專利名稱：基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖濾波器器領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的 帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器，特別適用于反射帶阻和波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖布喇格光柵濾波器作為 一 種與當(dāng)前光纖網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在兼容的優(yōu)良的濾波 器，已經(jīng)被廣泛的研究，由于具有獨(dú)特的濾波特性和多功能性，它們?cè)诠饫w通 信和光纖傳感等領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用。因?yàn)楣饫w光柵的中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)變和溫 度變化很敏感，所以可作為波長(zhǎng)可調(diào)諧濾波器。另外，沿著光纖光柵以一定梯 度改變應(yīng)變或溫度，可以得到反射帶寬可調(diào)諧的濾波器，因?yàn)楣饫w光柵的啁瞅 率與應(yīng)變或溫度的梯度成正比。這種啁啾光纖光柵可以應(yīng)用于可調(diào)諧色散補(bǔ)償 器和對(duì)溫度不敏感的傳感測(cè)量。目前，已經(jīng)有很多種通過啁啾率改變光纖光柵 反射帶寬的技術(shù)被報(bào)道，應(yīng)用了熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)等方法，但是利用這些方
法得到的光纖光柵的反射帶寬的動(dòng)態(tài)變化范圍通常較小(小于5nm)，有些技術(shù) 手段比較復(fù)雜，導(dǎo)致操作不方便、成本高昂的問題。另外，存在一個(gè)很嚴(yán)重的 不足光纖光柵反射帶寬改變的同時(shí)中心波長(zhǎng)和反射率也被改變，造成濾波器 的工作波長(zhǎng)范圍和反射率在帶寬調(diào)節(jié)以后偏離實(shí)際需要的情況發(fā)生。 '

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)帶寬調(diào)諧范圍大、反射率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的 反射帶寬可調(diào)諧光纖光柵濾波器和波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧多波長(zhǎng)梳狀濾波器。
為了達(dá)到上述要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波 長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器。利用這種設(shè)計(jì)，帶寬調(diào)諧范圍可以達(dá)到36nm(1. 8 — 37. 8r皿)， 梳狀濾波器波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧范圍為2. lnm (1.2 — 3. 3nm)，而且反射率可以保在99%以上，能夠基本滿足當(dāng)前光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部分濾波需求。
該項(xiàng)發(fā)明利用直角三角形懸臂梁2作為光纖光柵啁啾率調(diào)諧的工具，將啁 啾光纖光柵或取樣啁啾光纖光柵3傾斜粘貼在懸臂梁2的側(cè)面，且與懸臂梁中 性面成3—45度夾角。當(dāng)懸臂梁自由端受外界力影響產(chǎn)生豎直方向位移時(shí)，懸 臂梁2彎曲產(chǎn)生形變，如果位移向下梁向下彎曲，則光纖光柵在梁中性面以上 的部分受到拉伸應(yīng)變，而中性面以下的部分受到壓縮應(yīng)變，在中性面上無應(yīng)變。 在不同的厚度層上產(chǎn)生的應(yīng)變呈梯度分布，可引起光纖光柵啁啾率的變化，表 現(xiàn)為光纖光柵反射帶寬的變化。而且梁的曲率越大，光纖光柵的啁啾率的改變 越大，反射帶寬的變化就越大。在采用長(zhǎng)度較長(zhǎng)(大于5cm)、起始反射率較高 (大于99.9。/^或30dB)的光纖啁啾光柵或取樣啁啾光纖光柵情況下，其反射率 在帶寬增大和減小兩種情況下的變化都很小，能維持在99%以上。
該項(xiàng)發(fā)明中，使啁啾光纖光柵或取樣啁啾光纖光柵3的中點(diǎn)固定在懸臂梁 側(cè)面的中性面上，則懸臂梁彎曲時(shí)，其反射譜變化是對(duì)稱的，在外界溫度不改 變的前提下中心波長(zhǎng)保持不變。反射譜帶寬ZU,.與自由端的位移/成線性關(guān)系， 即 .<formula>formula see original document page 4</formula>式中，^ s C(l-A)4丄,2 sin(2。，其中C為懸臂梁2和光纖光柵3的應(yīng)變傳遞系 數(shù)，A為光纖光柵的彈光系數(shù)，義&為中心波長(zhǎng)，Z^為啁啾光纖光柵3的長(zhǎng)度，L 為懸臂梁2的長(zhǎng)度，^為光纖光柵3和中性面的夾角。以上各系數(shù)皆為已知或可 通過測(cè)量得到，只要改變自由端的位移/，就可以線性改變光纖光柵反射譜帶寬
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的光纖光柵濾波器具有以下有效增益 l.利用三角形懸臂梁2結(jié)構(gòu)，在外界溫度不改變的前提下，光纖光柵3反射譜的中心波長(zhǎng)不會(huì)漂移，只是帶寬的變化，提高了濾波的精確性。
2. 啁啾光纖光柵或取樣啁啾光纖光柵3的啁啾率調(diào)諧范圍大，反射譜帶寬
可調(diào)諧范圍可達(dá)36nm，梳狀濾波器波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧范圍為2. lnm。
3. 啁啾光纖光柵或抽樣啁啾光纖光柵3是氫載后利用強(qiáng)紫外光刻成，反射 率高達(dá)30db，反射率不會(huì)因反射譜帶寬展寬而有大幅降低，且反射譜頂部非常 平滑。


閣1是基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的結(jié)構(gòu)示意
圖
圖2是基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的原理圖 圖3是基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的反射譜帶
寬和自由端位移關(guān)系圖
圖4是采用普通啁啾光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的
反射譜和透射譜
圖5是采用抽樣啁啾光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的 反射譜和透射譜
圖6是基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器的改進(jìn)方案 結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，l一夾板、2 —直角三角形懸臂梁、3 —啁啾光纖光柵或抽樣啁啾光纖 光柵、4一光纖、5 —普通啁啾光纖光柵、6 —抽樣啁啾光纖光柵、7—恒溫容器
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖l、 2、 3、 4、 5對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。本發(fā)明基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器結(jié)構(gòu)示意圖
如圖1所示。將光纖光柵3傾斜3 — 45度粘貼在直角三角形懸臂梁2的側(cè)面， 使光纖光柵3的中點(diǎn)與中性面重合，保證光纖光柵3兩端的應(yīng)變最大值相等， 使反射譜帶寬的調(diào)諧范圍達(dá)到最大。如果光纖光柵3的中心未與中性面重合， 則光纖光柵較長(zhǎng)的一側(cè)會(huì)先因應(yīng)變過大而損壞。
圖2是光纖光柵啁啾率調(diào)諧濾波器的原理圖，圖中自由端受力產(chǎn)生了一定 的位移，導(dǎo)致懸臂梁2彎曲，在不同的厚度層上產(chǎn)生的應(yīng)變呈梯度分布，此應(yīng) 變被傳遞到光纖啁啾光柵，便能調(diào)諧啁啾光纖光柵或抽樣啁啾光纖光柵3的啁 啾率，表現(xiàn)為光纖光柵的反射帶的增寬。光纖光柵3反射譜帶寬變化A入。與自 由端的位移f成線性關(guān)系，如圖3所示，而且自由端位移越大，懸臂梁2的曲 率就越大，光纖光柵3的啁啾率變化越強(qiáng)，反射帶寬越寬或波長(zhǎng)間隔也就會(huì)越 大，如圖4、 5所示。
如圖6所示，本發(fā)明也可以采用改進(jìn)方案在一根直角三角形懸臂梁2上 傾斜粘貼兩根光纖光柵的方案， 一根為普通啁啾光纖光柵5，另一根為抽樣啁啾 光纖光柵6，在濾波時(shí)只需選擇不同的光纖光柵，就可以滿足不同的濾波需要。 此外，如圖6所示，將懸臂梁2放置在恒溫容器7中，通過改變?nèi)萜?中溫度 就可以調(diào)節(jié)光纖光柵的中心波長(zhǎng)，再通過改變自由端的位移，便能得到特定的 中心波長(zhǎng)展寬的反射譜，或者波長(zhǎng)間隔和中心波長(zhǎng)同時(shí)可調(diào)諧的梳狀濾波器。 采用此方案，可使啁啾光纖光柵5的反射譜帶寬或取樣啁啾光纖光柵6的反射 峰間隔的可調(diào)諧范圍達(dá)到最大，濾波效果最好。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提出一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器，其特征在于啁啾光纖光柵(連續(xù)或取樣)(3)傾斜一定角度粘貼在懸臂梁(2)的直角邊的側(cè)面上，通過梁的彎曲來達(dá)到想要的濾波效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器，其特征在于懸臂梁(2)除被夾板(1)夾住的部分外，其余部 分必須是完整的直角三角形，以保證其彎曲的均勻性和光纖光柵啁啾率的一致 性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器，其特征在于啁啾光纖光柵或取樣啁啾光纖光柵(3)傾斜3一45度粘貼在懸臂梁(2)的較長(zhǎng)的直角邊的側(cè)面，使光纖光柵的中心在懸臂梁 (2)的中性面上，光纖光柵須全部粘貼在懸臂梁(2)的側(cè)面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng) 間隔可變?yōu)V波器，其特征在于所粘貼的光纖光柵(3)為高反射率的啁啾光纖 光柵或抽樣啁啾光纖光柵。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于光纖光柵啁啾率調(diào)諧的帶寬或波長(zhǎng)間隔可變?yōu)V波器，屬于光纖濾波器技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖光柵和波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)領(lǐng)域。濾波器采用直角三角形等強(qiáng)度懸臂梁(2)調(diào)諧結(jié)構(gòu)，懸臂梁(2)通過夾板(1)固定，啁啾光纖光柵或取樣啁啾光纖光柵(3)傾斜3-45度粘貼在懸臂梁(2)的直角邊的側(cè)面上。通過懸臂梁(2)的自由端豎直方向施加力或撓度，使懸臂梁(2)彎曲以改變啁啾光纖光柵(3)的啁啾率，最終導(dǎo)致啁啾光纖光柵的反射譜帶寬或取樣啁啾光纖光柵的反射峰間隔的改變，從而達(dá)到選擇特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的反射濾波效果。此濾波器的帶寬調(diào)諧范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于各種光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別是波分復(fù)用系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B6/34GK101551516SQ200910097189
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者劉紅林, 周文俊, 董新永, 裘燕青, 趙春柳, 龔華平 申請(qǐng)人:中國計(jì)量學(xué)院