光纖Bragg光柵在光通信系統中的應用研究

【摘要】本文提出了光纖光柵在通信系統的應用，利用壓電陶瓷電驅動可以改變形狀的特點，對光纖Bragg光柵的反射波長進行調制，利用光纖光柵的窄帶特性實現通信系統中有效通信波長的調制，降低噪聲的干擾，有效提高信噪比。

【關鍵詞】光纖Bragg光柵光通信PZT

一、引言

光纖通信是人類20世紀最偉大的發明之一。自從本世紀70年代初第一根實用化光纖問世以來，光纖通信這項高技術得到了迅猛的發展，并對人類社會生活產生了巨大的影響。人類社會正邁步進入信息時代，光纖無可質疑地成為信息交換中最重要的傳輸媒介。1978年，加拿大通信研究中心的K. O. Hill等人首次利用窄帶488 nm的激光制作了光纖Bragg光柵（Fiber Bragg Grating，FBG）。光纖特性如張力、溫度、偏振發生變化，將會使光柵有效折射率或柵距改變，從而影響Bragg波長，這是光纖光柵應用于傳感器的基礎。

二、光纖Bragg光柵的制作

目前，光纖光柵的制作技術已經趨于成熟。但是全息干涉制作光纖光柵方法的提出，預示著光纖光柵具有實用化的商業前途，激起了研究者們的極大興趣，加、美、日、澳等國相繼投入了相當的研究力量。繼全息干涉法制作光纖光柵后，光纖光柵制作技術朝方便靈活、穩定可靠、光柵參數可控等方向發展，新的制作技術不斷涌現，如相位Mask技術、單脈沖技術、點-點光柵寫入技術。其中相位Mask技術普遍被人們看好，且目前的工藝較為成熟。相位掩模板是經刻蝕的玻璃光柵，對紫外光透明，并且相位掩模板經特殊處理，使得零級衍射光被抑制，大部分衍射光集中在+ 1級和- 1級。紫外光照射時，掩模板的±1級衍射光互相干涉，沿光纖方向就形成了周期性的光強調制，從而形成光纖光柵。

相位Mask技術不僅能高效、可靠地制作光纖光柵，還能用于制作有特定頻譜響應特性要求的光柵。比如，普通均勻光柵的反射頻譜在主峰兩側會有次極大（即旁瓣）的存在，在用于波分復用時，上述效應會降低通道隔離度，引起串擾。但是，通過被稱為變跡的過程，使沿光纖長度方向的折射率調制呈鐘形曲線分布，可以有效地抑制旁瓣。因此本實驗采用Mask技術制作光纖Bragg光柵。相位Mask技術還可用于制作所謂的啁啾光柵，啁啾是指沿光纖長度方向改變光柵周期以期展寬反射譜或改善時域、譜域特性。光纖光柵用于色散補償時，啁啾顯得特別重要。

三、結構設計

光纖Bragg光柵通信系統的結構圖如圖1所示。寬帶光源出射的激光通過光隔離器進入3dB耦合器，在經過FBG時由于其高反射特性，而被反射回3dB耦合器，通過光電探測器接收反射信號光，光電探測器將接收到的光信號轉換為電信號，供計算機提供參考光的作用。FBG與壓電陶瓷（PZT）緊密粘貼在一起，計算機通過鋸齒波掃描電壓驅動PZT而影響FBG的折射率。而FBG收到外部應力過程中會產生反射中心波長的漂移，因此光電探測器接收到新的反射信號，再經由計算機對PZT重新驅動。

通信系統中計算機驅動PZT時FBG和未驅動PZT時的反射譜并不一樣。計算機驅動PZT導致的形變會引起FBG中心反射波長的變化，其中心波長在1553.2nm。在PZT加載驅動電壓后，其中心波長漂移到1553.6nm，其漂移范圍在400nm。因此，根據通信系統所需要的有效波長而給出相應的驅動電壓，可以很好的解決通信系統中噪聲對信號的干擾。光纖Bragg光柵制作方式簡單，材料來源廣泛，其成本很低。在大規模光通信系統中，可以使用光纖Bragg光柵陣列來實現多個通信波長的調制。其波長漂移范圍較大，完全可以實現未來的長距離、大容量、寬信道的通信系統。

四、結論

本文對光纖Bragg光柵的制備技術進行了闡述，并采用Mask技術制作光纖Bragg光柵。利用光纖Bragg光柵的窄帶濾波和高反射特性，設計了以光纖Bragg光柵為基礎的光纖通信系統，并分析了該系統的工作原理以及未來的發展趨勢。本論文的提出，可以為未來光纖通信技術提供實驗支持。

參考文獻

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