Осуществление нелинейной настройки оптической дисперсии с использованием брэгговской волоконной решетки

Есть еще 7 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Оптическое устройство, включающее волноводный элемент, имеющий оптическую ось, предназначенный для передачи оптической энергии и имеющий эффективный показатель преломления вдоль оптической оси; и

область оптического возмущения, образованную в волноводном элементе и сконфигурированную с периодом вдоль оптической оси, при этом значение периода и эффективного показателя преломления является нелинейной функцией в зависимости от положения вдоль оптической оси для удовлетворения условию фазового согласования, так что отраженная оптическая волна от области оптического возмущения имеет длину волны, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный период изменяется нелинейно вдоль оптической оси.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент включает оптическое волокно.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент включает оптический волновод.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно включает преобразователь, сопряженный, по меньшей мере, с двумя элементами на волноводном элементе, причем преобразователь предназначен для изменения длины волны волноводного элемента.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразователь включает пьезоэлектрический элемент, предназначенный для изменения длины волноводного элемента в соответствии с управляющим напряжением.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразователь включает магнитострикционный элемент, предназначенный для изменения длины волноводного элемента в соответствии с управляющим магнитным полем.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное значение периода и эффективного показателя преломления изменяется в зависимости от температуры области оптического возмущения, при этом устройство дополнительно содержит блок управления, предназначенный для управления температурой области оптического возмущения.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эффективный показатель преломления указанного волноводного элемента изменяется вдоль оптической оси.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что волноводный элемент реагирует на управляющее электрическое поле, и эффективный показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что волноводный элемент выполнен из электрооптического материала.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что волноводный элемент реагирует на поле электромагнитного излучения, и эффективный показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что волноводный элемент включает фоточувствительный материал, а поле электромагнитного излучения имеет напряженность, изменяющуюся вдоль оптической оси волноводного элемента.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанный фоточувствительный материал является фотопреломляющим материалом.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно включает генератор акустических волн, размещенный у волноводного элемента и сконфигурированный для формирования акустической волны с настраиваемой частотой вдоль оптической оси волноводного элемента, в котором акустическая волна изменяет частотную характеристику области оптического возмущения.

16. Оптическое устройство, включающее оптоволоконную дифракционную решетку, сформированную в оптическом волокне, причем указанная оптоволоконная дифракционная решетка имеет период, который нелинейно изменяется вдоль оптического волокна для получения разных задержек для оптических волн с разной частотой, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке; и

устройство растяжения, сопряженное с оптоволоконной дифракционной решеткой и сконфигурированное так, что длина оптоволоконной решетки изменяется, для создания изменения относительных задержек оптических волн на разных частотах.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что дополнительно включает блок управления дифракционной решеткой, связанный с устройством растяжения, для регулирования длины оптоволоконной дифракционной решетки.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что устройство растяжения оптического волокна включает пьезоэлектрический элемент, предназначенный для изменения длины оптоволоконной дифракционной решетки на определенную величину в соответствии с управляющим напряжением, а блок управления дифракционной решеткой сконфигурирован для создания управляющего напряжения.

19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что указанное устройство растяжения оптического волокна включает магнитострикционный элемент, предназначенный для изменения длины указанной оптоволоконной дифракционной решетки в соответствии с управляющим магнитным полем и блок управления дифракционной решеткой сконфигурирован для создания управляющего магнитного поля.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется в зависимости от положения вдоль оптического волокна.

21. Устройство по п.17, отличающееся тем, что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется в зависимости от управляющего электрического поля, создаваемого блоком управления дифракционной решеткой.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что оптоволоконная дифракционная решетка выполнена из электрооптического материала.

23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что управляющее электрическое поле изменяется в зависимости от положения вдоль оптического волокна.

24. Устройство по п.17, отличающееся тем, что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения, создаваемого блоком управления дифракционной решеткой.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что оптоволоконная дифракционная решетка включает фоточувствительный материал.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что фоточувствительный материал является фотопреломляющим материалом.

27. Устройство по п.16, отличающееся тем, что дополнительно включает генератор акустических волн, размещенный у указанной оптоволоконной дифракционной решетки и сконфигурированной для создания акустической волны с настраиваемой частотой вдоль оптического волокна, в котором акустическая волна изменяет частотную характеристику оптоволоконной дифракционной решетки.

28. Оптическая система, предназначенная для компенсации дисперсии с динамической регулировкой, включающая анализатор дисперсии, предназначенный для приема части оптического сигнала и определения информации о дисперсии в оптическом сигнале; и

элемент, компенсирующий дисперсию, который подсоединен для приема указанной информации от анализатора дисперсии и сконфигурированный для приема, по меньшей мере, части оптического сигнала и формирования отраженного сигнала с уменьшенной дисперсией в соответствии с управляющим сигналом от анализатора дисперсии, при этом элемент, компенсирующий дисперсию, включает

волноводный элемент, имеющий оптическую ось, для передачи оптической энергии и эффективный показатель преломления, который является функцией положения вдоль указанной оптической оси; и

дифракционную решетку, сформированную в волноводном элементе и сконфигурированную так, что она имеет переменный период дифракционной решетки вдоль оптической оси; в которой

значение указанного переменного периода дифракционной решетки и эффективного показателя преломления является нелинейной функцией от положения вдоль оптической оси для удовлетворения условию фазового согласования Брэгга, так что отраженная оптическая волна от дифракционной решетки имеет определенную длину, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси.

29. Система по п.28, отличающаяся тем, что указанный анализатор дисперсии включает преобразующий элемент, который преобразует фазомодулированный оптический сигнал в амплитудно-модулированный сигнал.

30. Система по п.28, отличающаяся тем, что указанный анализатор дисперсии включает устройство, предназначенное для непосредственного измерения частоты ошибок по битам в оптическом сигнале для определения дисперсии, причем анализатор дисперсии создает управляющий сигнал для регулировки настраиваемой компенсации дисперсии, осуществляемой элементом, компенсирующим дисперсию, так что частота ошибок по битам уменьшается.

31. Система по п.28, отличающаяся тем, что анализатор дисперсии включает устройство тактового контроля, которое измеряет тактовую амплитуду оптического сигнала и создает управляющий сигнал таким образом, что элемент, компенсирующий дисперсию, регулирует компенсацию дисперсии, увеличивая тактовую амплитуду.

32. Система по п.28, отличающаяся тем, что оптический сигнал включает сигнал с уплотнением по длинам волн.

33. Оптическое устройство, включающее полупроводниковый лазер;

источник электропитания, подсоединенный к полупроводниковому лазеру, для обеспечения модулированного тока возбуждения, который вызывает модулированный выходной сигнал указанного лазера;

волноводную дифракционную решетку, размещенную для обеспечения приема указанного модулированного выходного сигнала и имеющую переменный период дифракционной решетки и эффективный показатель преломления, удовлетворяющие условию фазового согласования Брэгга, так что отраженный лазерный луч указанного лазерного выходного сигнала из волноводной дифракционной решетки имеет определенную длину волны, которая нелинейно зависит от положения вдоль волноводной дифракционной решетки;

блок управления дифракционной решеткой, соединенный с источником питания и сконфигурированный для управления дисперсионными параметрами волноводной дифракционной решетки для уменьшения паразитной частотной модуляции в модулированном выходном сигнале лазера.

34. Устройство по п.33, отличающееся тем, что в нем лазер и волноводная дифракционная решетка сформированы на полупроводниковой подложке.

35. Способ функционирования оптоволоконной системы, включающий следующие этапы:

осуществляют направление оптического сигнала, который передается через рассеивающий тракт сигнала в настраиваемую оптоволоконную дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом;

определяют полярность и значение дисперсии в указанном оптическом сигнале; и

осуществляют регулировку настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки с нелинейным чирпированием в соответствии с полярностью и значением дисперсией для уменьшения дисперсии в указанном оптическом сигнале.

36. Способ по п.35, отличающийся тем, что указанная оптоволоконная дифракционная решетка имеет период дифракционной решетки, который нелинейно изменяется вдоль оптического волокна для осуществления различных задержек для оптических волн разных частот, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке, и в которой указанная регулировка включает регулировку, по меньшей мере, одной из физических длин или эффективный показатель преломления указанной оптоволоконной дифракционной решетки.

37. Способ по п.35, отличающийся тем, что оптоволоконная дифракционная решетка имеет показатель преломления, нелинейно изменяющийся вдоль оптического волокна, для получения различных задержек для оптических волн разных частот, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке.

38. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем ее растяжения.

39. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем настройки частоты акустической волны, которая подается в оптоволоконную дифракционную решетку и уменьшает частотные боковые полосы при отражении указанного оптического сигнала.

40. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения вдоль нее электрического поля.

41. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения напряженности поля электромагнитного излучения вдоль оптоволоконной дифракционной решетки.

42. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения вдоль нее магнитного поля.

43. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем непосредственного измерения частоты ошибок по битам в оптическом сигнале.

44. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем измерения амплитудной модуляции, преобразованной из фазовой модуляции в оптическом сигнале.

45. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем измерения тактовой амплитуды.

46. Оптическое устройство, содержащее отрезок волновода, имеющего оптическую ось для передачи оптической энергии;

область оптического возмущения, сформированную в указанном волноводе и имеющую изменяющийся показатель преломления вдоль оптической оси, ограниченную дифракционной решеткой с нелинейной чирпированной модуляцией, имеющую изменяющийся период в зависимости от положения, которое изменяется нелинейно вдоль оптической оси и отражает оптическую волну определенной длины, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси; и

блок управления волновода для управления параметром указанной области оптического возмущения для изменения относительных временных задержек различных спектральных компонентов отраженной длины волны.

47. Устройство по п.46, отличающееся тем, что указанный параметр включает физическую длину указанной области оптического возмущения.

48. Устройство по п.46, отличающееся тем, что указанный параметр включает показатель преломления указанной области оптического возмущения.

49. Устройство по п.46, отличающееся тем, что указанный параметр включает температуру указанной области оптического возмущения.

50. Устройство для передачи энергии, содержащее волноводный элемент, имеющий оптическую ось для передачи оптической энергии вдоль указанной оптической оси и пространственную дифракционную решетку, период которой периодически изменяется вдоль оптической оси, при этом указанный волноводный элемент сконфигурирован для приема входного оптического сигнала и для формирования выходного оптического сигнала с помощью отражения внутри брэгговской полосы отражения, сформированной указанной пространственной дифракционной решеткой, так что осуществляется формирование временных задержек различных отраженных спектральных компонентов как нелинейная функция пространственного положения вдоль указанной оптической оси, на которой различные отраженные спектральные компоненты являются соответственно отраженными; и блок управления, сопряженный с указанным волноводным элементом и с возможностью изменения параметра указанной пространственной дифракционной решетки вдоль оптической оси для регулировки, по меньшей мере, относительных временных задержек указанных различных отраженных спектральных компонентов нелинейно относительно длины волны.

51. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления сконфигурирован для управления длиной указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси.

52. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления включает пьезоэлектрический элемент.

53. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления включает магнитно-стрикционный элемент, функционирующий в ответ на управляемое магнитное поле.

54. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления сконфигурирован для формирования управляемого магнитного поля, которое изменяется вдоль оптической оси и указанный волноводный элемент сконфигурирован так, что имеет показатель преломления, который изменяется в ответ на изменение управляемого электрического поля таким образюь, что осуществляется регулировка относительных временных задержек.

55. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления сконфигурирован для формирования управляемого поля электромагнитного излучения, которое изменяется вдоль указанной оптической оси и указанный волноводный элемент сконфигурирован так, что имеет показатель преломления, который изменяется в ответ на указанное поле электромагнитного излучения таким образом, что осуществляется регулировка относительных временных задержек.

56. Устройство по п.50, отличающееся тем, что блок управления включает генератор акустической волны, сконфигурированный и подсоединенный так, что осуществляет формирование акустической волны с регулируемой частотой вдоль указанной оптической оси указанного волноводного элемента так, что акустическая волна изменяет частоту в ответ на волноводный элемент.

57. Устройство по п.50, отличающееся тем, что блок управления сконфигурирован для управления, как длины, так и показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической волны.

58. Устройство по п.50, отличающееся тем, что блок управления сконфигурирован для управления показателем преломления указанного волноводного элемента вдоль оптической оси.

59. Устройство по п.50, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство контроля дисперсии, сконфигурированное и подсоединенное так, что осуществляет контроль информации об оптической дисперсии в указанном выходном сигнале и информирует указанный блок управления;

при этом указанный блок управления осуществляет регулировку указанного параметра пространственной дифракционной решетки в ответ на указанную информацию.

60. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный волноводный элемент включает оптическое волокно, имеющее сердцевину волокна и оболочку, окружающую сердцевину волокна.

61. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный блок управления сконфигурирован для управления температурой указанного волноводного элемента.

62. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанный волноводный элемент включает оптический волновод, сформированный на подложке.

63. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанная пространственная дифракционная решетка имеет период решетки, который является нелинейно чирпированным вдоль оптической оси.

64. Устройство по п.50, отличающееся тем, что указанная пространственная дифракционная решетка включает пространственную чирпированную модуляцию относительно показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль оптической оси.

65. Способ для передачи энергии, содержащий следующие этапы:

обеспечение волноводного элемента, имеющего оптическую ось для передачи оптической энергии вдоль указанной оптической оси и пространственную дифракционную решетку, которая периодически изменяется вдоль оптической оси так, что указанный волноводный элемент формирует выходной оптический сигнал с помощью отражения внутри брэгговской полосы отражения, сформированной указанной пространственной дифракционной решеткой с временными задержками различных отраженных спектральных компонентов как нелинейная функция пространственного положения вдоль указанной оптической оси, на которой различные отраженные спектральные компоненты являются соответственно отраженными;

обеспечение входного оптического сигнала для направления в волноводный элемент для формирования выходного оптического сигнала; и обеспечение изменения параметра волноводного элемента для изменения параметра указанной пространственной дифракционной решетки вдоль указанной оптической оси так, что осуществляется регулирование, по меньшей мере, относительных временных задержек указанных различных отраженных спектральных компонентов нелинейно относительно длины волны.

66. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивает изменение значения параметра пространственной дифракционной решетки для осуществления управления дисперсией в указанном выходном оптическом сигнале.

67. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап обеспечения изменения параметра указанной пространственной дифракционной решеткой так, что дисперсия в указанном оптическом сигнале, которая уменьшается в дифракционной решетке компенсирует первоначальную дисперсию в указанном входном оптическом сигнале.

68. Способ по п.65, отличающийся тем, что указанный параметр включает длину волноводного элемента вдоль указанной оптической оси.

69. Способ по п.65, отличающийся тем, что как длина, так и показатель преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси являются управляемыми для достижения указанной нелинейной регулировки.

70. Способ по п.65, отличающийся тем, что осуществляют изменение показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси для достижения указанной нелинейной регулировки.

71. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап обеспечения регулировки указанного параметра указанной пространственной дифракционной решетки в ответ на информацию об оптической дисперсии в указанном выходном оптическом сигнале.

72. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап использования информации для динамической регулировки дисперсии, которая уменьшается в дифракционной решетке, сформированной с помощью волноводного элемента в ответ на изменения дисперсии в зависимости от времени в указанном входном оптическом сигнале.

73. Способ по п.65, отличающийся тем, что этап изменения параметра указанного волноводного элемента включает этап управления температурой указанного волноводного элемента для достижения указанной нелинейной регулировки.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к компенсации оптической дисперсии и оптической импульсной манипуляции и, в частности, касается устройств и систем с оптической дифракционной решеткой, способной вызывать задержки в зависимости от длины волны. Предшествующий уровень техники Многие оптические материалы по-разному реагируют на оптические волны различной длины. Хорошо известным явлением является хроматическая дисперсия, которую часто называют просто "дисперсией", когда показатель преломления среды зависит от длины оптической волны. Дисперсия часто является причиной того,что оптические волны разной длины распространяются в данной среде с разными скоростями, поскольку скорость света зависит от показателя преломления. Дисперсия в оптических материалах нелинейно связана с длиной волны. Для характеристики дисперсии часто используется групповая скорость. Групповая скорость относится к производной по частоте постоянной распространения оптической волны в среде. Дисперсия групповой скорости первого порядка обычно выражается как отношение изменения времени распространения света на отрезке единичной длины оптического волокна к изменению длины световой волны. Для известных типов оптического волокна, используемых в электросвязи,дисперсия групповой скорости первого порядка составляет порядка 10 пс/нм/км при 1550 нм. Во многих прикладных системах оптический сигнал состоит из спектральных составляющих с различной длиной волны. Например,одночастотная оптическая несущая может быть модулирована для наложения информации на эту несущую. При такой модуляции создаются боковые полосы модуляции с частотами, отличными от частоты несущей. Другим примером являются оптические импульсы, которые широко используются в системах оптической связи и обработки данных и содержат спектральные составляющие в определенном спектральном диапазоне. Явление дисперсии может оказать отрицательное воздействие на сигнал из-за разных задержек для разных спектральных составляющих. В частности, при отсутствии ретрансляторов сигналов дисперсия является препятствием для увеличения дальности и скорости передачи данных в одноканальной оптоволоконной системе связи либо оптоволоконной системе связи со спектральным уплотнением (СУ). Для удовлетворения возрастающих требований рынка могут понадобиться скорости передачи данных до 10 гигабит/с и выше. Дисперсия может накапливаться с расстоянием, вызывая уширение или растяжение импульса. Два соседних импульса в последовательности импульсов при 2 высокой скорости передачи данных могут перекрываться. Такое перекрытие импульсов часто приводит к ошибкам при передаче данных. Эффект дисперсии в оптоволоконных системах может быть существенно снижен путем использования оптической несущей с узкой полосой на (или в окрестности) длине волны с нулевой дисперсией для данного оптоволокна. Например, для этой цели могут быть использованы оптоволоконные системы, работающие в окрестности длины волны 1,3 мкм, где в качестве источников света применяются одномодовые лазеры с распределенной обратной связью(РОС). В альтернативном варианте дисперсия может быть скомпенсирована путем использования элементов, компенсирующих дисперсию. Это можно осуществить, используя, например,оптическое волокно, компенсирующее дисперсию (ОВКД), которое порождает дисперсию с противоположным знаком по отношению к дисперсии, накопленной в оптоволоконной линии связи. Обычно дисперсия ОВКД может быть во много раз больше, чем дисперсия обычного оптического волокна (например, в 5-10 раз). Одна такая система с компенсацией на основе ОВКД описана в работе Nuyts и др.Photon. Tech. Lett. 8, pp. 1406-1408 (1996). В другом подходе к компенсации дисперсии используется оптоволоконная дифракционная решетка с линейно изменяющимися периодами. Смотри, например, работу Loch и др. "10Tech. Lett. 8, 1258-1260 (1996). Спектральная составляющая в оптическом сигнале, имеющая длину волны, удовлетворяющую условию фазового согласования Брэгга, отражается оптоволоконной дифракционной решеткой. Другие спектральные составляющие проходят сквозь решетку. Условия фазового согласования Брэгга в разных местах оптоволоконной дифракционной решетки отличаются друг от друга из-за изменения периода дифракционной решетки. Резонансная длина волны оптоволоконной дифракционной решетки изменяется в зависимости от положения. Когда период дифракционной решетки увеличивается или уменьшается вдоль направления оптоволоконной дифракционной решетки, соответственно увеличивается или уменьшается резонансная длина волны. Следовательно, разные спектральные составляющие в оптическом сигнале отражаются в различных местах и имеют разные задержки. Такого рода задержки, зависящие от длины волны, могут быть использованы для сведения на нет накопленной дисперсии в оптоволоконной линии связи. 3 Для получения разных задержек в волнах,отраженных от разных мест, с целью компенсации дисперсии можно также использовать оптоволоконную дифракционную решетку с равномерным периодом. В работе Ohn и др. "Dispersion variable fibre Bragg grating using a piezoelectric stack" Electron. Lett. 32, pp. 2000-2001 (1996) сообщается об использовании 21 растягивающего пьезосегмента, которые вызывают неоднородное растяжение в однородной оптоволоконной дифракционной решетке. Поскольку сегменты оптоволоконной дифракционной решетки могут быть растянуты на разную величину,для разных спектральных составляющих в разных местах оптического волокна можно получить разные задержки с целью компенсации дисперсии. Сущность изобретения В настоящем изобретении раскрывается дифракционная решетка с нелинейно изменяющимся периодом, имеющая механизм для регулировки условий фазового согласования Брэгга. Дисперсия такой дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом может динамически изменяться контролируемым образом для получения требуемой дисперсии с требуемыми относительными задержками для разных спектральных составляющих. Один вариант осуществления изобретения включает дифракционную решетку, имеющую нелинейно изменяющийся период. Дифракционная решетка выполнена из материала, подвергающегося механическому растяжению или сжатию. Дифракционная решетка сопряжена с преобразователем, который равномерно изменяет всю длину дифракционной решетки вдоль направления ее вектора в ответ на управляющий электрический сигнал. Сжатие или растяжение дифракционной решетки обеспечивает спектральный сдвиг в рабочем спектральном диапазоне. Нелинейное изменение периода решетки вызывает изменение относительных задержек разных спектральных составляющих с разными длинами волн по всей длине дифракционной решетки. Преобразователем можно управлять,сжимая или растягивая дифракционную решетку по всей ее длине, с целью получения настраиваемого профиля распределения дисперсии. В одном варианте реализации преобразователь включает пьезоэлектрический элемент для изменения длины дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом. На пьезоэлектрический элемент подается внешний управляющий сигнал напряжения. В другом варианте реализации используется магнитострикционный элемент для изменения длины дифракционной решетки в соответствии с внешним управляющим магнитным полем. В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается дифракционная решетка 4 с равномерным периодом и эффективным показателем преломления, нелинейно изменяющимся вдоль направления дифракционной решетки. Материал дифракционной решетки чувствителен к изменяющемуся в пространстве внешнему управляющему полю, такому как электрическое поле, поле электромагнитного излучения или температурное поле вдоль направления дифракционной решетки, так что можно регулировать нелинейное изменение эффективного показателя преломления для изменения относительных задержек разных спектральных составляющих и получения настраиваемого профиля распределения дисперсии. В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается дифракционная решетка,имеющая нелинейно изменяющийся период и настраиваемый извне пространственный профиль распределения эффективного показателя преломления вдоль направления дифракционной решетки. Общая длина и эффективный показатель преломления дифракционной решетки могут регулироваться отдельно для изменения относительных задержек разных спектральных составляющих и сдвига рабочего спектрального диапазона дифракционной решетки. Независимо от выбранного варианта конструкции, частотная характеристика дифракционной решетки с нелинейным изменением периода может настраиваться путем использования акустической волны, распространяющейся вдоль направления дифракционной решетки. Акустическая волна порождает дополнительные боковые полосы модуляции в частотной характеристике дифракционной решетки. Такие боковые полосы модуляции отделены от основной полосы частот частотным интервалом, зависящим от частоты акустической волны. Следовательно, путем настройки частоты акустической волны можно обеспечить регулируемую дисперсию. Одним из аспектов изобретения является компенсация дисперсии. Согласно изобретению дифракционная решетка с нелинейно изменяющимся периодом может быть размещена в оптоволоконной линии связи для уменьшения влияния дисперсии. Дисперсия, создаваемая такой дифракционной решеткой, может подвергаться активной настройке для компенсации изменяющейся дисперсии в оптоволоконной линии связи, которая включает анализатор дисперсии и регулятор с обратной связью. Такая настройка может быть с успехом использована в динамических оптоволоконных сетях, где характеристики графика связи могут изменяться во времени. Например, источник данного канала может находиться в разных местах сети в зависимости от времени, так что накопленная дисперсия данного канала в конкретной оптоволоконной линии связи является переменной. Следовательно, для такой оптоволоконной линии связи в процесс компенсации дисперсии потребуется 5 внести соответствующие изменения. Также могут изменяться эксплуатационные условия в процессе прямой передачи, результатом чего являются вариации накопленной дисперсии для сигналов в стационарной оптоволоконной линии связи. Другим аспектом изобретения является подавление паразитной частотной модуляции в полупроводниковых лазерах с внутренней модуляцией. Дифракционная решетка с нелинейно изменяющимся периодом согласно изобретению может быть использована для формирования дополняющей частотной модуляции внутри лазерного импульса в соответствии с наведенной паразитной частотной модуляцией для осуществления подавления паразитной частотной модуляции. Возможность настройки дифракционной решетки позволяет осуществлять подавление паразитной частотной модуляции для различных сигналов модуляции, которые приводят к появлению различных профилей распределения паразитной частотной модуляции в выходном сигнале лазера. Еще одним аспектом изобретения является регулируемое формирование импульсов, при котором для сжатия или растягивания оптического импульса до требуемого профиля используется нелинейно изменяющаяся дисперсия. Эти и другие варианты, аспекты и преимущества изобретения станут более очевидными при рассмотрении последующего подробного описания, включая сопроводительные чертежи и прилагаемую формулу изобретения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом в волноводном элементе; фиг. 2 - схема, на которой показана дифракционная решетка с нелинейно изменяющимся периодом; фиг. 3 А - график, показывающий сдвиг отраженного спектра оптоволоконной дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом из-за растяжения оптического волокна; фиг. 3 В - график, показывающий относительную временную задержку отраженных сигналов на двух разных длинах волн из-за растяжения оптического волокна; фиг. 4 - схема одного варианта реализации системы по фиг. 2 с использованием пьезоэлектрического элемента; фиг. 5 - схематическая иллюстрация одного способа формирования дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом в фоточувствительном оптическом волокне; фиг. 6 А - график, показывающий результаты измерений сдвига длины волны в отраженных сигналах из-за растяжения оптического волокна в системе по фиг. 4; фиг. 6 В - график, показывающий измеренный сдвиг отраженного спектра в системе по фиг. 4; 6 фиг. 6 С - график, показывающий нелинейные временные задержки отраженных сигналов в зависимости от длины волны, измеренные в оптоволоконной дифракционной решетке по фиг. 4; фиг. 6D - схема модулированной оптоволоконной дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом; фиг. 6 Е - график, показывающий модулированный сигнал напряжения, который используется на фиг. 6D; фиг. 6F - график, показывающий отраженные выходные сигналы в функции времени при различных частотах модуляции,фиг. 7 - схема, показывающая дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом на основе электрооптических эффектов; фиг. 8 - схема, показывающая фоточувствительную дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом; фиг. 9 - схема, показывающая дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом, имеющую элемент акустической настройки; фиг. 10 А и 10 В - блок-схемы двух динамически регулируемых систем компенсации дисперсии; фиг. 10 С, 10D, и 10 Е - схемы, показывающие три примера реализации анализатора дисперсии по фиг. 10 А и 10 В; фиг. 11 А - блок-схема оптоволоконной системы связи на основе конфигурации по фиг. 10 В, где используется оптоволоконная дифракционная решетка с нелинейно изменяющимся периодом; фиг. 11 В, 11 С и 11D - графики, показывающие результаты измерений для системы на фиг. 11 А; фиг. 12 - схема, иллюстрирующая полупроводниковый лазер, имеющий волноводную дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом для ослабления наведенной паразитной частотной модуляции в выходном сигнале лазера; фиг. 13 - схема, иллюстрирующая систему формирования импульсов на основе дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом. Подробное описание изобретения На фиг. 1 показана дифракционная решетка 100 с нелинейно изменяющимся периодом согласно изобретению. Дифракционная решетка 100 формируется из оптического волноводного элемента 104, к примеру, оптического волокна или волновода. Период дифракционной решетки(х) и эффективный показатель преломления дифракционной решетки n(х), по меньшей мере,частично зависят от положения х вдоль волноводного элемента 104. Входной оптический сигнал 102 поступает на дифракционную решетку 104 с почти нормальным углом падения с 7 тем, чтобы получить отраженный сигнал 112 и передаваемый сигнал 110. Спектральная составляющая с длиной волныво входном оптическом сигнале 102 отражается обратно в положении х, когда длина волны , период дифракционной решетки (х) и эффективный показатель преломления n(х) удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга 2 n(х) (х) =Следовательно, длинаотраженной волны изменяется в зависимости от положения х в соответствии с параметром дифракционной решетки n(х)(х). Разные спектральные составляющие с разной длиной волны отражаются в разных местах и имеют разные фазовые задержки. Например, когда параметр дифракционной решетки n(х)(х) увеличивается вместе с х,спектральные составляющие с короткими длинами волн, удовлетворяющие условию фазового согласования, отражаются назад в местах, находящихся ближе, чем места отражения составляющих с большой длиной волны. Спектральная составляющая во входном сигнале 102, которая не удовлетворяет вышеуказанному условию фазового согласования Брэгга, передается через элемент 104 волновода, в виде сигнала 110. Параметр дифракционной решетки n(х)(х) определяет спектральный диапазон сигнала,отраженного от дифракционной решетки 100. Это дает основу для компенсации дисперсии и формирования импульсов. Дифракционная решетка 100 обычно конфигурируется таким образом, чтобы иметь нелинейно изменяющийся параметр дифракционной решетки n(х)(х), то есть n(х)(х) изменяется в функции положения х нелинейно. Это может быть достигнуто путем нелинейного изменения n(х), (х) или их комбинации. Дифракционную решетку 100 можно регулировать для изменения отраженного спектра и относительных задержек для разных отраженных спектральных составляющих. Предусмотрен блок управления 120 дифракционной решеткой для управления параметром дифракционной решетки n(х)(х) путем изменения, по меньшей мере, одного из переменных n(х) или(х) решетки 100. Это обеспечивает динамически настраиваемый спектральный диапазон отражения и относительные задержки разных составляющих отраженного спектра. На фиг. 2 показан один вариант 200 реализации дифракционной решетки 100 с нелинейно изменяющимся периодом. Оптоволоконная дифракционная решетка 204 имеет постоянный эффективный показатель преломления n(x) = n и нелинейно изменяющийся период дифракционной решетки (х). Таким образом, согласованная по фазе длина волны изменяется в зависимости от положения х только в соответствии с(х). С оптоволоконной дифракционной решет 002346 8 кой 204 сопряжено устройство 220 растяжения волокна для изменения общей длины дифракционной решетки 204. Это обеспечивает управление отраженным спектром и относительные задержки для разных спектральных составляющих. При растяжении оптоволоконной дифракционной решетки 204 увеличивается каждый шаг дифракционной решетки. Соответственно увеличивается согласованная по фазе длина волны в каждом месте дифракционной решетки. Следовательно, отраженный спектр сдвигается в сторону более длинных волн. Этот эффект показан на фиг. 3 А, где каждая из кривых 302 и 304 представляет соответственно профили отраженного спектра до и после растяжения оптического волокна. Поскольку период дифракционной решетки (х) изменяется нелинейно, задержка отраженных спектральных составляющих также нелинейно зависит от положения х. В дополнение,изменение общей длины оптического волокна вызывает разные изменения (х) в разных местах вдоль оптоволоконной дифракционной решетки 204. Это создает разные относительные задержки для разных длин волн, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга. Этот эффект может быть использован для получения настраиваемых профилей компенсации дисперсии. На фиг. 3 В представлены относительные временные задержки для двух длин волн до и после растяжения оптического волокна. Кривая 306 представляет временную задержку как функцию длины волны до растяжения оптического волокна. Две разные длины волны 1 и 2 имеют относительную временную задержку t. После растяжения оптоволоконной дифракционной решетки временные задержки для обеих длин волн возрастают (кривая 308), и относительная временная задержка t' в общем случае отличается от t. В приведенном примере относительная временная задержка t' возрастает. Обратимся к фиг. 2, где в качестве устройства растяжения 220 может быть использовано любое устройство, способное растягивать дифракционную решетку 204. Например, для обеспечения регулирования длины дифракционной решетки 204 в соответствии с внешним электрическим напряжением или магнитным полем можно использовать пьезоэлектрический элемент, либо магнитострикционный элемент. Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи хорошо известны и здесь не описываются. Способ использования магнитострикционного стержня для растяжения оптического волокна в неоднородном магнитном поле раскрыт в работе Cruz и др. "Fibre Bragg gratings tuned 9 включена сюда как ссылка. Этот способ может быть использован в варианте 200 на фиг. 2 для регулирования длины дифракционной решетки. В частности, поскольку оптоволоконная дифракционная решетка 204 является решеткой с нелинейно изменяющимся периодом, для равномерного растяжения оптоволоконной решетки 204 в целях настройки характеристики дисперсии можно использовать однородное магнитное поле, а не градиентное магнитное поле. На фиг. 4 показана реализация варианта 200 путем использования пьезоэлектрического элемента. Два конца пъезоэлемента 410 закреплены соответственно с двух сторон оптоволоконной дифракционной решетки 406 с нелинейно изменяющимся периодом, например с помощью клея, такого как эпоксидная смола. Источник напряжения 412 подает на пьезоэлемент 410 управляющее напряжение для изменения длины пьезоэлемента, который, в свою очередь, деформирует оптоволоконную дифракционную решетку 204. Для подачи входного оптического сигнала 402 в оптоволоконную дифракционную решетку 406 и направления отраженного сигнала 408 используется оптический циркулятор 404. На другом конце оптоволоконной дифракционной решетки 406 для отражения сигнала оптической обратной связи может быть размещен оптический вентиль. Оптоволоконная дифракционная решетка 204 с нелинейно изменяющимся периодом может быть выполнена по технологии, использующей излучение, близкое к ультрафиолетовому; при этом используется интерференционная картина, создаваемая фазовой маской с помощью светового луча, имеющего длину волны 300 нм. Поглощение света в сердечнике оптического волокна на длине волны 300 нм весьма мало, что позволяет избежать повреждения границы раздела между сердечником и оболочкой в оптическом волокне. Фоточувствительное оптическое волокно (например, волокно, производимое QPS Technology) сначала обрабатывается в камере высокого давления, содержащей молекулярный водород, под давлением порядка 250 атмосфер и температуре 60 С в течение примерно 2 дней, чтобы довести оцениваемую концентрацию водорода в сердечнике до примерно 2,5 моль.%. На фиг. 5 показано формирование дифракционной решетки 204 с нелинейно изменяющимся периодом в фоточувствительном оптическом волокне 500, насыщенным водородом. Луч света 502 от ультрафиолетового аргонового лазера, излучающего в группе спектральных линий в окрестности волны длиной 300 нм, фокусируется через фазовую маску 504 50 миллиметровой длины с линейно изменяющейся фазой на сердечнике оптического волокна с силой света порядка 200 Вт/см 2. Два дифракционных луча 502 а и 502b первого порядка интерферируют друг с другом, образуя интерферен 002346 10 ционную картину в непосредственной близости от фазовой маски 504, где расположен сердечник оптического волокна. Каждое 1- миллиметровое пятно на оптическом волокне 500 экспонируется в течение временных интервалов в диапазоне от 5 до 100 с. После каждого экспонирования оптическое волокно 500 и маска 504 параллельно переносятся на 1 мм относительно ультрафиолетового луча 502, и процесс повторяется. Переменное время экспонирования порождает нелинейное изменение, как показано на вставке к фиг. 5. На фиг. 6 А показан измеренный сдвиг длины волны в отраженном сигнале 408 как функция управляющего напряжения, приложенная к пьезоэлементу 410. На фиг. 6 В показаны спектральные сдвиги отраженного сигнала, вызванные растяжением оптического волокна для напряжений 500 В и 1000 В соответственно,которые прикладываются к пьезоэлементу 410. Когда к пьезоэлементу 410 прикладывается управляющее напряжение порядка 1000 В, полоса отраженного сигнала сдвигается примерно на 1,5 нм, причем длина волны сдвигается линейно относительно напряжения. Ширина полосы частот составляет порядка 1 нм, а отражательная способность изменяется от 85 до 100%,то есть, примерно на 0,7 дБ. Дисперсия изменяется нелинейно и плавно от 300 пс/нм до 1000 пс/нм. При увеличении подаваемых напряжений кривые временных задержек сдвигаются в сторону более длинных волн, не теряя плавности. Следовательно, для данной длины волны канала передачи в канале будет разная компенсация дисперсии в соответствии с разным растяжением оптоволоконной дифракционной решетки с нелинейно изменяющимся периодом. На фиг. 6C показаны измеренные нелинейные временные задержки отраженных сигналов как функции длины волны, когда оптоволоконная дифракционная решетка растягивается по-разному под воздействием разных управляющих напряжений. Длина пьезоэлектрического элемента 410 может модулироваться для обеспечения переключения дисперсии. На фиг. 6D показана система, где для получения сигнала с модулированной дисперсией используется оптоволоконная дифракционная решетка 400. Генератор 610 сигнала модуляции модулирует управляющий сигнал 412 пьезоэлемента, так что модулируется длина оптоволоконной дифракционной решетки 406. Для фильтрации отраженного выходного сигнала, поступающего от оптоволоконной дифракционной решетки 406, используется полосовой интерференционный фильтр 620 с шириной полосы пропускания 0,3 нм. Фотодетектср 630 получает сигнал, передаваемый от фильтра 620. Для наблюдения за временными характеристиками сигнала от фотодетектора 630 используется осциллограф 640. 11 На фиг. 6 Е показано модулированное управляющее напряжение, подаваемое на пьезоэлемент 410. Результаты измерений при частотах модуляции 10, 50, 100 и 250 Гц показаны на фиг. 6F. Пьезоэлектрический элемент 410 может модулироваться с частотой до примерно 100 Гц с использованием напряжения 0 - 500 В. Верхний предел частотной характеристики ограничивается характеристиками пьезоэлектрического преобразователя (ПЗП). При такой динамической характеристике в коммутируемых оптических сетях может быть достигнута компенсация дисперсии менее 10 мс. Дифракционная решетка 100 с нелинейно изменяющимся периодом на фиг. 1 также может быть реализована путем использования волноводного элемента с показателем преломления,зависящим от внешнего электрического поля. Примером такого элемента является диэлектрический волновод или оптическое волокно, обладающее электрооптическими эффектами. В качестве электрооптического материала обычно используется LiNbO3. На фиг. 7 показана решетка 700 с нелинейно изменяющимся периодом в таком волноводном элементе 704. Эффективный показатель преломления n(х) волноводного элемента 704 меняется в зависимости от электрического поля. Вдоль волноводного элемента 704 расположена последовательность пар электродов 712, 714 для формирования регулируемых локальных полей. Модуль 710 управления электрическим полем регулирует изменение поля в пространстве для получения требуемого нелинейно изменяющегося n(х) и регулирования дисперсии. На фиг. 8 показан другой вариант 800, в котором для регулирования пространственного изменения показателя преломления п(х) волноводного элемента 804 используется электромагнитное излучение. Волноводный элемент 804 реагирует на излучаемое поле 802 и имеет показатель n(х), зависимый от этого поля. Для реализации настоящего изобретения, например,могут быть использованы такие фоточувствительные материалы, как фотопреломляющие кристаллы и полимеры. Нелинейное изменение показателя n(х) формируется путем приложения электромагнитного поля 820 с нелинейным распределением напряженности вдоль дифракционной решетки. Генератор излучения 810 конфигурируется так, чтобы регулировать изменение напряженности I(х) поля 820. В оптическом частотном диапазоне в качестве генератора излучения 810 может быть использован лазер. Далее рассматривается возможность использования акустической волны для модуляции характеристики любой из вышеуказанных дифракционных решеток с нелинейно изменяющимся периодом для настройки выходной частоты. На фиг. 9 показана дифракционная решетка 900 с нелинейно изменяющимся периодом, имеющая указанный механизм акустиче 002346 12 ской настройки. Генератор 910 акустических волн создает регулируемую акустическую волну 912. Ответвитель 914 акустической волны, к примеру, акустический фокусирующий рупор,направляет акустическую волну на решетку 104. В процессе функционирования акустическая волна взаимодействует с решеткой и создает два дополнительных узкополосных пика с каждой стороны основной полосы частот, создаваемых при выполнении условия резонанса Брэгга. Частотные составляющие в любой боковой полосе имеют такие же относительные задержки, что и в основной полосе, но они сдвинуты по частоте относительно основной полосы на определенную величину. Этот частотный сдвиг зависит от частоты акустической волны. Следовательно, частота боковой полосы может регулироваться посредством изменения частоты акустической волны. Указанный способ раскрыт в работе Liu и др. "Improved Efficiency NarrowBand Acoustooptic Tunable Reflector using FibreGratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Fibers and Waveguides; Applications and Fundamentals", October 26-28, 1997, Williamsburg, VA.,которая включена сюда в качестве ссылки. Оптоволоконные решетки с нелинейно изменяющимся периодом согласно изобретению можно настраивать согласно двум аспектам. Вопервых, при необходимости, может быть сдвинут профиль распределения частот отраженного и передаваемого сигналов. Во-вторых, можно регулировать контролируемым образом относительные задержки различных частотных составляющих во входном импульсе. Первый аспект настройки полезен в мультиволновых оптических системах, к примеру, системах оптоволоконной связи со спектральным уплотнением. Второй аспект настройки можно использовать для динамической компенсации дисперсии во многих оптических системах с рассеянием, особенно в системах оптоволоконной связи. На фиг. 10 А показана оптоволоконная система 1000, в которой имеется настраиваемый элемент 1020, компенсирующий дисперсию согласно изобретению. Настраиваемый элемент 1020,компенсирующий дисперсию, может представлять собой дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом. Оптоволоконная система 1010 с рассеиванием формирует оптический сигнал 1020 от компенсирующего элемента с настраиваемой дисперсией. Анализатор дисперсии 1030 измеряет в сигнале 1012 величину и знак накопленной дисперсии. Настраиваемый элемент 1020, компенсирующий дисперсию, использует эту информацию для регулировки компенсации дисперсии таким образом,чтобы скомпенсировать дисперсию в сигнале 1012. Когда дисперсия в оптоволоконной системе 1010 с рассеянием изменяется, настраиваемый элемент 1020, компенсирующий диспер 13 сию, осуществляет регулировку в соответствии с изменением дисперсии, поддерживая требуемую компенсацию дисперсии в выходном сигнале 1030. На фиг. 10 В представлена блок-схема системы 1001 оптоволоконной связи, в которой для реализации системы 1000 на фиг. 10 А используется оптоволоконная дифракционная решетка 1020 а с нелинейно изменяющимся периодом. Блок управления 1040 дифракционной решеткой регулирует параметр решетки n(х)(х) в соответствии с командой управления от анализатора дисперсии 1030, поддерживая правильную компенсацию выходного сигнала 1030. Блок управления 1040 решеткой может быть реализован на основе любого из способов, показанных на фиг. 2, 7 и 8, либо комбинации этих способов. Анализатор дисперсии 1030 может быть реализован в нескольких вариантах. На фиг. 10 С показан детектор дисперсии, реализующий преобразование фазомодулированного сигнала в амплитудно-модулированный сигнал. Фазовый модулятор 1051 расположен в тракте распространения сигнала для модуляции фазы сигнала перед его передачей через рассеивающее оптическое волокно 1050. Схема 1060 детектирования огибающей измеряет в принимаемом сигнале преобразованный с помощью фотодетектора 1070 амплитудно-модулированный сигнал, чья амплитуда соответствует накопленной относительной дисперсии. В частности, знак дисперсии может быть определен путем учета совокупной дисперсии дисперсии групповой скорости в оптическом волокне и фазовой автомодуляции, вызываемой нелинейностью оптического волокна. Смотри Tomizawa и др. "Nonlinear influence on PM-AM conversion measurement ofgrope velocity dispersion in optical fiber", Electronics Letters, Vol. 30(17), pp. 1434-1435 (1994). Затем амплитуда преобразованного амплитудно-модулированного сигнала используется для определения накопленной дисперсии и формирования управляющего сигнала, подаваемого на настраиваемый элемент, компенсирующий дисперсию. На фиг. 10D показан другой вариант реализации анализатора 1030 дисперсии. В тракте распространения сигнала расположен электрооптический модулятор 1052 для модулирования амплитуды сигнала перед его передачей через рассеивающее оптическое волокно 1050. Относительное значение дисперсии может быть определено путем контроля амплитуды тактовой составляющей, выделяемой из сигнала после обнаружения волны в виде миандра. Это выполняется с помощью блока 1061 контроля тактовой составляющей. Поскольку дисперсия приводит к расширению импульсов сигнала и уменьшает амплитуду сигнала, величина тактовой составляющей также уменьшается в соответствии с указанным расширением. Следовательно, путем регулировки компенсатора дис 002346 14 персии, обеспечивающей достижение максимальной амплитуды тактовой составляющей,накопленная дисперсия может быть уменьшена либо устранена. Анализатор 1030 дисперсии, кроме того,может быть реализован путем непосредственного измерения частоты ошибок по битам для сигнала, проходящего через рассеивающее оптическое волокно. Это показано на фиг. 10 Е. Поскольку дисперсия может привести к уширению импульсов данных, частота ошибок по битам(ЧОБ) уменьшается. Устройство 1062 проверки частоты ошибок по битам измеряет частоту ошибок по битам и выделяет информацию о накопленной дисперсии. При наличии сигнала обратной связи, поступающего на настраиваемый компенсатор дисперсии, можно регулировать компенсацию дисперсии, чтобы уменьшить или минимизировать частоту ошибок по битам. На фиг. 11 А кроме того показан конкретный вариант реализации динамической оптоволоконной системы 1001 на фиг. 10 В. Электрооптический модулятор накладывает данные на лазерный луч с частотой 10 гигабит/с. В дополнение фазовый модулятор модулирует фазу оптического сигнала до передачи. Настраиваемый компенсатор 1120 дисперсии строится на основе оптоволоконной дифракционной решетки 400 с нелинейно изменяющимся периодом, согласно фиг. 4. Тракт сигнала, проходящий через оптоволоконные контуры 1110a, 1110b и акустооптический (АО) переключатель 1116b, приводит к большему рассеянию, чем тракт сигнала, проходящий чрез акустооптический переключатель 1116 а. Для поддержания уровня сигнала выше заданного используются оптоволоконные усилители 1108 а-с добавкой эрбия (ОУЭ). Анализатор 1122 дисперсии обнаруживает дисперсию в сигнале 1119 путем выделения небольшой части сигнала 1119 (например, 10%). Основная часть сигнала 1119 подается в оптоволоконную дифракционную решетку 400, которая выдает выходной сигнал 1120 с с скомпенсированной дисперсией. В анализаторе 1122 дисперсии для измерения дисперсии используется преобразователь фазомодулированных сигналов в амплитудномодулированные (ФМ - AM). Из-за того, что дисперсии групповых скоростей разных спектральных составляющих в сигнале различны,фазовая модуляция преобразуется в амплитудную модуляцию после того, как сигнал прошел некоторое расстояние по оптоволоконному тракту. Накопленная дисперсия измеряется анализатором 1122 дисперсии. Анализатор 1122 дисперсии кроме того формирует соответствующий управляющий сигнал, подаваемый на настраиваемую оптоволоконную дифракционную решетку 400. Для измерения частоты ошибок по битам с целью оценки рабочих характеристик модуля 1120 для компенсации дисперсии используется 15 тест 1130 частоты ошибок по битам (ТЧОБ). Выходной сигнал 1120 с из модуля 1120 усиливается и фильтруется полосовым фильтром 1126 с шириной полосы пропускания 0,3 нм. На фиг 11 В показаны результаты измерений частоты ошибок по битам в функции мощности сигнала, выраженной в дБм. На фиг. 11 С показано, как формируется управляющий сигнал для настройки ПЗП в соответствии с уровнями дисперсии входных сигналов. На фиг. 11D показаны глазковые диаграммы, полученные в результате измерений, которые демонстрируют значительное улучшение ЧОБ благодаря динамической компенсации дисперсии. Вышеописанные дифракционные решетки с нелинейно изменяющимся периодом также могут быть использованы и для других прикладных целей, таких как подавление паразитной частотной модуляции в лазерах с непосредственной модуляцией, a также формирование импульсов. На фиг. 12 показан полупроводниковый лазерный модуль 1200 в интегральном исполнении, имеющий волноводную дифракционную решетку 1230 с нелинейно изменяющимся периодом для ослабления паразитной частотной модуляции. Лазерный диод 1210 формируется на подложке 1202. Для модулирования тока возбуждения на лазерный диод 1210 подается сигнал модуляции 1212. Такая непосредственная модуляция вызывает появление паразитной частотной модуляции в выходном сигнале лазерного диода 1210. Для создания дисперсии, ослабляющей паразитную частотную модуляцию, на подложке 1202 формируется волноводная дифракционная решетка 1230 с нелинейно изменяющимся периодом. При изменении частоты сигнала 1212 модуляции также изменяется паразитная частотная модуляция в выходном сигнале лазера. Можно определить соотношение между частотой модуляции и паразитной частотной модуляцией в выходном сигнале лазера. На основе этого соотношения может быть сконфигурирована схема 1250 управления для формирования соответствующего сигнала 1252 управления дисперсией для регулировки дисперсии дифракционной решетки 1230. На фиг. 13, кроме того, показана блоксхема системы 1300 для формирования импульсов. Дифракционная решетка 1330 с нелинейно изменяющимся периодом может создавать переменную дисперсию во входном импульсе 1312 от лазера 1310, так чтобы выходной сигнал 1340 из дифракционной решетки 1330 имел импульсы требуемой формы. Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылками на несколько вариантов его осуществления, могут быть предложены различные модификации и улучшения, не выходящие за рамки объема и существа изобре 002346 16 тения, которые установлены в нижеследующей формуле изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Оптическое устройство, включающее волноводный элемент, имеющий оптическую ось,предназначенный для передачи оптической энергии и имеющий эффективный показатель преломления вдоль оптической оси; и область оптического возмущения, образованную в волноводном элементе и сконфигурированную с периодом вдоль оптической оси, при этом значение периода и эффективного показателя преломления является нелинейной функцией в зависимости от положения вдоль оптической оси для удовлетворения условию фазового согласования,так что отраженная оптическая волна от области оптического возмущения имеет длину волны, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный период изменяется нелинейно вдоль оптической оси. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент включает оптическое волокно. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент включает оптический волновод. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно включает преобразователь, сопряженный, по меньшей мере, с двумя элементами на волноводном элементе, причем преобразователь предназначен для изменения длины волны волноводного элемента. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразователь включает пьезоэлектрический элемент, предназначенный для изменения длины волноводного элемента в соответствии с управляющим напряжением. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразователь включает магнитострикционный элемент, предназначенный для изменения длины волноводного элемента в соответствии с управляющим магнитным полем. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное значение периода и эффективного показателя преломления изменяется в зависимости от температуры области оптического возмущения, при этом устройство дополнительно содержит блок управления, предназначенный для управления температурой области оптического возмущения. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эффективный показатель преломления указанного волноводного элемента изменяется вдоль оптической оси. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что волноводный элемент реагирует на управляющее электрическое поле, и эффективный показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения. 17 11. Устройство по п.10, отличающееся тем,что волноводный элемент выполнен из электрооптического материала. 12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что волноводный элемент реагирует на поле электромагнитного излучения, и эффективный показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем,что волноводный элемент включает фоточувствительный материал, а поле электромагнитного излучения имеет напряженность, изменяющуюся вдоль оптической оси волноводного элемента. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем,что указанный фоточувствительный материал является фотопреломляющим материалом. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно включает генератор акустических волн, размещенный у волноводного элемента и сконфигурированный для формирования акустической волны с настраиваемой частотой вдоль оптической оси волноводного элемента, в котором акустическая волна изменяет частотную характеристику области оптического возмущения. 16. Оптическое устройство, включающее оптоволоконную дифракционную решетку, сформированную в оптическом волокне, причем указанная оптоволоконная дифракционная решетка имеет период, который нелинейно изменяется вдоль оптического волокна для получения разных задержек для оптических волн с разной частотой, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке; и устройство растяжения, сопряженное с оптоволоконной дифракционной решеткой и сконфигурированное так, что длина оптоволоконной решетки изменяется для создания изменения относительных задержек оптических волн на разных частотах. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем,что дополнительно включает блок управления дифракционной решеткой, связанный с устройством растяжения, для регулирования длины оптоволоконной дифракционной решетки. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем,что устройство растяжения оптического волокна включает пьезоэлектрический элемент, предназначенный для изменения длины оптоволоконной дифракционной решетки на определенную величину в соответствии с управляющим напряжением, а блок управления дифракционной решеткой сконфигурирован для создания управляющего напряжения. 19. Устройство по п.17, отличающееся тем,что указанное устройство растяжения оптического волокна включает магнитострикционный элемент,предназначенный для изменения длины указанной оптоволоконной дифракционной решетки в соответствии с управляющим магнитным полем и блок управления дифракционной решеткой сконфигурирован для создания управляющего магнитного поля. 18 20. Устройство по п.16, отличающееся тем,что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется в зависимости от положения вдоль оптического волокна. 21. Устройство по п.17, отличающееся тем,что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется в зависимости от управляющего электрического поля, создаваемого блоком управления дифракционной решеткой. 22. Устройство по п.21, отличающееся тем,что оптоволоконная дифракционная решетка выполнена из электрооптического материала. 23. Устройство по п.21, отличающееся тем,что управляющее электрическое поле изменяется в зависимости от положения вдоль оптического волокна. 24. Устройство по п.17, отличающееся тем,что указанная оптоволоконная дифракционная решетка сконфигурирована так, что показатель преломления изменяется вместе с полем электромагнитного излучения, создаваемого блоком управления дифракционной решеткой. 25. Устройство по п.24, отличающееся тем,что оптоволоконная дифракционная решетка включает фоточувствительный материал. 26. Устройство по п.25, отличающееся тем,что фоточувствительный материал является фотопреломляющим материалом. 27. Устройство по п.16, отличающееся тем,что дополнительно включает генератор акустических волн, размещенный у указанной оптоволоконной дифракционной решетки и сконфигурированной для создания акустической волны с настраиваемой частотой вдоль оптического волокна, в котором акустическая волна изменяет частотную характеристику оптоволоконной дифракционной решетки. 28. Оптическая система, предназначенная для компенсации дисперсии с динамической регулировкой, включающая анализатор дисперсии, предназначенный для приема части оптического сигнала и определения информации о дисперсии в оптическом сигнале; и элемент, компенсирующий дисперсию, который подсоединен для приема указанной информации от анализатора дисперсии и сконфигурированный для приема, по меньшей мере, части оптического сигнала и формирования отраженного сигнала с уменьшенной дисперсией в соответствии с управляющим сигналом от анализатора дисперсии,при этом элемент, компенсирующий дисперсию,включает волноводный элемент, имеющий оптическую ось, для передачи оптической энергии и эффективный показатель преломления, который является функцией положения вдоль указанной оптической оси; и дифракционную решетку, сформированную в волноводном элементе и сконфигурированную так, 19 что она имеет переменный период дифракционной решетки вдоль оптической оси; в которой значение указанного переменного периода дифракционной решетки и эффективного показателя преломления является нелинейной функцией от положения вдоль оптической оси для удовлетворения условию фазового согласования Брэгга, так что отраженная оптическая волна от дифракционной решетки имеет определенную длину, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси. 29. Система по п.28, отличающаяся тем, что указанный анализатор дисперсии включает преобразующий элемент, который преобразует фазомодулированный оптический сигнал в амплитудномодулированный сигнал. 30. Система по п.28, отличающаяся тем, что указанный анализатор дисперсии включает устройство, предназначенное для непосредственного измерения частоты ошибок по битам в оптическом сигнале для определения дисперсии, причем анализатор дисперсии создает управляющий сигнал для регулировки настраиваемой компенсации дисперсии, осуществляемой элементом, компенсирующим дисперсию, так что частота ошибок по битам уменьшается. 31. Система по п.28, отличающаяся тем, что анализатор дисперсии включает устройство тактового контроля, которое измеряет тактовую амплитуду оптического сигнала и создает управляющий сигнал таким образом, что элемент, компенсирующий дисперсию, регулирует компенсацию дисперсии, увеличивая тактовую амплитуду. 32. Система по п.28, отличающаяся тем, что оптический сигнал включает сигнал с уплотнением по длинам волн. 33. Оптическое устройство, включающее полупроводниковый лазер; источник электропитания, подсоединенный к полупроводниковому лазеру, для обеспечения модулированного тока возбуждения, который вызывает модулированный выходной сигнал указанного лазера; волноводную дифракционную решетку, размещенную для обеспечения приема указанного модулированного выходного сигнала и имеющую переменный период дифракционной решетки и эффективный показатель преломления, удовлетворяющие условию фазового согласования Брэгга,так что отраженный лазерный луч указанного лазерного выходного сигнала из волноводной дифракционной решетки имеет определенную длину волны, которая нелинейно зависит от положения вдоль волноводной дифракционной решетки; блок управления дифракционной решеткой,соединенный с источником питания и сконфигурированный для управления дисперсионными параметрами волноводной дифракционной решетки для уменьшения паразитной частотной модуляции в модулированном выходном сигнале лазера. 34. Устройство по п.33, отличающееся тем,что в нем лазер и волноводная дифракционная ре 002346 20 шетка сформированы на полупроводниковой подложке. 35. Способ функционирования оптоволоконной системы, включающий следующие этапы: осуществляют направление оптического сигнала, который передается через рассеивающий тракт сигнала в настраиваемую оптоволоконную дифракционную решетку с нелинейно изменяющимся периодом; определяют полярность и значение дисперсии в указанном оптическом сигнале; и осуществляют регулировку настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки с нелинейным чирпированием в соответствии с полярностью и значением дисперсией для уменьшения дисперсии в указанном оптическом сигнале. 36. Способ по п.35, отличающийся тем, что указанная оптоволоконная дифракционная решетка имеет период дифракционной решетки, который нелинейно изменяется вдоль оптического волокна для осуществления различных задержек для оптических волн разных частот, которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке, и в которой указанная регулировка включает регулировку, по меньшей мере, одной из физических длин или эффективный показатель преломления указанной оптоволоконной дифракционной решетки. 37. Способ по п.35, отличающийся тем, что оптоволоконная дифракционная решетка имеет показатель преломления, нелинейно изменяющийся вдоль оптического волокна, для получения различных задержек для оптических волн разных частот,которые удовлетворяют условию фазового согласования Брэгга в оптоволоконной дифракционной решетке. 38. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем ее растяжения. 39. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем настройки частоты акустической волны, которая подается в оптоволоконную дифракционную решетку и уменьшает частотные боковые полосы при отражении указанного оптического сигнала. 40. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения вдоль нее электрического поля. 41. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения напряженности поля электромагнитного излучения вдоль оптоволоконной дифракционной решетки. 42. Способ по п.35, отличающийся тем, что регулировка настраиваемой оптоволоконной дифракционной решетки осуществляется путем изменения вдоль нее магнитного поля. 21 43. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем непосредственного измерения частоты ошибок по битам в оптическом сигнале. 44. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем измерения амплитудной модуляции, преобразованной из фазовой модуляции в оптическом сигнале. 45. Способ по п.35, отличающийся тем, что определение дисперсии в оптическом сигнале осуществляется путем измерения тактовой амплитуды. 46. Оптическое устройство, содержащее отрезок волновода, имеющего оптическую ось для передачи оптической энергии; область оптического возмущения, сформированную в указанном волноводе и имеющую изменяющийся показатель преломления вдоль оптической оси, ограниченную дифракционной решеткой с нелинейной чирпированной модуляцией, имеющую изменяющийся период в зависимости от положения, которое изменяется нелинейно вдоль оптической оси и отражает оптическую волну определенной длины, которая нелинейно зависит от положения вдоль оптической оси; и блок управления волновода для управления параметром указанной области оптического возмущения для изменения относительных временных задержек различных спектральных компонентов отраженной длины волны. 47. Устройство по п.46, отличающееся тем,что указанный параметр включает физическую длину указанной области оптического возмущения. 48. Устройство по п.46, отличающееся тем,что указанный параметр включает показатель преломления указанной области оптического возмущения. 49. Устройство по п.46, отличающееся тем,что указанный параметр включает температуру указанной области оптического возмущения. 50. Устройство для передачи энергии, содержащее волноводный элемент, имеющий оптическую ось для передачи оптической энергии вдоль указанной оптической оси и пространственную дифракционную решетку, период которой периодически изменяется вдоль оптической оси, при этом указанный волноводный элемент сконфигурирован для приема входного оптического сигнала и для формирования выходного оптического сигнала с помощью отражения внутри брэгговской полосы отражения, сформированной указанной пространственной дифракционной решеткой, так что осуществляется формирование временных задержек различных отраженных спектральных компонентов как нелинейная функция пространственного положения вдоль указанной оптической оси, на которой различные отраженные спектральные компоненты являются соответственно отраженными; и блок управления, сопряженный с указанным волноводным элементом и с возможностью изменения параметра указанной пространственной дифракционной решетки вдоль оптической оси для регули 002346 22 ровки, по меньшей мере, относительных временных задержек указанных различных отраженных спектральных компонентов нелинейно относительно длины волны. 51. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления сконфигурирован для управления длиной указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси. 52. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления включает пьезоэлектрический элемент. 53. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления включает магнитно-стрикционный элемент, функционирующий в ответ на управляемое магнитное поле. 54. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления сконфигурирован для формирования управляемого магнитного поля,которое изменяется вдоль оптической оси и указанный волноводный элемент сконфигурирован так,что имеет показатель преломления, который изменяется в ответ на изменение управляемого электрического поля таким образом, что осуществляется регулировка относительных временных задержек. 55. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления сконфигурирован для формирования управляемого поля электромагнитного излучения, которое изменяется вдоль указанной оптической оси и указанный волноводный элемент сконфигурирован так, что имеет показатель преломления, который изменяется в ответ на указанное поле электромагнитного излучения таким образом, что осуществляется регулировка относительных временных задержек. 56. Устройство по п.50, отличающееся тем,что блок управления включает генератор акустической волны, сконфигурированный и подсоединенный так, что осуществляет формирование акустической волны с регулируемой частотой вдоль указанной оптической оси указанного волноводного элемента так, что акустическая волна изменяет частоту в ответ на волноводный элемент. 57. Устройство по п.50, отличающееся тем,что блок управления сконфигурирован для управления, как длины, так и показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической волны. 58. Устройство по п.50, отличающееся тем,что блок управления сконфигурирован для управления показателем преломления указанного волноводного элемента вдоль оптической оси. 59. Устройство по п.50, отличающееся тем,что дополнительно содержит устройство контроля дисперсии, сконфигурированное и подсоединенное так, что осуществляет контроль информации об оптической дисперсии в указанном выходном сигнале и информирует указанный блок управления; при этом указанный блок управления осуществляет регулировку указанного параметра пространственной дифракционной решетки в ответ на указанную информацию. 23 60. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный волноводный элемент включает оптическое волокно, имеющее сердцевину волокна и оболочку, окружающую сердцевину волокна. 61. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный блок управления сконфигурирован для управления температурой указанного волноводного элемента. 62. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанный волноводный элемент включает оптический волновод, сформированный на подложке. 63. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанная пространственная дифракционная решетка имеет период решетки, который является нелинейно чирпированным вдоль оптической оси. 64. Устройство по п.50, отличающееся тем,что указанная пространственная дифракционная решетка включает пространственную чирпированную модуляцию относительно показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль оптической оси. 65. Способ для передачи энергии, содержащий следующие этапы: обеспечение волноводного элемента, имеющего оптическую ось для передачи оптической энергии вдоль указанной оптической оси и пространственную дифракционную решетку, которая периодически изменяется вдоль оптической оси так, что указанный волноводный элемент формирует выходной оптический сигнал с помощью отражения внутри брэгговской полосы отражения,сформированной указанной пространственной дифракционной решеткой с временными задержками различных отраженных спектральных компонентов как нелинейная функция пространственного положения вдоль указанной оптической оси, на которой различные отраженные спектральные компоненты являются соответственно отраженными; обеспечение входного оптического сигнала для направления в волноводный элемент для формирования выходного оптического сигнала; и обеспечение изменения параметра волноводного элемента для изменения параметра указанной пространственной дифракционной решетки вдоль указанной оптической оси так, что осуществляется регулирование, по меньшей мере, относительных временных задержек указанных различных отра 002346 24 женных спектральных компонентов нелинейно относительно длины волны. 66. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивает изменение значения параметра пространственной дифракционной решетки для осуществления управления дисперсией в указанном выходном оптическом сигнале. 67. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап обеспечения изменения параметра указанной пространственной дифракционной решеткой так, что дисперсия в указанном оптическом сигнале, которая уменьшается в дифракционной решетке, компенсирует первоначальную дисперсию в указанном входном оптическом сигнале. 68. Способ по п.65, отличающийся тем, что указанный параметр включает длину волноводного элемента вдоль указанной оптической оси. 69. Способ по п.65, отличающийся тем, что как длина, так и показатель преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси являются управляемыми для достижения указанной нелинейной регулировки. 70. Способ по п.65, отличающийся тем, что осуществляют изменение показателя преломления указанного волноводного элемента вдоль указанной оптической оси для достижения указанной нелинейной регулировки. 71. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап обеспечения регулировки указанного параметра указанной пространственной дифракционной решетки в ответ на информацию об оптической дисперсии в указанном выходном оптическом сигнале. 72. Способ по п.65, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап использования информации для динамической регулировки дисперсии, которая уменьшается в дифракционной решетке, сформированной с помощью волноводного элемента в ответ на изменения дисперсии в зависимости от времени в указанном входном оптическом сигнале. 73. Способ по п.65, отличающийся тем, что этап изменения параметра указанного волноводного элемента включает этап управления температурой указанного волноводного элемента для достижения указанной нелинейной регулировки.

МПК / Метки

МПК: G02F 1/01, G02B 6/34, H01S 3/30

Метки: нелинейной, настройки, брэгговской, использованием, решетки, волоконной, дисперсии, оптической, осуществление

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/15-2346-osushhestvlenie-nelinejjnojj-nastrojjki-opticheskojj-dispersii-s-ispolzovaniem-breggovskojj-volokonnojj-reshetki.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Осуществление нелинейной настройки оптической дисперсии с использованием брэгговской волоконной решетки</a>

Похожие патенты