基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法

2023-12-01 06:43:46

專利名稱：基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種通信光電子技術，設計與製作方法屬於光纖通信技術領域，尤其涉及光 纖光柵製作領域。
背景技術：
編解碼器是光碼分多址的光纖通信系統的核心器件，所以編解碼器的設計和製作技術是 光碼分多址系統的核心關鍵技術。採用光纖光柵作為主要器件是實現編解碼器的一種常規可 行的方法，然而普通的光纖光柵一般只能實現在時域上的一維編碼。對於在時域和頻域上都 編碼的二維編碼方式製造的光碼分多址系統中的編解碼器，通常可以採用光纖光柵陣列結構， 如圖l所示。但由於陣列體積龐大，製作時要求構成陣列的每個光纖光柵製作起來一致匹配， 相互間的長度間隔精度要求很高，從而制約了它的實際應用。其次，這個陣列結構使得光在 其中傳輸的路程長，對應的光需要較長的時間進行光纖光柵陣列的編解碼功能，這樣系統的 傳輸速率會受到很大的限制。此外，光纖光柵陣列製造的編解碼器中每個光纖光柵結構簡單， 使得光碼分多址系統的安全性存在隱患。
採樣光纖光柵，是一種用周期性的窗函數對光柵折射率進行調製後得到的光纖光柵。在 製作過程中通過平移臺和聚焦透鏡組控制雷射器光斑在光纖中的照射位置，就可以形成採樣 光纖光柵。而採樣光纖光柵的反射譜呈多峰結構，而反射峰間距反比於採樣周期。所以製作 採樣光纖光柵，根據其採樣周期的不同，會在頻域上產生中心波長不同的反射峰。

發明內容
從上述的背景技術出發，如果將光纖光柵的陣列用不同周期採樣光柵的級聯結構組成， 級聯的先後順序構成在時域上的編碼，同時級聯的結構中每一級的周期選擇對應於頻域上的 編碼，那麼就能用單根光纖光柵形成在時域和頻域上的二維編解碼器。
本發明的目的是提供一種由單根光纖光柵製造的、在光碼分多址的光纖通信中應用的二 維編解碼器，作為光通信系統中的編解碼器件，可以方便有效地通過在光纖光柵製作過程中
採樣結構的設計，實現在時域和頻域進行二維編碼的功能。為此，本發明釆用在光纖通信線 路上設有通過光環形器與光纖通信線路相接的光纖光柵。上述結構設計實現了本發明的目的。 本發明的特徵在於，依次含有以下步驟
步驟(l):對單根單模光纖進行載氫處理並剝去一段塗覆層； 步驟(2):把步驟(l)所述單模光纖固定在均勻模板後，使之貼近；
步驟(3):調整200nm 350nm的雷射器，使之輸出約為50mW的光功率； 步驟(4):調整光路，使經掃描反射鏡反射的光斑照射在所述的光纖纖芯上； 步驟(5):打開微機的掃描移動平臺以及雷射器控制程序，輸入設定的以下參數，控制採 樣周期，使得即將製成的一根光纖光柵分為採樣周期各不相同的幾個光纖光柵段，不同的採 樣點的位置，產生在時域和頻域不同的二維編解碼器，在進行光通信時，每段的位置會產生 相應的光延遲，對應於時域上的編碼，而不同的採樣周期選擇對應於頻域上不同的波長，二 者成反比，根據波長的有和無，相當於0信號和1信號，從而實現頻域上的編碼，從而實現 在頻域和時域上的二維編碼和解碼
A:採樣周期，光纖光柵段不同，採樣周期就不同，其數值決定了頻域編碼的波長； 《採樣點的位置，其間隔即為採樣周期； A:採樣點的曝光強度，即曝光時間，在1分鐘 100分鐘； Z"=屍* X (J + 一/2); 其中，《.,為第々個時隙的第J個採樣點，A為第A個時隙的採樣周期，相位取0時^>"
=0，相位取兀時^>7= 1。所述單模光纖光柵的長度在lcm 100cm間。所述單模光纖光柵 是一個4波長、15個時隙的採樣光柵，長度為13.6cm。
本發明的優點是可以方便有效地在一根光纖光柵上實現光碼分多址系統的二維編碼，從 而減少編解碼器體積，增大系統傳輸速率，提高通信保密性，並擴展編解碼器碼字容量。


圖l為傳統光纖光柵陣列製造的二維編解碼器的示意圖，ll為輸入光，12為輸出光，13 為光纖光柵陣列。
圖2為發明的光纖光柵二維編解碼器的示意圖。
圖3為發明的使用結構圖，31為輸入光，32為光纖光柵二維編解碼器，33為輸出光。 圖4為發明的二位編解碼器的反射譜，41為利用等效原理產生的-1級反射峰。 圖5為製作平臺的結構圖，51為氬離子雷射器，52為掃描反射鏡，53為掃描移動平臺， 54為相位模板，55為單模光纖。
具體實施例方式
如圖2、圖3所示， 一種光纖光柵二維編解碼器，由單根光纖所製成，在光纖通信線路 上設有通過光環形器與光纖通信線路相接的光纖光柵。所述的光纖光柵通過光環形器接入光 碼分多址的光纖通信線路中，光環形器有一個接口與光纖光柵相接，另外兩個接口接入光纖 通信線路上。
所述的光纖光柵二維編解碼器是一段帶有光纖光柵的長度為1釐米 100釐米(最佳長 度為IO釐米)的器件。製作中通過對採樣周期的控制，使得一根光纖光柵分為不同的採樣周 期的幾個光纖光柵段。每段各自的周期會在頻域上產生不同的波長，根據波長的有和無，相 當於1信號和0信號，從而實現在頻域上的編碼；而每段的位置會在光通信中產生相應的光 延遲，對應於時域上的編碼。由此就實現了在頻域和時域上的二位編碼結構。又因為製作在 同一根光纖光柵上的光碼分多址系統的編解碼器是對衝擊脈衝的編解碼，其光源可以具有較 好的相干性，從而可以通過相位編碼實現信號的相干相長或相干相消，最終能夠提高編解碼 的信噪比性能、擴展碼字容量。
所述的光纖光柵是用波長為200 350納米(最佳波長為248納米)的雷射器通過相位模 板或相干光束衍射等方法照射光纖，照射時間為1分鐘 100分鐘(典型值為IO分鐘)後在 光纖中形成折射率成周期性變化的光纖光柵。照射過程中通過平移臺和聚焦透鏡組控制雷射 器光斑在光纖中的寫入位置，從而同時確定在時域和頻域的碼字設計結構。
本實施實例光柵的反射譜如圖4所示。其中，41為利用等效原理產生的-1級反射峰。本 實施實例光柵製作的裝置如圖5所示。其中，光源採用連續的244nm倍頻氬離子雷射器51 (美 國coherent公司生產)。掃描反射鏡52固定在ESP6000掃描移動平臺(Newport公司生產) 53上，掃描移動平臺運動精度為0. lmm。反射鏡52具有掃描及反射光束的功能，並將雷射器 51輸出的紫外光反射到均勻相位模板54上，該相位模板長度為60mm，紫外光經過相位模板 照射在其下經載氫處理的標準單模光纖55上。ESP6000掃描移動平臺與微機的PI0 口 (圖中 未標出)相連。通過在微機上運行事先設計好的驅動軟體，改變移動平臺的運動狀態(運動 距離、運動時間等)，使其按照某一運動規律運行，就可得到需要的光纖光柵。
本實例的主要工藝流程如下
(1) 將普通光纖進行載氫處理並剝去一段塗覆層；
(2) 將上述光纖固定在均勻模板後，使之貼近；
(3) 調整雷射器輸出為50mW的光功率；
(4) 調整光路，使經掃描反射鏡反射的光斑照射在光纖纖芯上；
(5) 打開微機的掃描移動平臺和雷射器控制程序，輸入設定以下參數 &釆樣周期，其數值決定了頻域編碼的波長，理論上與波長成反比；
4:釆樣點的位置，其間隔即為採樣周期A; A:採樣點的曝光強度即曝光時間；
(6) 啟動掃描平臺，使其移動到光柵的採樣位置《，並在採樣點由雷射器進行相應時 間的曝光，曝光時間由步驟(5)中的A決定。
使用時，將光纖光柵製作而成的編解碼器按圖3的方式通過光環形器接入光碼分多址的 光纖通信線路中。所述的光纖光柵通過光環形器接入光碼分多址的光纖通信線路中，光環形 器有一個接口與光纖光柵相接，另外接口接入光纖通信線路上。所述的光環形器為市場所購 產品。傳統的光纖光柵陣列製作的編解碼器用多個環形器，並精確控制各個光纖光柵間的距
離。而本發明的光纖光柵編解碼器是由大約248納米的雷射器有選擇地照射單根光纖中的某
些區域而製成的光纖光柵，再通過光環形器接入光碼分多址的光纖通信線路中。
由本發明的光纖光柵二維編碼器的反射同時在時域和頻域上形成編碼後的信號。若經由
碼字匹配的解碼器，則形成匹配解調後與原信號相同的匹配後的信號；若經由碼字不匹配的 解碼器，則會形成一連串類似噪聲的信號，而不會形成與原始信號相同的信號。
由於本發明的編解碼器中的光纖光柵設計靈活，與傳統的光纖光柵陣列的二維編解碼器 相比體積小，器件數量少，製作方便並且穩定性高。光通信線路中的編解碼速率高、通信保 密性也有提高，並通過合理地選擇在單根光纖中照射的區域，可以豐富碼字容量。
權利要求
1、基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法，其特徵在於，依次含有以下步驟步驟(1)對單根單模光纖進行載氫處理並剝去一段塗覆層；步驟(2)把步驟(1)所述單模光纖固定在均勻模板後，使之貼近；步驟(3)調整200nm～350nm的雷射器，使之輸出約為50mW的光功率；步驟(4)調整光路，使經掃描反射鏡反射的光斑照射在所述的光纖纖芯上；步驟(5)打開微機的掃描移動平臺以及雷射器控制程序，輸入設定的以下參數，控制採樣周期，使得即將製成的一根光纖光柵分為採樣周期各不相同的幾個光纖光柵段，不同的採樣點的位置，產生在時域和頻域不同的二維編解碼器，在進行光通信時，每段的位置會產生相應的光延遲，對應於時域上的編碼，而不同的採樣周期選擇對應於頻域上不同的波長，二者成反比，根據波長的有和無，相當於0信號和1信號，從而實現頻域上的編碼，從而實現在頻域和時域上的二維編碼和解碼Pk採樣周期，光纖光柵段不同，採樣周期就不同，其數值決定了頻域編碼的波長；Zk採樣點的位置，其間隔即為採樣周期；Ak採樣點的曝光強度，即曝光時間，在1分鐘～100分鐘；Zk，j＝Pk×(j+sign/2)；其中，Zk，j為第k個時隙的第j個採樣點，Pk為第k個時隙的採樣周期，相位取0時sign＝0，相位取π時sign＝1。
2、 根據權利要求1所述的基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法，其特徵在於，所述單模光纖光柵的長度在lcm 100cm間。
3、 根據權利要求1所述的基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法，其特徵在於，所述 單模光纖光柵是一個4波長、15個時隙的採樣光柵，長度為13.6cm。
全文摘要
基於採樣光柵的二維編解碼器的製作方法屬於一種通信光電子技術，其特徵在於，採用在光纖通信線路上設有通過光環形器與光纖通信線路相接的光纖光柵，其長度為1釐米～100釐米，採用多種光纖作為原材料，用200～350nm的雷射器通過相位掩模板照射光纖，照射時間為1分鐘～100分鐘後在光纖中形成折射率成周期性變化的光纖光柵。照射點位置可以根據不同設計而產生在時域和頻域的二維編碼的碼字結構，從而在單根光纖光柵上實現光碼分多址的光纖通信系統的二維編碼和解碼。本發明的優點是可以方便地用光纖光柵設計二維編碼的碼字結構，從而大大提高數據傳輸速率，擴展可用的碼字容量，以及簡化光碼分多址系統中二維編解碼器的製作。
文檔編號G02B6/34GK101169502SQ200710178610
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月3日 優先權日2007年12月3日
發明者司治建, 恆 季, 鄴 張, 謝世鍾, 陳宏偉 申請人:清華大學