【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488 nm的激光制作了光纤Bragg光栅（Fiber Bragg Grating，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。
参考文献
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