專利名稱：一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域，特別是一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，主要應(yīng)用于光纖通信與光纖傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙折射Sagnac干涉儀型梳狀濾波器在光通信及光傳感領(lǐng)域有著廣泛的用途，例如，配合超連續(xù)譜寬帶光源可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)信號(hào)源；可作為半導(dǎo)體或光纖激光器的反饋腔，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光器；可用在光纖放大器中提高放大器的性能；可作為DWDM系統(tǒng)中的波長(zhǎng)選擇單元，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上下載。與其它梳狀濾波器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，濾波特性較穩(wěn)定，偏振無(wú)關(guān)等，但是用普通雙折射光纖構(gòu)成的梳狀濾波器溫度敏感性高，峰值波長(zhǎng)間隔隨著工作波長(zhǎng)的增加而線性增大，不為常數(shù)，也就是信道間隔會(huì)隨著工作波長(zhǎng)的改變而產(chǎn)生一定的變化，這使得普通雙折射光纖Sagnac濾波器在寬波長(zhǎng)范圍的應(yīng)用受到限制。如何實(shí)現(xiàn)濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)的無(wú)關(guān)特性，用以保證濾波特性穩(wěn)定，這是光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，它采用高雙折射光子晶體光纖替換普通高雙折射光纖，構(gòu)造基于高雙折射光子晶體光纖Sagnac干涉儀型梳狀濾波器；該濾波器利用高雙折射光子晶體光纖固有的溫度穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)溫度不敏感特性，利用光子晶體光纖雙折射的可調(diào)節(jié)性來(lái)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，使其雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)特性。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于它包括具有(a)、(b)、(c)、(d)端口的耦合器、偏振控制器和高雙折射光子晶體光纖，光信號(hào)的輸入端口Port1與耦合器的端口(a)相連接，耦合器的端口(b)與偏振控制器的一端相連接，偏振控制器的另一端與高雙折射光子晶體光纖的一端相連接，高雙折射光子晶體光纖(3)的另一端與耦合器的端口(c)相連接，而耦合器的端口(d)與輸出端口Port2相連接。
上述所說(shuō)的耦合器是與DWDM信號(hào)相適應(yīng)的3dB光耦合器。
上述所說(shuō)的高雙折射光子晶體光纖采用雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系的高雙折射光子晶體光纖。
一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)由常規(guī)推導(dǎo)知Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔和光子晶體光纖的長(zhǎng)度、雙折射以及工作波長(zhǎng)滿足的關(guān)系式； (2)設(shè)計(jì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)使其雙折射性符合Δn(λ)＝aλ2，并代入步驟(1)式中得到由此知，Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)； (3)通過在光子晶體光纖包層中引入不對(duì)稱因素來(lái)設(shè)計(jì)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，得到高雙折射光子晶體光纖； (4)利用全矢量有限元法計(jì)算不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的高雙折射光子晶體光纖在不同工作波長(zhǎng)下的雙折射值； (5)對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合，得到雙折射值與工作波長(zhǎng)二次擬合特性最優(yōu)的高雙折射光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。
由步驟(3)所說(shuō)的設(shè)計(jì)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的結(jié)構(gòu)是纖芯附近引入兩個(gè)大圓空氣孔的壓縮柵格結(jié)構(gòu)。
由步驟(5)所說(shuō)的對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合，得到雙折射值與工作波長(zhǎng)二次擬合特性最優(yōu)的擬合式為 Δn(λ)＝-3.04543×10-4+23.01419λ+1.79838×109λ2， 所對(duì)應(yīng)的高雙折射光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)為 bx＝0.95×2.2μm、d1＝1/2×2.2μm、d2＝2.2μm。
本發(fā)明的原理是通過設(shè)計(jì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，使其雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)特性。Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔和光子晶體光纖的長(zhǎng)度、雙折射以及工作波長(zhǎng)的關(guān)系如下所示 其中Λ為濾波器的信道間隔，λ為工作波長(zhǎng)，Δn(λ)為光子晶體光纖的雙折射，L為光子晶體光纖的長(zhǎng)度。普通雙折射光纖的Δn(λ)隨工作波長(zhǎng)的變化為 其中LB為雙折射光纖的拍長(zhǎng)，通常為常數(shù)，將(2)代入(1)得出 由(3)式可以看出，普通雙折射光纖Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔隨工作波長(zhǎng)的增加而線性增大，不為常數(shù)。該結(jié)論使得普通雙折射光纖Sagnac干涉儀型梳狀濾波器在寬波長(zhǎng)范圍的應(yīng)用受到限制。由于光子晶體光纖的雙折射具有可調(diào)節(jié)性，可以設(shè)計(jì)出一種高雙折射光子晶體光纖，使其雙折射性為 Δn(λ)＝aλ2(4) 其中a為常數(shù)。此時(shí)Δn(λ)與λ呈平方關(guān)系，將(4)代入(1)即可得出 由(5)式可以看出，光子晶體光纖Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔為常數(shù)，與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于1、利用光子晶體光纖雙折射的可調(diào)節(jié)性，通過設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，使其雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)梳狀濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)特性；2、是一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多用途、溫度穩(wěn)定性好等特點(diǎn)的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器。


圖1是本發(fā)明所涉一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中(1)為具有(a)、(b)、(c)、(d)端口的耦合器，(2)為偏振控制器，(3)為高雙折射光子晶體光纖，其截面A-A見圖2，Port1為光信號(hào)的輸入端口，Port2為光信號(hào)的另一輸出端口。
圖2是本發(fā)明所涉一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器中高雙折射光子晶體光纖的A-A截面圖。
圖3是本發(fā)明所涉一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器中兩種光纖構(gòu)成的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器在1400～1650nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)信道間隔隨工作波長(zhǎng)的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器(見圖1、2)，其特征在于它包括具有(a)、(b)、(c)、(d)端口的耦合器(1)、偏振控制器(2)和高雙折射光子晶體光纖(3)，光信號(hào)的輸入端口Port1與耦合器(1)的端口(a)相連接，耦合器(1)的端口(b)與偏振控制器(2)的一端相連接，偏振控制器(2)的另一端與高雙折射光子晶體光纖(3)的一端相連接，高雙折射光子晶體光纖(3)的另一端與耦合器(1)的端口(c)相連接，而耦合器(1)的端口(d)與輸出端口Port2相連接。
上述所說(shuō)的耦合器(1)是與DWDM信號(hào)相適應(yīng)的3dB光耦合器。
上述所說(shuō)的高雙折射光子晶體光纖(3)采用的是纖芯附近引入兩個(gè)大圓空氣孔的壓縮柵格結(jié)構(gòu)的高雙折射光子晶體光纖(見圖2A-A截面圖)，其中，小孔孔徑為d1，大孔孔徑為d2，x和y方向的空氣孔間距分別為bx及by。包層中引入兩種尺寸空氣孔的同時(shí)改變正三角形柵格結(jié)構(gòu)為等腰三角形，降低了光纖的對(duì)稱性，使光纖中基模的兩個(gè)正交偏振模式的簡(jiǎn)并被打破，分裂成兩個(gè)不簡(jiǎn)并的偏振模式，成為雙折射光纖。其結(jié)構(gòu)參數(shù)為bx＝0.95×2.2μm、d1＝1/2×2.2μm、d2＝2.2μm，經(jīng)擬合得出該實(shí)施例的高雙折射光子晶體光纖的Δn(λ)與λ的關(guān)系為 Δn(λ)＝-3.04543×10-4+23.01419λ+1.79838×109λ2(6) 由(6)式可以看出二次項(xiàng)系數(shù)比一次項(xiàng)系數(shù)高7個(gè)數(shù)量級(jí)，近似為Δn(λ)與λ成平方關(guān)系。
圖3所示為兩種光纖構(gòu)成的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器在1400～1650nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)信道間隔隨工作波長(zhǎng)的變化曲線。其中實(shí)線為普通雙折射光纖(LB＝2.45mm)構(gòu)成的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔隨工作波長(zhǎng)的變化曲線，虛線為本實(shí)例高雙折射光子晶體光纖構(gòu)成的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔隨工作波長(zhǎng)的變化曲線。從圖中可以看出，由本實(shí)例高雙折射光子晶體光纖構(gòu)成的梳狀濾波器信道間隔變化了僅0.019nm，比普通雙折射光纖構(gòu)成的梳狀濾波器信道間隔的變化量小了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，就能夠得到雙折射值與工作波長(zhǎng)的二次擬合式中一次項(xiàng)系數(shù)更小甚至趨近于零的光子晶體光纖，最終實(shí)現(xiàn)Sagnac干涉儀型梳狀濾波器整個(gè)通信波長(zhǎng)范圍的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。
由以上實(shí)施例知，本發(fā)明是一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的高性能指標(biāo)的梳狀濾波器。
權(quán)利要求
1、一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于它包括具有(a)、(b)、(c)、(d)端口的耦合器(1)、偏振控制器(2)和高雙折射光子晶體光纖(3)，光信號(hào)的輸入端口Port1與耦合器(1)的端口(a)相連接，耦合器(1)的端口(b)與偏振控制器(2)的一端相連接，偏振控制器(2)的另一端與高雙折射光子晶體光纖(3)的一端相連接，高雙折射光子晶體光纖(3)的另一端與耦合器(1)的端口(c)相連接，而耦合器(1)的端口(d)與輸出端口Port2相連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于所說(shuō)的耦合器(1)是與DWDM信號(hào)相適應(yīng)的3dB光耦合器。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于所說(shuō)的高雙折射光子晶體光纖(3)采用雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系的高雙折射光子晶體光纖。
4、一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于它包括以下步驟
(1)由常規(guī)推導(dǎo)知Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔和光子晶體光纖的長(zhǎng)度、雙折射以及工作波長(zhǎng)滿足的關(guān)系式；
(2)設(shè)計(jì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)使其雙折射性符合Δn(λ)＝aλ2，并代入步驟(1)式中得到由此知，Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)；
(3)通過在光子晶體光纖包層中引入不對(duì)稱因素來(lái)設(shè)計(jì)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，得到高雙折射光子晶體光纖；
(4)利用全矢量有限元法計(jì)算不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的高雙折射光子晶體光纖在不同工作波長(zhǎng)下的雙折射值；
(5)對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合，得到雙折射值與工作波長(zhǎng)二次擬合特性最優(yōu)的高雙折射光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所說(shuō)的步驟(3)中的設(shè)計(jì)的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)是纖芯附近引入兩個(gè)大圓空氣孔的壓縮柵格結(jié)構(gòu)。
6、根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所說(shuō)的步驟(5)中對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行的二次擬合，其所得到雙折射值與工作波長(zhǎng)二次擬合特性最優(yōu)的擬合式為
Δn(λ)＝-3.04543×10-4+23.01419λ+1.79838×109λ2，
所對(duì)應(yīng)的高雙折射光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)為
bx＝0.95×2.2μm、d1＝1/2×2.2μm、d2＝2.2μm。
全文摘要
一種信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的Sagnac干涉儀型梳狀濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于它包括具有(a)、(b)、(c)、(d)端口的耦合器、偏振控制器和高雙折射光子晶體光纖，光信號(hào)的輸入端口Port1與耦合器的端口(a)相連接，耦合器的端口(b)與偏振控制器的一端相連接，偏振控制器的另一端與高雙折射光子晶體光纖的一端相連接，高雙折射光子晶體光纖的另一端與耦合器的端口(c)相連接，而耦合器的端口(d)與輸出端口Port2相連接。本發(fā)明的優(yōu)越性在于利用光子晶體光纖雙折射的可調(diào)節(jié)性，通過設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，使其雙折射值與工作波長(zhǎng)成平方關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)梳狀濾波器的信道間隔與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)特性。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101551490SQ200910068710
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者馬秀榮, 穎 朱, 張明明 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)