專利名稱：一種基于細(xì)芯光纖的全光纖濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于細(xì)芯光纖的全光纖濾波器。
背景技術(shù)：
光纖器件由于體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在通信、 傳感等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是全光纖型的濾波器，它的性能直接關(guān)系 到現(xiàn)在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量。其中，光纖光柵是現(xiàn)今在應(yīng)用最為成熟的一
種光纖型的濾波器，它分為兩種 一種稱為光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)，它是一種窄帶的反射型帶通濾波器；另一種稱為長(zhǎng)周期光纖 光柵(Long Period Fiber Grating, LPG)，它是一種透射型帶阻濾波器。這 兩種濾波器雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，抑制比也比較高，但是溫度穩(wěn)定性并不是 很好，尤其是長(zhǎng)周期光纖光柵，對(duì)溫度更為敏感，溫度響應(yīng)大約為0.1 0.3nm/°C，這大大影響了其作為濾波器的穩(wěn)定性。另外，光纖光柵在大于300°C 的環(huán)境里就會(huì)開始退化，因此不利用其在極端工作條件下運(yùn)行。
非光柵結(jié)構(gòu)的光纖器件，無論是作為濾波器還是傳感應(yīng)用，其熱穩(wěn)定性和 制作難度上大多優(yōu)于光柵類器件，近幾年在國(guó)際上吸引了不少學(xué)者的目光，成 為研究的熱點(diǎn)。許多研究的方向就是光纖內(nèi)干涉儀的設(shè)計(jì)，利用其干涉圖樣來 實(shí)現(xiàn)濾波或者傳感檢測(cè)的應(yīng)用。這類器件一般的設(shè)計(jì)思想都是利用光纖內(nèi)的特 殊結(jié)構(gòu)來激發(fā)傳輸光的高階模式，導(dǎo)致不同模式的光在經(jīng)過同樣的光纖長(zhǎng)度以 后具有不同的光程差。但是有些設(shè)計(jì)方案往往在制作過程中有復(fù)雜的工序，比 如接一小段多模光纖，或者是利用加熱等手段使光纖端面處纖芯膨脹等技術(shù)， 都增加了器件的制作難度；有些需要特殊的材料，比如使用一些特種的雙包層 光纖，光子晶體光纖等，成本相當(dāng)高；再有就是一些結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度非常差， 比如通過光纖拉錐實(shí)現(xiàn)高階模式激發(fā)的結(jié)構(gòu)，幾乎沒有實(shí)用價(jià)值。200910100765. 1
說明書第2/4頁

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種基于不同芯徑單模光纖熔接結(jié)構(gòu)的新型濾波 器，該濾波器利用光纖熔接處的光纖芯徑失配，引起高階模式激發(fā)，從而形成 的光纖內(nèi)的馬赫-曾德爾干涉儀，其透射的譜具有良好的帶阻濾波特性。
本發(fā)明包括封裝盒，單模光纖組件穿過封裝盒設(shè)置，單模光纖組件的兩端 分別與法蘭盤連接。所述的單模光纖組件包括串聯(lián)的三段單模光纖，其中兩端
的單模光纖采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(Corning SMF28，芯徑6.06pm)，中間段單模 光纖采用細(xì)芯單模光纖(Nufern 460-HP，芯徑3. 30um，截止波長(zhǎng)450nm)， 三段單模光纖同軸設(shè)置，細(xì)芯單模光纖的兩端分別與兩段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的一端 熔接。
本發(fā)明的工作原理光在第一段單模光纖中是單模傳輸?shù)?，只存在芯層?輸?shù)幕?。?dāng)光傳入中間的一段細(xì)芯光纖后，由于纖芯大小不同，導(dǎo)致光無法 再單模傳輸， 一個(gè)甚至多個(gè)高階的模式被激發(fā)出來。由于不同的模式在光纖內(nèi) 傳輸時(shí)有效折射率是不一樣的，因此，不同模式的光到達(dá)另一段單模光纖時(shí)會(huì) 存在光程差，然后就會(huì)產(chǎn)生干涉，這就是馬赫-曾德爾干涉儀的形式。其干涉圖 樣即代表了濾波器的濾波特性，濾波的抑制比和干涉對(duì)比度直接相關(guān)。通過是
對(duì)不同芯徑下各種模式沿徑向分布進(jìn)行模擬得到首先，不同芯徑的單模光纖 基模的模場(chǎng)直徑是不同的，這為高階模式的激發(fā)提供了必要條件。其次，偶次 的高階模式在芯層沒有能量傳輸。最后，對(duì)于細(xì)芯的光纖，奇數(shù)階模式包含的 芯層部分的能量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖少很多，因此，發(fā)生干涉時(shí)芯層內(nèi)基模和高 階模能量接近，因此干涉對(duì)比度好，另外由于高階模式包層能量損失少，該濾 波器的插入損耗也非常小。
本發(fā)明的濾波器制作非常簡(jiǎn)單，不像光柵那樣需要包括激光器在內(nèi)的一整 套寫入系統(tǒng)，僅僅需要一套光纖熔接設(shè)備和不同芯徑的兩種單模光纖。本發(fā)明 利用不同芯徑的光纖相互熔接實(shí)現(xiàn)的光纖內(nèi)的馬赫-曾德爾干涉儀，這種干涉儀
的透射型的干涉圖樣呈現(xiàn)出低插損，高抑制比(>30dB)的濾波特性。主要涉及該濾波器的制作技術(shù)、良好的溫度穩(wěn)定性以及對(duì)外界折射率變化的響應(yīng)特性。


圖1是本發(fā)明中濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為濾波器透射譜； 圖3為濾波器對(duì)溫度響應(yīng)譜線； 圖4為濾波器對(duì)外界折射率響應(yīng)譜線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，細(xì)芯光纖濾波器包括封裝盒3，單模光纖組件穿過封裝盒3
設(shè)置，單模光纖組件的兩端分別與法蘭盤1連接。所述的單模光纖組件包括串
聯(lián)的三段單模光纖，其中兩端的單模光纖采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2 (Corning SMF28， 芯徑6.06um)，中間段單模光纖采用細(xì)芯單模光纖4 (Nufern 460-HP，芯徑 3.30um，截止波長(zhǎng)450nm)，三段單模光纖同軸設(shè)置，細(xì)芯單模光纖4的兩端 分別與兩段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖2的一端熔接。該濾波器通過法蘭盤和其他跳線延長(zhǎng) 分別與寬帶光源和光譜儀相連，光譜儀得到就是光源光譜經(jīng)過濾波器濾波后的 透射譜。
因?yàn)樵诩?xì)芯光纖內(nèi)不同的傳輸長(zhǎng)度會(huì)帶來不同的干涉圖樣，本濾波器在制 作的過程中，分別接入了不同長(zhǎng)度的三段細(xì)芯光纖，見圖2，其中(a)為接入 2cm、 (b)為接入4cm、 (c)為接入6cm。細(xì)芯單模光纖的長(zhǎng)度和特定光譜范 圍內(nèi)的阻帶的個(gè)數(shù)成正比，同時(shí)也影響到阻帶的帶寬，細(xì)芯光纖越長(zhǎng)，同一波 長(zhǎng)位置的阻帶帶寬越小。該設(shè)計(jì)只需要改變細(xì)芯光纖的長(zhǎng)度來改變帶寬。不同 長(zhǎng)度的細(xì)芯光纖結(jié)構(gòu)可能在同一位置出現(xiàn)濾波峰，圖2中(a)和(c)在長(zhǎng)波 位置的濾波峰幾乎在同一位置，因此，如果對(duì)某一特定波段濾波又無特殊帶寬 要求，選擇2cm左右的細(xì)芯光纖接入的結(jié)構(gòu)，這樣得到的濾波器濾波特性簡(jiǎn)單， 而且成本相對(duì)較低。
溫度響應(yīng)時(shí)濾波器很重要的一個(gè)指標(biāo)，直接關(guān)系到其工作的穩(wěn)定性。本發(fā) 明使用一個(gè)可編程的控溫爐測(cè)試了接入2cm細(xì)芯光纖的濾波器樣本的溫度穩(wěn)定性。從圖3可以看出，干涉峰中心波長(zhǎng)的位置隨著溫度的上升向長(zhǎng)波方向漂移， 而且兩者呈現(xiàn)一個(gè)良好的線性關(guān)系。計(jì)算該直線的斜率，得到濾波器的溫度響
應(yīng)靈敏度，為15pm/'C，說明該濾波器的溫度穩(wěn)定性是相當(dāng)好的。
另外，由于激發(fā)的高階模式傳輸?shù)挠行д凵渎适艿酵饨缯凵渎实挠绊?，?此該濾波器利用其中心波長(zhǎng)的漂移也可以作為傳感的應(yīng)用。該濾波器對(duì)不同濃 度的蔗糖溶液進(jìn)行了折射率的測(cè)試(質(zhì)量百分比分別為(1.381、 5. 123、 8. 425、 11. 817、 14. 821、 18. 033、 21. 136、 24. 242、 26. 901、 29. 577、 32. 432 、 35. 065; 對(duì)應(yīng)的折射率為1. 3346、 1,3400、 1.3448、 1.3500、 1.3547、 1.3599、 1.3651、 1.3704、 1.3750、 1,3798、 1.3850 、 1.3899)，可以看到，其對(duì)外界折射率變 化是相當(dāng)敏感的，靈敏度達(dá)到135. 5/單位折射率，見圖4。而且在很大的范圍 內(nèi)，折射率變化與中心波長(zhǎng)的漂移為線性關(guān)系，因此這種濾波器有很大的作為 傳感應(yīng)用的潛力。
權(quán)利要求
1、一種基于細(xì)芯光纖的全光纖濾波器，包括封裝盒，其特征在于單模光纖組件穿過封裝盒設(shè)置，單模光纖組件的兩端分別與法蘭盤連接；所述的單模光纖組件包括串聯(lián)的三段單模光纖，其中兩端的單模光纖采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，中間段單模光纖采用細(xì)芯單模光纖，三段單模光纖同軸設(shè)置，細(xì)芯單模光纖的兩端分別與兩段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的一端熔接；所述的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖采用Corning SMF28單模光纖，所述的細(xì)芯單模光纖采用Nufern 460-HP單模光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于細(xì)芯光纖的全光纖濾波器。傳統(tǒng)光纖光柵濾波器溫度穩(wěn)定性較差，不適合在極端工作條件下運(yùn)行。本發(fā)明包括封裝盒，單模光纖組件穿過封裝盒設(shè)置，單模光纖組件的兩端分別與法蘭盤連接。所述的單模光纖組件包括串聯(lián)的三段單模光纖，其中兩端的單模光纖采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，中間段單模光纖采用細(xì)芯單模光纖，三段單模光纖同軸設(shè)置，細(xì)芯單模光纖的兩端分別與兩段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的一端熔接。本發(fā)明的濾波器制作簡(jiǎn)單，具有良好的溫度穩(wěn)定性以及對(duì)外界折射率變化的響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101604048SQ20091010076
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者何賽靈, 夏天豪, 張阿平, 朱晶晶 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)