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【摘 要】本文提出了光纤光栅在通信系统的应用,利用压电陶瓷电驱动可以改变形状的特点,对光纤Bragg光栅的反射波长进行调制,利用光纤光栅的窄带特性实现通信系统中有效通信波长的调制,降低噪声的干扰,有效提高信噪比.
【关 键 词】光纤Bragg光栅光通信PZT
一、引言
光纤通信是人类20世纪最伟大的发明之一.自从本世纪70年代初第一根实用化光纤问世以来,光纤通信这项高技术得到了迅猛的发展,并对人类社会生活产生了巨大的影响.人类社会正迈步进入信息时代,光纤无可质疑地成为信息交换中最重要的传输媒介.1978年,加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人首次利用窄带488nm的激光制作了光纤Bragg光栅（FiberBraggGrating,FBG）.光纤特性如张力、温度、偏振发生变化,将会使光栅有效折射率或栅距改变,从而影响Bragg波长,这是光纤光栅应用于传感器的基础.
二、光纤Bragg光栅的制作
目前,光纤光栅的制作技术已经趋于成熟.但是全息干涉制作光纤光栅方法的提出,预示着光纤光栅具有实用化的商业前途,激起了研究者们的极大兴趣,加、美、日、澳等国相继投入了相当的研究力量.继全息干涉法制作光纤光栅后,光纤光栅制作技术朝方便灵活、稳定可靠、光栅参数可控等方向发展,新的制作技术不断涌现,如相位Mask技术、单脉冲技术、点-点光栅写入技术.其中相位Mask技术普遍被人们看好,且目前的工艺较为成熟.相位掩模板是经刻蚀的玻璃光栅,对紫外光透明,并且相位掩模板经特殊处理,使得零级衍射光被抑制,大部分衍射光集中在+1级和-1级.紫外光照射时,掩模板的±1级衍射光互相干涉,沿光纤方向就形成了周期性的光强调制,从而形成光纤光栅.
相位Mask技术不仅能高效、可靠地制作光纤光栅,还能用于制作有特定频谱响应特性要求的光栅.比如,普通均匀光栅的反射频谱在主峰两侧会有次极大（即旁瓣）的存在,在用于波分复用时,上述效应会降低通道隔离度,引起串扰.但是,通过被称为变迹的过程,使沿光纤长度方向的折射率调制呈钟形曲线分布,可以有效地抑制旁瓣.因此本实验采用Mask技术制作光纤Bragg光栅.相位Mask技术还可用于制作所谓的啁啾光栅,啁啾是指沿光纤长度方向改变光栅周期以期展宽反射谱或改善时域、谱域特性.光纤光栅用于色散补偿时,啁啾显得特别重要.
三、结构设计
光纤Bragg光栅通信系统的结构图如图1所示.宽带光源出射的激光通过光隔离器进入3dB耦合器,在经过FBG时由于其高反射特性,而被反射回3dB耦合器,通过光电探测器接收反射信号光,光电探测器将接收到的光信号转换为电信号,供计算机提供参考光的作用.FBG与压电陶瓷（PZT）紧密粘贴在一起,计算机通过锯齿波扫描电压驱动PZT而影响FBG的折射率.而FBG收到外部应力过程中会产生反射中心波长的漂移,因此光电探测器接收到新的反射信号,再经由计算机对PZT重新驱动.
通信系统中计算机驱动PZT时FBG和未驱动PZT时的反射谱并不一样.计算机驱动PZT导致的形变会引起FBG中心反射波长的变化,其中心波长在1553.2nm.在PZT加载驱动电压后,其中心波长漂移到1553.6nm,其漂移范围在400nm.因此,根据通信系统所需要的有效波长而给出相应的驱动电压,可以很好的解决通信系统中噪声对信号的干扰.光纤Bragg光栅制作方式简单,材料来源广泛,其成本很低.在大规模光通信系统中,可以使用光纤Bragg光栅阵列来实现多个通信波长的调制.其波长漂移范围较大,完全可以实现未来的长距离、大容量、宽信道的通信系统.
四、结论
本文对光纤Bragg光栅的制备技术进行了阐述,并采用Mask技术制作光纤Bragg光栅.利用光纤Bragg光栅的窄带滤波和高反射特性,设计了以光纤Bragg光栅为基础的光纤通信系统,并分析了该系统的工作原理以及未来的发展趋势.本论文的提出,可以为未来光纤通信技术提供实验支持.