越窄越好；但另一方面滤波器谱线宽度窄，光源的相干长度变长，导致时间分辨率降低。

3．光纤光栅端面反射法[见文献报道：Optics Letters,Vol.24,No.15,August1，1999,pp1020-1022]。将被测啁啾光纤光栅与其尾纤的一个经处理的光纤端面构成一个法布里-柏罗腔。窄带可调谐光源使不同波长的光通过这个法布里-柏罗腔，测量啁啾光纤光栅背反射光强，通过计算处理测量数据后获得啁啾光纤光栅群时延值。这种方法的关键在于数据处理，数据处理时采用计算方法较为复杂，而且计算中窗函数的选择直接影响处理后数据的准确度。

本发明的目的是为了克服上述在先技术的缺点，提出一种利用激光器主动锁模效应测量啁啾光纤光栅群时延曲线的方法。本发明测量方法的测量精度和时间分辩率都将比上述在先技术有所提高，而且所使用的测量装置简单、测量操作方便。

本发明的测量方法是利用激光器主动锁模效应的测量方法。具体测量步骤是：