一種基于波導光柵的大動態範圍可調諧色散補償器及其應用的製作方法
2023-12-12 23:27:37 1
本發明涉及一種基于波導光柵的大動態範圍可調諧色散補償器及其應用，屬於色散補償器的技術領域。
背景技術：
由於光信號的不同成分在光纖中以不同速率傳輸，所以光信號經過一定距離的光纖傳輸以後就會造成脈衝的展寬，即色散。為了消除色散造成的脈衝展寬，需要對信號進行色散補償。利用波導光柵進行色散補償是一種常用的色散補償方法。
波導光柵是指波導的包層、芯層或襯底等介質的光學參量或波導的尺寸分布呈現規律性周期變化的光路系統。波導光柵器件可應用於半導體雷射器、波導輸入輸出耦合器、分束器、偏振分離器、濾波器、光上下路濾波器和傳感等，其應用領域隨著研究的深入不斷擴大。
現有技術中的波導光柵大多數是採用二氧化矽作為波導層。例如，中國專利公開號104813204a公開的波導結構、波導耦合結構。採用二氧化矽作為波導層的波導光柵結構具有和標準單模光纖匹配、工藝發展成熟等優點，但是因矽基的光波導器件的調諧多為基於熱光效應的應用，仍然存在著波長可調諧範圍小、溫度穩定性差等不足。
電光晶體屬於無機晶體材料，是目前比較成熟的電光材料，具有可觀的電光效應和物理化學性能穩定；而且，基於電光晶體的光波導性能良好，製備工藝也相對成熟，己經被廣泛用於製備電光強度調製器、相位調製器、倍頻器等。但是因電光晶體存在著雙折射的問題，不利於實現器件的偏振不敏感特性，現有技術中無法將電光晶體應用到波導光柵。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器。
本發明還提供一種利用上述可調諧色散補償器進行調諧的方法。
發明概述：
根據波導光柵材料的不同計算出波導光柵的光柵周期；本發明選用電光晶體作為波導光柵材料，根據不同波長處的色散大小，計算出在不同波長處的時延大小，進而推算出在波導光柵軸向進行反射的具體位置；之後，對應不同波長的信號在於其相對應的波導光柵的軸向位置改變其折射率，使其在相應的位置進行發射；本發明通過改變電極所加的電壓改變波導光柵的折射率，從而達到色散補償的目的。
本發明的技術方案為：
一種基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，包括刻在電光晶體表面的波導光柵和設置在波導光柵的兩端的電極對。
根據本發明優選的，所述電光晶體為鈮酸鋰晶體。
進一步優選的，當波導光柵的材料為鈮酸鋰晶體時對應的波導光柵的光柵周期λ＝352nm；一對電極對應六個光柵周期。普通光刻的最小電極長度為2um，而波導光柵的光柵周期為352nm，因此，一對電極對應六個光柵周期。
一種利用上述可調諧色散補償器進行調諧的方法，包括步驟如下：
1)在信號波長範圍內對信號光源波長進行抽樣，得到n個信號波長樣本點，每個信號波長樣本點對應一個色散d；根據色散d計算每個信號波長樣本點對應的時延t；t＝d×b；b為信號光源的譜寬；
2)根據每個信號波長樣本點對應的時延t推算每個信號波長樣本點在波導光柵軸向的反射位置l；l＝v×t，v為信號光源在波導光柵中的傳播速度；其中，l是距離波導光柵最左端的距離；v＝c/n，c為光速，n為電光晶體的折射率；
3)計算每個信號波長樣本點的有效折射率；由λb＝2neffλ得，有效折射率，
其中，λ為波導光柵的光柵周期，λb為信號波長樣本點的波長；每個信號的波長所對應不相同的折射率，根據相應的波長可以求得對應的折射率大小。
4)向信號波長樣本點在波導光柵軸向的反射位置l處的電極加電，通過改變電極的電壓e改變波長樣本點的有效折射率，進一步改變波長樣本點的光程差，實現大動態範圍內精準可調諧的色散補償。
根據本發明優選的，色散d的單位是ps/nm；時延t的單位為ps。
根據本發明優選的，所述步驟4)中，其中，r33為電光晶體晶體電光係數，no為電光晶體晶體的o光折射率，m為整數；n為電光晶體晶體折射率，λ為從波導光柵輸出的光波波長。
本發明的有益效果為：
1、本發明所述基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，基於電光效應改變折射率，通過在電極加適當電壓改變晶體折射率從而改變光程，使得不同波長的光所走的路程不同，但同時到達終點；動態調節不同波長的光程差，實現器件的可調諧和色散補償功能；實現大動態範圍內精準的可調諧色散補償；
2、本發明所述基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，基於電光效應的色散補償過程無電流產生，因此零功耗，無耗能產生。
附圖說明
圖1為本發明所述基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器的結構示意圖；
其中，i、電極ii、波導光柵。
具體實施方式
下面結合實施例和說明書附圖對本發明做進一步說明，但不限於此。
以下實施例中使用的光纖的長度為100km，色散係數取16.75ps/nm·km，所需要的波導光柵長度為12.56mm。
實施例1
如圖1所示。
一種基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，包括刻在電光晶體表面的波導光柵和設置在波導光柵的兩端的電極對。
實施例2
如實施例1所述的基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，所不同的是，所述電光晶體為鈮酸鋰晶體。
實施例3
如實施例2所述的基于波導光柵的大動態可調諧色散補償器，所不同的是，當波導光柵的材料為鈮酸鋰晶體時對應的波導光柵的光柵周期λ＝352nm；一對電極對應六個光柵周期。普通光刻的最小電極長度為2um，而波導光柵的光柵周期為352nm，因此，一對電極對應六個光柵周期。長度為12.56mm的波導光柵包含35682個光柵周期。
實施例4
一種利用實施例1-3所述的可調諧色散補償器進行調諧的方法，包括步驟如下：
1)在信號波長範圍內對信號光源波長進行抽樣，得到n個信號波長樣本點，每個信號波長樣本點對應一個色散d；根據色散d計算每個信號波長樣本點對應的時延t；t＝d×b；b為信號光源的譜寬；
2)根據每個信號波長樣本點對應的時延t推算每個信號波長樣本點在波導光柵軸向的反射位置l；l＝v×t，v為信號光源在波導光柵中的傳播速度；其中，l是距離波導光柵最左端的距離；v＝c/n，c為光速，n為電光晶體的折射率；
3)計算每個信號波長樣本點的有效折射率；由λb＝2neffλ得，有效折射率，
其中，λ為波導光柵的光柵周期，λb為信號波長樣本點的波長；每個信號的波長所對應不相同的折射率，根據相應的波長可以求得對應的折射率大小。
4)向信號波長樣本點在波導光柵軸向的反射位置l處的電極加電，通過改變電極的電壓e改變波長樣本點的有效折射率，進一步改變波長樣本點的光程差，實現大動態範圍內精準可調諧的色散補償。
在此實例中，以δλ＝2nm對波長進行抽樣,波長範圍為1537nm～1563nm，與信號波長樣本點λ對應的有效折射率neff、色散d、反射位置l如表1所示。
表1
實施例5
如實施例4所述的調諧的法，所不同的是，色散d的單位是ps/nm；時延t的單位為ps。
實施例6
如實施例4所述的調諧的法，所不同的是，所述步驟4)中，其中，r33為電光晶體晶體電光係數，no為電光晶體晶體的o光折射率，m為整數；n為電光晶體晶體折射率，λ為從波導光柵輸出的光波波長。