[发明专利]光学时域微分器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微分器，特别是一种光学时域微分器及其制备方法，主要应用于全光信号处理和全光计算领域。

背景技术

全光信号处理是在光域内直接对信号进行处理，避免了电-光和光-电转换，使之成为全光通信研发中的热点。

光学时域微分器能够对光信号复光场进行时域微分，是全光信号处理和全光计算的一个关键器件。相对于通常的电子学微分器，光学时域微分器能够有效解决电子器件遇到的处理速度和带宽瓶颈问题。除了全光信号处理领域，光学时域微分器还可以用于脉冲整形，超短脉冲序列的产生，脉冲特征识别等领域。

在先技术之一(参见Xu.J，et al.，All-optical differentiator based on cross-gain modulation in semiconductor optical amplifier，Opt.Lett.2007.32(20))采用半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制来实现光时域微分。它是通过对放大后的泵浦脉冲以及探测脉冲进行功率合成实现的。但是这种光学微分器是一种非相干的时域微分器，它是对光强度进行时域微分，而不是对光学复光场进行时域微分。在先技术之二(参见Liu.F.F.et.al.，Compact optical temporal differentiator based on silicon microring resonator，Opt.Exp，2008.16(20))使用硅基环形谐振腔实现光时域微分，这种硅基环形谐振腔由单根直波导和一个硅基环组成，这种器件制备较为困难，成本较高。

光纤光栅与其他光纤器件具有天然相容性，不存在耦合问题。并且光纤光栅有很多可以改变的结构参数，如折射率调制深度、调制相位、光栅长度、变迹形状、光栅周期的啁啾等，使其具有很大的设计灵活性。同时由于避免了采用体光学器件，因此稳定性高，使其被广泛应用于各个光学领域。本发明提出了一种基于光纤光栅的光学时域微分器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种光学时域微分器及其制备方法，该微分器具有结构简单，易于集成，微分实现速度快，能够对高带宽的信号进行时域微分。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学时域微分器，特点在于其构成包括环形器和光时域微分的光纤光栅，所述的环形器是一种三端口光学器件，该环形器的第二端口接所述的光时域微分的光纤光栅的一端，待微分信号光由所述的环形器的第一端口输入经第二端口进入所述的光时域微分的光纤光栅的一端，从该光时域微分的光纤光栅返回的时域微分信号从该环形器的第三端口输出。

所述的光时域微分的光纤光栅为光时域微分的相移光纤光栅、光时域微分的长周期光纤光栅、光时域微分的摩尔光纤光栅或光时域微分的变迹光纤光栅。

所述的光学时域微分器的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①制备光时域微分的光纤光栅；

②将所述的光时域微分的光纤光栅的一端与所述的环形器的第二端口相连接。

所述的光时域微分的光纤光栅是具有光时域微分的相移光纤光栅，是按下列步骤制备的：

①根据待微分信号的中心波长λ，确定所需的相位掩膜板的周期Λ＝λ/n_eff，其中，n_eff是光纤的有效折射率，首先对光纤进行第一次曝光制成光纤光栅，光纤的折射率调制幅度为Δn₁；

②在所述的光纤光栅的中心位置选择一个二次曝光长度L，对其进行二次曝光，使其折射率调制幅度为Δn₂，并且满足：

βΔn₂L＝π            (1)

其中：β是待微分信号在真空中的传播常数；

或者先确定曝光量，即确定折射率调制幅度为Δn₂，然后确定中心位置处的二次曝光长度L，使其满足式(1)，对光栅进行二次曝光。

所述的光时域微分的光纤光栅是利用遮挡法制备的光时域微分的相移光纤光栅，制备方法包括下列步骤：

①根据待测微分信号的中心波长λ，确定所需的相位掩膜板的周期Λ＝λ/n_eff，其中，n_eff是光纤的有效折射率；

②确定遮挡区域的长度L，利用长度为L的遮挡板遮挡住光纤的中心区域，利用相位掩膜板一次性制备光时域微分的相移光纤光栅，使光纤的折射率调制幅度为Δn₁，并且满足：