[发明专利]基于双芯光纤的多波长光微分器

说明书

技术领域

本发明是一种多波长光微分器，涉及光纤通信、光纤传感、光学信号处理技术，具体地讲就是基于双芯光纤的多波长光微分器。

背景技术

随着通信和计算机技术的迅猛发展，通信信号速率越来越高，在电域对信号进行处理变得越来越困难，一种有效的解决方法是在光域对信号进行处理，基于这个目的，就需要开发设计一些光域的信号处理器件，光微分器就是其中一个非常重要的光学信号处理器件。光学微分器是一种能够在光域对光信号的光场进行时间导数运算的全光器件，光微分器有其固有的一些优点，如制作简单、成本低廉、插入损耗低、与偏振无关、与现有的光通信系统具有很高的兼容性、能够处理Gbit甚至Tbit的高速率信号。正是因为光微分器固有的这些优点，因此光微分器在脉冲整形、微波信号的光域处理、图象处理等领域具有广泛的应用。

到目前为止，人们提出了多种光微分器实现方案。2005年，Kulishov等人在《Optics Letters》发表文章《Long-period fiber gratings as ultrafast optical differentiators》，提出使用长周期光纤光栅来实现光微分器的方案。这种微分器能够处理带宽大于100GHz的光信号，当信号带宽小于1GHz时，这种微分器具有很低的能量效率；另外由于长周期光纤光栅固有的对环境的敏感性，周围环境的变化会对这种光微分器的工作性能造成很大的影响。2007年，Berger, N. K.等人在《Optics Express》发表文章《Temporal differentiation of optical signals using a phase-shifted fiber Bragg grating》，提出使用相移布拉格光纤光栅来实现光微分器的方案，该方案使用两个均匀的布拉格光纤光栅，这两个光栅之间有严格的π相移。利用其反射谱的传输特性与一阶光微分器的传输特性具有相似的特点，对光信号的光场提供时间一阶微分。但该方案要求两个光栅之间具有严格的π相移，因此实现困难。中国发明专利《基于硅基环形谐振腔的光微分器》（申请号：200810039557.0）利用硅基环形谐振腔来实现光微分器，当硅基环形谐振腔工作在临界耦合状态时，其频谱特性和一阶微分器具有很好的近似。但该发明制作困难，需要精确控制环形谐振腔和直波导之间的缝隙，并且只能对一个波长的光信号提供微分处理，不能同时处理多个波长的光学信号。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种基于双芯光纤的多波长光微分器。该发明利用了双芯光纤纤芯之间的模式耦合，当工作在完全耦合状态时，两个纤芯的传输谱与一阶微分器具有很好的近似，两个纤芯均可实现多波长的光微分操作，两个纤芯的传输谱具有不同的中心波长，并且通过改变双芯光纤的长度，可以对中心波长的位置和波长数量进行调节，双芯光纤长度越长，可支持的波长数越多。

本发明的技术方案：

基于双芯光纤的多波长光微分器，该发明包括可调激光器阵列、电信号发生器、电光调制器、双芯光纤微分器、第一检测系统、第二检测系统。其中可调激光器阵列接电光调制器的光输入端，电信号发生器输出端接电光调制器的电输入端，电光调制器的光输出端接双芯光纤微分器的第一个纤芯的输入端，双芯光纤微分器的第一个纤芯的输出端接第一检测系统，双芯光纤微分器的第二个纤芯的输出端接第二检测系统。

所述的双芯光纤微分器是一段双芯光纤，两个纤芯的折射率、纤芯半径完全相同，这样两个纤芯之间的导波模式可以实现完全耦合。两个纤芯的间距为十几到几十微米，双芯光纤的长度为几十厘米。

本发明的有益效果具体如下：

本发明提出的一种基于双芯光纤的多波长光微分器，可以同时实现对多路光波长的光信号进行时域一阶微分操作，并且通过改变双芯光纤的长度就可以调整中心波长位置和波长数量。本发明仅使用一段双芯光纤就可以实现上述功能，具有结构简单、价格便宜、性价比高、与现有光纤通信系统兼容性好、熔接方便、波长数和中心波长位置可调的优点。

附图说明

图1基于双芯光纤的多波长微分器示意图。

图2 高斯脉冲时域波形示意图。

图3 2波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱幅频特性示意图。

图4 2波长双芯光纤微分器第一纤芯传输谱相频特性示意图。

图5 2波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱幅频特性示意图。

图6 2波长双芯光纤微分器第二纤芯传输谱相频特性示意图。

图7高斯一阶微分信号时域波形示意图。