[发明专利]可调色散补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及一种补偿器。特别是涉及一种基于啁啾光纤光栅的单/多通道色散/色散斜率补偿器，可以对密集波分复用系统中输入的单/多个通道的高速光信号进行动态色散补偿的可调色散补偿器。

背景技术

光纤的衰耗及色散是限制光信号在光纤中传输的两大因素。目前，光纤的衰耗通过EDFA及Raman放大器等技术有效地得到了解决。随着光传输速率的提高(10Gb/s或40Gb/s)及传输距离的延长，光纤色散对光传输的限制却愈来愈引起人们的关注。

虽然现在已有多种固定色散补偿方法，但是在高速通信系统中还存在如下问题：由于光纤色散斜率原因导致各个信道的色散累积量的不同，在接收机端仍存在着残余色散；另外由于系统运行环境的变化而引起的色散变化，会在很大程度上降低系统的性能。只有具有色散动态调节功能的光器件才能解决上面的问题，可调色散补偿器成为高速通信系统急需研制的器件。

对光纤进行色散补偿的一种有效方案是采用啁啾光纤光栅(CFG)。光纤光栅具有特殊波导结构，它是由紫外激光诱发光纤纤芯折射率沿轴向产生周期性改变，CFG的光栅周期随着轴向位置发生改变，这种现象叫做啁啾，通过改变啁啾量，CFG的色散量也发生变化。基于CFG的模块具有体积小、损耗低、不易受非线性效应影响、与偏振无关等优点。

基于光纤光栅的可调色散补偿器按照调节方式可以分为温度场调节型以及应变调节型两种，分别借助温度梯度或者弯曲应变来改变啁啾量，从而达到色散调节目的。

采用温度场调节原理的有美国专利U.S.2003/0198434 A1(Lachance et al.)和U.S.Pat.No.6351385(Amundson et al.)，温度梯度引起光栅各部分膨胀不一致，改变了CFG上的啁啾分布。前者用两个热电制冷器(TEC)分别控制CFG两端的温度，当两端存在温差时，热量会由高温端流向低温端形成温度梯度。后者在CFG表面镀上一层厚度随位置渐变的金属薄膜，保证电阻和位置成线性关系，当薄膜两端加上电压时，发热量和CFG轴向位置也成正比关系，从而形成温度梯度。

温度场调节型器件结构较紧凑，易于实现，但也存在一些缺陷，上电后需要预热，调谐速度很慢，没有色散以及波长的锁存功能，掉电恢复无法自动回到掉电前的状态，这些缺点都会影响在实际系统中的应用。

相对温度场调节，应变调节具有响应速度快，调节范围大特点，目前有电磁拉伸、悬臂梁弯曲方案。美国专利U.S.Pat.No.5812711(Glass et al.)和U.S.Pat.No.6122421(Adams et al.)就是基于电磁拉伸方案，色散调节范围比悬臂梁方案要大，但是器件体积过大，成本高。

悬臂梁方案是把CFG固定在等横截面梁的表面，当在自由端施加外力发生弯曲时，悬臂梁的表面会产生线性变形，从而改变了CFG周期分布。Garthe等(Garthe et al.“Adjustable dispersion equalizer for 10 and 20Gbit/s over distance up to 160km”)采用了这种方案成功地进行了160km传输实验。值得注意的是这种方案在对色散进行调节同时也改变了CFG的光谱工作中心波长，而且中心波长也会随外界温度变化而发生改变，这些都限制了在实际当中的应用。

美国专利U.S.2004/0161197 A1(Pelletier et al.)在Garthe方案的基础上，增加了光栅波长调节以及温度补偿功能，增加了工作中心波长的稳定性，器件的实用性得到提升。但是实际中进行CFG工作波长精细调整时，光栅长度调整精度必须达到微米级，专利中采用螺纹机构压缩CFG长度来调节波长，实际上是无法达到的，而且螺纹之间的空行程使得往复调节会带来较大的累积调节误差。因此这个方案没有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于CFG光纤啁啾光栅的能够连续调节色散和波长的可调色散补偿器。