在長途光纖干線中，由于中繼放大和交換等環(huán)節(jié)受到電子器件對碼速的限制，制約了光纖通信總?cè)萘康奶岣撸馔ㄐ艠?gòu)思應(yīng)運而生，即各種光器件以光纖為載體來實現(xiàn)信號的傳輸及處理功能，例如將摻鉺光纖激光器、摻鉺光纖放大器(EDFA)、光纖耦合器、光纖光柵濾波器、光纖環(huán)行器以及其它各種高性能的全光纖器件組合到一條傳輸光纖中，方便地在一條光纖線路上同時實現(xiàn)對不同波長信道的復(fù)用和解復(fù)用。
onypwfIk)t 光纖光柵（Fiber Grating）是基于光纖的光敏特性制成的一類重要的光纖型器件，它在在線光濾波、光耦合、光放大和信號檢測等功能的實現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。所謂光纖的光敏特性是指在紫外光照射下，光纖的折射率隨光強發(fā)生變化的特性。基于光敏特性，可以將特定的光柵結(jié)構(gòu)寫入到光纖中，如圖1，形成滿足各種應(yīng)用要求的光纖光柵器件。光纖光柵中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期一般在亞微米量級，也有幾十到幾百微米的。
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QH? 2v 光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)兩類。非周期結(jié)構(gòu)一般由周期結(jié)構(gòu)經(jīng)某種方式演變而來。光纖光柵從功能上可分為濾波型光柵和色散補償型光柵兩類，色散補償型光柵又稱為啁啾光纖光柵。
WaZ@ 長周期光纖光柵(LPFG)的光學(xué)性質(zhì)是基于纖芯膜與包層膜的耦合來實現(xiàn)的。我們從理論上研究了LPFG，尤其是正弦啁啾LPFG的增益譜和色散的特性，在一定條件下得到較為理想的帶阻濾波器。同時，我們還設(shè)計和制作了機械應(yīng)力引入式LPFG，這種光柵不僅具有與光刻寫的光柵類似的光學(xué)性質(zhì)，而且成本較低、動態(tài)可調(diào)、可重復(fù)刻寫。
x_^OS"h- 九十年代以來光纖光柵技術(shù)迅猛發(fā)展，由于光纖光柵具有體積小、插入損耗低、與光纖兼容性好以及獨特的波長選擇性等優(yōu)點，該技術(shù)已經(jīng)對包括光纖通信、光纖傳感和光學(xué)信息處理等在內(nèi)的整個光纖領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。
UOL%tT 光纖激光器是人們很早就提出的一種適合于通信應(yīng)用的激光器。利用光纖光柵帶通濾波器的反射性，可以構(gòu)成光纖激光器所需的諧振腔。其優(yōu)點是光纖光柵的兼容性、輸出穩(wěn)定性和光譜純度要比半導(dǎo)體激光器好；具有較高的光輸出功率、極窄的線寬和較寬的調(diào)諧范圍。
n <(5B|~y 目前光通信使用的標(biāo)準光纖在波長1550 nm的色散值為17ps/nm/km，因而必須解決色散補償問題。一個有效的解決方案是應(yīng)用基于啁啾光纖光柵的色散補償器。如圖2所示，
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Y_iF$ m/R 光柵間距不等，短波長光(λ1)在近端反射，長波長光(λ2)在遠端反射，不同點反射不同波長從而使反射回去的光波產(chǎn)生不同的時間延遲。粗略地估算表明，用約3.6 cm長度的啁啾光纖光柵在0.2 nm帶寬就可補償100 km長的標(biāo)準光纖在波長1550nm的色散。
/)OO)B-r 光纖光柵正成為高速光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵器件之一。
光纖布拉格光柵在光通信中有著廣泛的應(yīng)用，它可以用作光帶通濾波器，波長鎖定器，激光器中的反射鏡和增益均衡器等等。啁啾光纖布拉格光柵用來補償光纖鏈路中的色散也已成為近年來廣泛采用的方法。許多新的光柵結(jié)構(gòu)是色散補償器和帶寬濾波器具有了高的帶寬利用率。 ]Pl6:FB8%@
我們設(shè)計了窄帶的正弦啁啾光纖光柵，-3dB帶寬為0.37nm，旁瓣小于-40dB，帶寬利用率（-1dB和-30dB處的帶寬比）為0.8561。光柵的反射譜和時延曲線被顯示在圖5中，這種正弦啁啾結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生幾乎理想的矩形反射窗口，其帶寬利用率明顯高于同等參數(shù)下的線性啁啾光纖光柵。 /iJhC B[QZ
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圖6顯示了為寬帶應(yīng)用的正弦光纖光柵譜。帶寬80.2nm，帶寬利用率0.985，旁瓣低于-25dB。虛線部分是同樣參數(shù)下線性啁啾光纖光柵的反射譜，顯然，正弦啁啾結(jié)構(gòu)可以是反射譜變得更陡峭。 9g,L1 W*
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新的應(yīng)用了正弦啁啾的采樣光纖光柵可以實現(xiàn)更多更均衡的通道。圖7展示了141個均勻的通道，通道間隔0.25nm，平均通道帶寬0.03nm。旁瓣可以通過進一步的切趾做得很低。 >|&OcU
1. L Zhang and Changxi Yang, “Improving the performance of fiber gratings with sinusoidal chirps”, Appl. Opt., 24(12), 2181-2187 (2003).
2. L Zhang, Changxi Yang, Y Yan, G Jin, and M Xiao, “Sinusoidally chirped fiber Bragg gratings for DWDM applications,” Conference on Lasers and Electro-Optics and Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS)， May 19-24, 2002 in Long Beach, California, paper CTuJ.
