專(zhuān)利名稱(chēng)：寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器。屬于濾波器技術(shù)。
技術(shù)背景光纖濾波器具有體積小，集成度高，高信噪比，分辨率高，插損低，易于和現(xiàn)有光通 訊器件很好連接的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，非線(xiàn)性光學(xué)等學(xué)科。目前使用的光纖濾波器可分為基于光纖光柵，Mach-Zehnder干涉儀，集成陣列波導(dǎo)光柵?；诠饫w光柵 濾波器需掩膜，溫度控制等附加技術(shù)的支持使得成本增加，技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，對(duì)偏振敏感， 而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧的技術(shù)?；贛ach-Zehnder干涉原理的濾波器，難于精確控 制波長(zhǎng)，而且?guī)敳坎黄教埂；诩申嚵胁▽?dǎo)光柵的濾波器，帶寬較窄，制作工藝復(fù) 雜。因此制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，寬帶可調(diào)諧，成本低的帶通濾波器具有突出的技術(shù)進(jìn)步和 商業(yè)前景。全固帶隙光纖和布拉格光纖以其特有的帶隙特性，適于制作成穩(wěn)定，簡(jiǎn)單，易 于精確控制，可寬帶調(diào)諧的光纖帶通濾波器。全固帶隙光纖是一種帶隙光纖。該種光纖在 紅外和可見(jiàn)光波段內(nèi)有數(shù)個(gè)低損傳輸耗窗口。當(dāng)光纖彎曲時(shí)，傳輸窗口的不同位置所受彎 曲損耗影響不一樣，窗口長(zhǎng)波長(zhǎng)處受到的影響較小，而短波長(zhǎng)處受到的影響較大。這樣利 用不同的彎曲半徑，調(diào)諧低損耗窗口的短波長(zhǎng)邊界。布拉格光纖是一維結(jié)構(gòu)的帶隙光纖。 類(lèi)似于全固帶隙光纖，該種結(jié)構(gòu)的低損耗傳輸窗口受光纖的彎曲損耗影響。當(dāng)光纖彎曲時(shí)， 在傳輸窗口的截止邊界向內(nèi)移動(dòng)，隨著彎曲半徑的減小，傳輸窗口的帶寬也將不斷減小。 有關(guān)涉及到本發(fā)明技術(shù)的文獻(xiàn)和報(bào)道如下[1] F. Uian, A. K. George, T. D. Hedley, G.丄Pearce, D. M. Bird,丄C. Knight, P. and St.丄Russell, "All-solid photonic band gap fiber," Opt. Lett. 29, 2369-2371 (2004). [2] A. Argyros, T. A.已irks, S. G. Leon-Saval, C. M. B. Cordeiro, F, Luan, and P. St.丄Russell,"Photonic bandgap with an index step of one percent," Opt. Express 13, 309-314 (2005). [3] T. A. Birks, F. Luan, G.丄Pearce, A. Wang,丄C. Knight, and D. M. Bird, "Bend loss inall-solid bandgap fibres," Opt. Express 14, 5688-5698 (2006). [4] P. Yeh, A. Yariv, and E. Marom, "Theory of Bragg fiber,"丄Opt. Soc. Am, 68(9), 1196-12010978).[5] C. Martijn de Sterke, I. M. Bassett, and Arthur G. Street, "Differential losses in Bragg fibers/'丄Appl. Phys 76(2), 680-688 (1994). [6] M. lbanescu, Y. Fink, S. Fan, E. L. Thomas, and丄D. Joannopoulos "An All-Dielec忭ic Coaxial Waveguide," Science 289, 415-419(2000).發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器。該濾波器結(jié)果簡(jiǎn)單，使用過(guò)程 中不受溫度影響，對(duì)偏振不敏感。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的， 一種寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器，該濾波器包 括輸入和輸出耦合單模光纖1和4，其特征在于，在輸入和輸出的單模光纖1和4之間， 串接一個(gè)無(wú)彎曲的全固帶隙光纖2和一個(gè)彎曲成直徑為2cm至5cm圓的布拉格光纖3， 或串接一個(gè)彎曲成直徑為12cm至40cm圓的全固帶隙光纖5和一個(gè)無(wú)彎曲的布拉格光 纖6，或串接一個(gè)彎曲成直徑為12cm至40cm圓的全固帶隙光纖5和一個(gè)彎曲成直徑 為2cm至5cm圓的布拉格光纖3。所述的全固帶隙光纖中低折射率材料為石英(Si〇2)， 折射率為1.4585，高折射率材料為摻鍺(Ge)的石英，折射率為1.4876，高折射率材料 圓柱以三角形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)分布在低折射率材料中，格點(diǎn)之間的間距為8pm，高折射率材料 棒的直徑和格點(diǎn)間距之間的比值是0.44，纖芯為12um;布拉格光纖由纖芯和包層構(gòu)成， 纖芯為實(shí)心圓，直徑為0.85pm，折射率為1.4530，其外面是包層，包層依次由折射率為 1.463212和折射率為1.4395相間排列的12層同心圓材料構(gòu)成。包層中的高折射率同心 圓環(huán)厚度為0.8|jm，低折射率同心圓環(huán)厚度為0.67口m。與以往報(bào)道的光纖濾波器相比，本發(fā)明的有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明都是光纖熔接相連，沒(méi) 有其它元件和特殊加工工藝，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于制作。該濾波器通過(guò)調(diào)節(jié)全固 帶隙光纖和布拉格光纖的彎曲直徑，控制濾波器傳輸窗口的短波長(zhǎng)邊界和長(zhǎng)波長(zhǎng)邊界，調(diào) 節(jié)簡(jiǎn)單方便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確控制。由于本發(fā)明使用的都是對(duì)偏振不敏感光纖，所以該濾波 器對(duì)偏振不敏感。以往報(bào)道的光纖濾波器傳輸窗口相對(duì)較窄，傳輸窗口大小的調(diào)節(jié)范圍較 小。本濾波器的傳輸窗口調(diào)節(jié)范圍可以從250nm到50nm，不但寬度可以調(diào)諧，而且傳 輸窗口的中心波長(zhǎng)也可以調(diào)諧，調(diào)諧范圍從1000nm到1140nm。本濾波器的輸入和輸 出端口可以互換，都可以得到相同的傳輸窗口。


圖1:由無(wú)彎曲的全固帶隙光纖和彎曲成圓的布拉格光纖構(gòu)成本發(fā)明寬帶可調(diào)諧帶通 濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2:由彎曲成圓的全固帶隙光纖和無(wú)彎曲的布拉格光纖構(gòu)成本發(fā)明寬帶可調(diào)諧帶通 濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3:由彎曲成圓的全固帶隙光纖和彎曲成圓的布拉格光纖構(gòu)成本發(fā)明寬帶可調(diào)諧帶 通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為單模光纖，2為無(wú)彎曲的全固帶隙光纖，3為彎曲成圓的布拉格光纖，4 為單模光纖，5為彎曲成圓的全固帶隙光纖，6為無(wú)彎曲的布拉格光纖。圖4:全固帶隙光纖的端面掃描電鏡顯微圖。 圖5:布拉格光纖的端面掃描電鏡顯微圖。 圖6:白光光源光譜。圖7:本發(fā)明如圖3所示結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸窗口寬度調(diào)諧變化曲線(xiàn)。圖8:本發(fā)明如圖3所示結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸窗口中心波長(zhǎng)調(diào)諧變化曲線(xiàn)和本發(fā)明如圖3所 示結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸窗口中心波長(zhǎng)調(diào)諧變化曲線(xiàn)。其中a為本發(fā)明如圖1所示結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸窗 口中心波長(zhǎng)調(diào)諧變化曲線(xiàn)，b、 c、 d為本發(fā)明如圖3所示結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸窗口中心波長(zhǎng)調(diào) 諧變化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明寬帶可調(diào)諧帶通濾波器的具體實(shí)施方案首先將單模光纖1和全固帶隙光纖，利用標(biāo)準(zhǔn)的光纖熔接機(jī)熔接，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖熔接方法熔接。單模光纖1纖芯直徑為9pm， 包層直徑125pm。長(zhǎng)度為1.5m。全固帶隙光纖低折射率材料為石英(Si〇2)，折射率為 1.4585，高折射率材料為摻鍺(Ge)的石英，折射率為1.4876，高折射率材料圓柱以三 角形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)分布在低折射率材料中，格點(diǎn)之間的間距為8口m，高折射率材料棒的直徑 和格點(diǎn)間距之間的比值是0.44，纖芯為12pm，端面結(jié)構(gòu)如圖4，長(zhǎng)度為1.6m。然后將 全固帶隙光纖和布拉格光纖，利用標(biāo)準(zhǔn)的光纖熔接機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖熔接方法熔接。 布拉格光纖由纖芯和包層構(gòu)成，纖芯是實(shí)心圓，折射率為1.4530，直徑為0.85)jm，包層 由12層高低折射率兩種材料的同心圓環(huán)沿徑向交替出現(xiàn)構(gòu)成，高折射率材料同心圓環(huán)厚 度為0.8|jm，折射率為1.4632;低折射率材料同心圓環(huán)厚度為0.67|jm，折射率為1.4395， 纖芯和包層區(qū)域的直徑為21|jm，端面結(jié)構(gòu)如圖5，長(zhǎng)度為1.6m。再將布拉格光纖和單 模光纖4，利用標(biāo)準(zhǔn)的光纖熔接機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖熔接方法熔接。單模光纖4纖芯直 徑為9prn，包層直徑125|jm。長(zhǎng)度為1.5m。本發(fā)明的寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器結(jié)構(gòu)如圖1、 2、 3所示。下面特別就圖3所示的 結(jié)構(gòu)的不同參數(shù)對(duì)濾波器傳輸窗口寬度的影響詳細(xì)說(shuō)明如下。單模光纖1作為輸入或輸出 耦合端口，作為輸入端口時(shí)，將入射光耦合輸入到全固帶隙光纖5中；作為輸出端口時(shí)， 將光耦合輸出，同時(shí)也起模式過(guò)濾作用，提取全固帶隙光纖5的纖芯導(dǎo)模，濾掉包層模式， 得到高信噪比濾波窗口。將全固帶隙光纖5分別彎曲成直徑為12cm、 20cm、 25cm、 30cm、40cm的圓和與之對(duì)應(yīng)的布拉格光纖3分別彎曲成直徑為5cm 、2.5cm或4cm、 4cm、 5cm、 3cm的圓。標(biāo)準(zhǔn)通訊單模光纖4作為輸出或輸入耦合端口 ，作為輸出端口 時(shí)，將光耦合輸出，同時(shí)也起模式過(guò)濾作用，提取布拉格光纖3的纖芯導(dǎo)模，濾掉包層模 式，得到高信噪比的濾波窗口；作為輸入端口時(shí)，將入射光耦合輸入到布拉格光纖3中。 以標(biāo)準(zhǔn)單模光纖l、 4作為輸入輸出耦合端口，實(shí)現(xiàn)和目前常用的光纖器件低損耗連接，.降低插入損耗。將白光光源出射的白光耦合到濾波器入射端，再將濾波器出射端接光譜儀。因?yàn)榘坠夤庠吹墓庾V在900nm到1200nm內(nèi)平滑，如圖6。這樣光譜儀得到的的光譜即為濾波器 的傳輸窗口 。由全固帶隙光纖5彎曲成直徑30cm的圓和布拉格光纖3彎曲成直徑5cm 的圓得到的傳輸窗口如圖7中曲線(xiàn)a,窗口中心波長(zhǎng)為1089nm，寬度為123nm。全固 帶隙光纖5彎曲成直徑為25cm的圓和布拉格光纖3彎曲成直徑4cm的圓得到的傳輸窗 口如圖7中曲線(xiàn)b，窗口中心波長(zhǎng)1085nm，寬度為94nm。全固帶隙光纖5彎曲成直徑 20cm的圓和布拉格光纖3彎曲成直徑2.5cm的圓得到的傳輸窗口如圖7中曲線(xiàn)c，窗 口中心波長(zhǎng)1086nm，寬度52nm。以上三種彎曲直徑的組合使得濾波器傳輸窗口的中心 波長(zhǎng)沒(méi)有變化，為1085nm，而寬度從168nm變化到52nm。當(dāng)全固帶隙光纖5彎曲成直徑40cm圓，布拉格光纖3彎曲成直徑3cm的圓，濾波 器的傳輸窗口如圖8中曲線(xiàn)b，傳輸窗口中心波長(zhǎng)1047nm，寬度為75nm。當(dāng)全固帶隙 光纖5彎曲成直徑20cm的圓，布拉格光纖3彎曲成直徑4cm的圓，濾波器的傳輸窗口 如圖8中曲線(xiàn)c，傳輸窗口中心波長(zhǎng)1101nm，寬度為76nm。當(dāng)全固帶隙光纖5彎曲成 直徑12cm的圓，布拉格光纖3彎曲成直徑5cm的圓，濾波器的傳輸窗口如圖8中曲線(xiàn) d，傳輸窗口中心波長(zhǎng)1120nm，寬度為76nm。以上濾波器中的兩種光纖彎曲成不同直 徑對(duì)傳輸窗口的寬度變化影響不大，輸出窗口寬度為76nm，而中心波長(zhǎng)從1047nm變化 到1120nm。當(dāng)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中全固帶隙光纖2無(wú)彎曲，布拉格光纖3彎曲成直徑 2cm的圓的濾波器傳輸窗口如圖8a所示，傳輸窗口中心波長(zhǎng)為1014nm，寬度為78nm。
權(quán)利要求
1.一種寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器，該濾波器包括輸入和輸出耦合單模光纖(1)和(4)，其特征在于，在輸入和輸出的單模光纖(1)和(4)之間，串接一個(gè)無(wú)彎曲的全固帶隙光纖(2)和一個(gè)彎曲直徑為2cm至5cm圓的布拉格光纖(3)，或串接一個(gè)彎曲直徑為12cm至40cm圓的全固帶隙光纖(5)和一個(gè)無(wú)彎曲的布拉格光纖(6)，或串接一個(gè)彎曲直徑為12cm至40cm圓的全固帶隙光纖(5)和一個(gè)彎曲直徑為2cm至5cm圓的布拉格光纖(3)，所述的全固帶隙光纖(2)低折射率材料為石英，折射率為1.4585，高折射率材料為摻鍺的石英，折射率為1.4876，高折射率材料圓柱以三角形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)分布在低折射率材料中，格點(diǎn)之間的間距為8μm，高折射率材料棒的直徑和格點(diǎn)間距之間的比值是0.44，纖芯為12μm；布拉格光纖(3)由纖芯和包層構(gòu)成，纖芯為實(shí)心圓，直徑為0.85μm，折射率為1.4530，其外面是包層，包層依次由折射率為1.463212和折射率為1.4395相間排列的12層同心圓材料構(gòu)成，包層中的高折射率同心圓環(huán)厚度為0.8μm，包層中的低折射率同心圓環(huán)厚度為0.67μm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶可調(diào)諧光纖帶通濾波器，屬于濾波器技術(shù)。該濾波器包括輸入和輸出耦合單模光纖，在輸入和輸出的單模光纖之間，串接一個(gè)全固帶隙光纖和一個(gè)布拉格光纖，其中全固帶隙光纖為不彎曲或彎曲成直徑為12cm至40cm圓，布拉格光纖為不彎曲或彎曲成直徑為2cm至5cm圓。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于制作，對(duì)偏振不敏感，傳輸窗口寬度調(diào)諧范圍從250nm到50nm，中心波長(zhǎng)調(diào)諧范圍從1000nm到1140nm，該濾波器的輸入和輸出端口可以互換，可廣泛應(yīng)用在光纖通訊和光纖激光器。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101210978SQ20071006014
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者劉博文, 路 柴, 栗巖峰, 王清月, 胡明列 申請(qǐng)人:天津大學(xué)