光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及濾波器，提供了一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，包括第一根單模光纖、光子晶體光纖和第二根單模光纖；所述的光子晶體光纖具有若干空氣孔，所述空氣孔內(nèi)填充有流體介質(zhì)，且所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端相熔接；所述第二根單模光纖的第一端與所述光子晶體光纖的第二端相熔接。所述的帶通濾波器通過填充高折射率的液體實(shí)現(xiàn)了高消光比，且解決了液體填充的光子晶體光纖和普通單模光纖難熔接的問題，實(shí)現(xiàn)了光子晶體光纖濾波器在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。
【專利說明】光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及濾波器技術(shù)，尤其涉及一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已經(jīng)有很多種方法制作光纖濾波器，其中一種常用的是用光柵做濾波器但它對彎曲和應(yīng)力敏感；另一種比較多的是用光子晶體光纖填充液體轉(zhuǎn)變?yōu)閹缎凸庾泳w光纖來做濾波器，但現(xiàn)有技術(shù)很多光子晶體光纖填充的折射率較低，當(dāng)溫度升高時(shí)消光比急劇降低，為了改善消光比光子晶體光纖填充長度一般較長但這樣又不利于實(shí)際封裝。而且現(xiàn)有技術(shù)液體填充的光子晶體光纖濾波器在制作上還沒有做到將填充好的光子晶體光纖和普通單模光纖進(jìn)行熔接，而是通過將液體填充的光子晶體光纖與普通單模光纖通過對接耦合來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，這種對接耦合方法在實(shí)際應(yīng)用中可行性不大。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器及其制作方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中基于液體填充的光子晶體光纖在濾波器應(yīng)用中可靠性差的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，包括第一根單模光纖、光子晶體光纖和第二根單模光纖；所述的光子晶體光纖具有若干空氣孔，所述空氣孔內(nèi)填充有流體介質(zhì)，且所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端相熔接；所述第二根單模光纖的第一端與所述光子晶體光纖的第二端相熔接。
[0006]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其中，所述流體介質(zhì)為折射率值為1.3-1.7且可固化的液體。
[0007]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其中，所述填充的流體介質(zhì)用紫外激光進(jìn)行固化。
[0008]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其中，所述空氣孔內(nèi)填充流體介質(zhì)的長度大于8mm。
[0009]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其中，所述光子晶體光纖為折射率引導(dǎo)型的光子晶體光纖。
[0010]本發(fā)明還提供一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，包括第一根單模光纖、光子晶體光纖和第二根單模光纖，該制作方法包括以下步驟:
[0011]將所述第二根單模光纖的第一端與所述光子晶體光纖的第二端相熔接；
[0012]將所述光子晶體光纖的第一端浸入流體介質(zhì)中，使第一端中的若干空氣孔填充有流體介質(zhì)；
[0013]將填充的流體介質(zhì)進(jìn)行固化，并使所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端進(jìn)行熔接。
[0014]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其中，所述流體介質(zhì)使用紫外激光進(jìn)行固化。
[0015]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其中，所述流體介質(zhì)為折射率值為1.3-1.7且可固化的液體。
[0016]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其中，空氣孔填充的流體介質(zhì)的長度大于8_。
[0017]所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其中，所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端熔接利用藤倉單芯光纖熔接機(jī)，光纖預(yù)熔功率為標(biāo)準(zhǔn)_30bit、熔接的預(yù)熔時(shí)間為220ms、重疊為15 μ m、放電功率為標(biāo)準(zhǔn)_20bit、放電時(shí)間為200ms。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器通過填充高折射率的折射率匹配液體實(shí)現(xiàn)了高消光比，且解決了液體填充的光子晶體光纖和普通單模光纖難熔接的問題，實(shí)現(xiàn)了光子晶體光纖濾波器在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，且使用光子晶體光纖做濾波器不會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)力彎曲敏感的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的帶通濾波器的制作步驟流程圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的帶通濾波器的傳輸譜圖；
[0022]圖4是室溫、30°C至100°C每隔10°C記錄一次液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜圖；
[0023]圖5a是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣、右邊緣隨溫度變化的波長變化圖；
[0024]圖5b是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨溫度變化的波長變化圖；
[0025]圖6是填充液體后的光子晶體光纖彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是不同曲率下記錄的液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜圖；
[0027]圖8a是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣、右邊緣隨曲率變化的波長變化圖；
[0028]圖8b是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨曲率變化的波長變化圖；
[0029]圖9是應(yīng)力從O到500 μ ε每隔50 μ ε記錄一次液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜圖；
[0030]圖1Oa是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣、右邊緣隨拉伸應(yīng)力變化時(shí)波長的變化圖；
[0031]圖1Ob是在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨拉伸應(yīng)力變化時(shí)波長的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]如圖1所示，一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，包括第一根單模光纖101、光子晶體光纖102和第二根單模光纖103 ;所述光子晶體光纖102具有若干空氣孔，所述若干空氣孔內(nèi)填充有流體介質(zhì)，且所述光子晶體光纖102的第一端與所述第一根單模光纖101的第一端相熔接；所述第二根單模光纖103的第一端與所述光子晶體光纖102的第二端相熔接。圖1中所示，1021為光子晶體光纖102中的空氣孔填充流體介質(zhì)后的部分，1022為光子晶體光纖102未填充有流體介質(zhì)的部分。
[0034]與上述實(shí)施例相結(jié)合，所述流體介質(zhì)為折射率值為1.3-1.7且可固化的液體。所述光子晶體光纖102填充的流體介質(zhì)可以用紫外激光進(jìn)行固化。優(yōu)選的，所述光子晶體光纖102的長度為70mm。所述流體介質(zhì)的折射率為1.698、熱光系數(shù)為-4.79X 10_4/°C。所述空氣孔內(nèi)填充流體介質(zhì)的長度大于8mm。優(yōu)選的，所述空氣孔內(nèi)填充流體介質(zhì)的長度為9mm ο
[0035]與上述各個(gè)實(shí)施例相結(jié)合，所述若干空氣孔間隔設(shè)置，所述光子晶體光纖為折射率引導(dǎo)型的光子晶體光纖。優(yōu)選的，空氣孔的直徑設(shè)計(jì)為3.3 μ m、孔間距為7.4μπι。
[0036]如圖2所示，本發(fā)明還提供一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，包括第一根單模光纖101、光子晶體光纖102和第二根單模光纖103，該制作方法包括以下步驟:將第二根單模光纖103的第一端與光子晶體光纖102的第二端相熔接；將光子晶體光纖102的第一端浸入流體介質(zhì)中，使第一端中的若干空氣孔內(nèi)填充有流體介質(zhì)；將填充的流體介質(zhì)用紫外激光進(jìn)行固化，并使光子晶體光纖102的第一端與第一根單模光纖101的第一端進(jìn)行熔接。
[0037]其中一個(gè)較佳的實(shí)施例為，使用一個(gè)NKT的大模場光子晶體光纖(Photoniccrystal fibers, PCF)，型號(hào)為ESM-12，光子晶體光纖的直徑為125 μ m，測得空氣孔直徑為3.3 μ m、孔間距為7.4μηι。然后利用藤倉單芯光纖熔接機(jī)將長度為70mm的光子晶體光纖和一段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(Corning SMF-28)熔接。為了降低熔接損耗和增強(qiáng)熔接點(diǎn)的強(qiáng)度，需要修改熔接機(jī)的放電參數(shù)。優(yōu)選的，修改后的參數(shù)為:光纖預(yù)熔功率:標(biāo)準(zhǔn)-lObit、預(yù)熔時(shí)間:240ms、重疊:15μπκ放電功率:標(biāo)準(zhǔn)-lObit、放電時(shí)間:1000ms。然后將光子晶體光纖的另一端浸入一種流體介質(zhì)中，優(yōu)選的，流體介質(zhì)的折射率為n=l.698、熱光系數(shù)為-4.79X10_4/°C。由于毛細(xì)管現(xiàn)象，液體逐步填入光子晶體光纖的腔體，即空氣孔內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明液體填充的空氣孔的長度與空氣孔的直徑和液體的粘稠度密切相關(guān)。優(yōu)選的，被填充的空氣孔的液體長度為9_。然后再次利用藤倉單芯光纖熔接機(jī)將光子晶體光纖填充有流體介質(zhì)的一端和另外一根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(Corning SMF-28)進(jìn)行熔接。為了降低熔接損耗和增強(qiáng)熔接點(diǎn)的強(qiáng)度，優(yōu)選的，熔接機(jī)的放電參數(shù)為，光纖預(yù)熔功率:標(biāo)準(zhǔn)_30bit、預(yù)熔時(shí)間:220ms、重疊:15 μ m、放電功率:標(biāo)準(zhǔn)_20bit、放電時(shí)間:200ms。
[0038]將帶通濾波器的兩標(biāo)準(zhǔn)單模光纖分別接上超連續(xù)譜光源和光纖光譜儀，測試得到被填充液體后的光子晶體光纖的傳輸譜如圖3所示。從圖3可知，在800nm至1700nm的光譜范圍內(nèi)有三個(gè)明顯的帶隙，帶隙的消光比約為40dB。
[0039]本發(fā)明所述的帶通濾波器具備的功能和優(yōu)點(diǎn)，可以從以下幾個(gè)具體的實(shí)施例中得出。[0040]基于溫度調(diào)節(jié)的帶通濾波器:
[0041]為了實(shí)時(shí)監(jiān)測傳輸譜隨溫度的變化，我們將和光子晶體光纖兩端連接的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖分別接上超連續(xù)譜光源(NKT SuperK Compact)和光纖光譜儀(Y0K0GAWA AQ6370C)。然后將填充后的光子晶體光纖放置在一臺(tái)管式加熱爐中，所述管式加熱爐的溫度調(diào)節(jié)范圍是從室溫到100度，精度為0.1度，溫度穩(wěn)定性+/-0.5度。調(diào)節(jié)管式加熱爐的溫度，當(dāng)溫度在室溫、30°C至100°C每隔10°C記錄一次液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜。不同溫度下記錄的傳輸譜如圖4所示。
[0042]從圖4可知，室溫時(shí)在800nm至1700nm的光譜范圍內(nèi)有三個(gè)明顯的帶隙譜Gapl(帶隙l)、Gap2 (帶隙2)、Gap3 (帶隙3),同時(shí)也可以看到隨著溫度升高時(shí)帶隙譜向短波方向漂移(也叫做藍(lán)移)。為了定量分析溫度導(dǎo)致帶隙邊緣的變化，圖5a，表明在-25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣和右邊緣隨溫度變化時(shí)的波長變化。Gapl、Gap2、Gap3左邊緣漂移的靈敏度分別是 K1=-L 200nm/°C、K2=-L 432nm/°C、K3=-L 832nm/°C，Gapl、Gap2、Gap3右邊緣漂移的靈敏度分別是 K4=-L 432nm/°C、K5=-L 783nm/°C、K6=_2.194nm/°C。圖 5b 所示，表明在_25dB對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙譜寬度隨溫度變化譜圖，如圖可看出Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨溫度變化時(shí)基本沒變化。
[0043]所述的帶通濾波器對彎曲不敏感:
[0044]液體填充后的光子晶體光纖彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示，把和光子晶體光纖兩端連接的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的左端固定，右端逐漸沿著光纖軸方向向左推移，每改變一次曲率記錄一次液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜，不同曲率下記錄的傳輸譜如圖7所示。
[0045]從圖7中可知，室溫時(shí)在800nm至1700nm的光譜范圍內(nèi)有三個(gè)明顯的帶隙譜Gapl、Gap2、Gap3，同時(shí)也可以看到隨曲率變化時(shí)帶隙譜基本不變。為了定量分析曲率導(dǎo)致帶隙邊緣的變化，圖8a所示，表明了在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣和右邊緣隨曲率變化時(shí)波長的變化情況，從圖中可知帶隙邊緣不隨曲率變化而變化。圖8b所示，表明了在_25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙譜寬度隨曲率變化的譜圖，從圖中可以看出Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨曲率變化時(shí)基本不變，因此從圖8a、圖8b可得知此液體填充后的光子晶體光纖對彎曲不敏感。
[0046]所述的帶通濾波器對應(yīng)力不敏感:
[0047]為了測試應(yīng)力對液體填充后的光子晶體光纖傳輸譜的影響，將把和光子晶體光纖兩端連接的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的左端固定，右端固定在一維位移平臺(tái)上，該一維平臺(tái)精度為
10μ m,固定的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖左端、右端和被液體填充后的光子晶體光纖總共長400mm，然后將固定好了的光纖沿著光纖軸向拉伸，拉伸應(yīng)力從O到500μ ε每隔50μ ε記錄一次液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜。不同應(yīng)力下記錄的傳輸譜如圖9所示。
[0048]從圖9中可知，拉伸應(yīng)力從O到500 μ ε變化時(shí)，液體填充后的光子晶體光纖的傳輸光譜圖基本不變。為了定量分析應(yīng)力導(dǎo)致帶隙邊緣的變化，如圖1Oa所示，表明在-25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的左邊緣和右邊緣隨應(yīng)力變化時(shí)波長的變化情況，從圖中可知帶隙邊緣不隨應(yīng)力改變而變化。如圖1Ob所示，為在-25dB時(shí)對應(yīng)Gapl、Gap2、Gap3的帶隙譜寬度隨應(yīng)力變化的譜圖，從圖中可看出Gapl、Gap2、Gap3的帶隙寬度隨應(yīng)力變化時(shí)基本不變，因此從圖10a、圖1Ob可得知此液體填充后的光子晶體光纖對拉伸應(yīng)力不敏感。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其特征在于，包括第一根單模光纖、光子晶體光纖和第二根單模光纖；所述的光子晶體光纖具有若干空氣孔，所述空氣孔內(nèi)填充有流體介質(zhì)，且所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端相熔接；所述第二根單模光纖的第一端與所述光子晶體光纖的第二端相熔接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其特征在于，所述流體介質(zhì)為折射率值為1.3-1.7且可固化的液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其特征在于，所述填充的流體介質(zhì)用紫外激光進(jìn)行固化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其特征在于，所述空氣孔內(nèi)填充流體介質(zhì)的長度大于8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器，其特征在于，所述光子晶體光纖為折射率引導(dǎo)型的光子晶體光纖。
6.一種光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其特征在于，包括第一根單模光纖、光子晶體光纖和第二根單模光纖，該制作方法包括以下步驟: 將所述第二根單模光纖的第一端與所述光子晶體光纖的第二端相熔接； 將所述光子晶體光纖的第一端浸入流體介質(zhì)中，使第一端中的若干空氣孔填充有流體介質(zhì)； 將填充的流體介質(zhì)進(jìn) 行固化，并使所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端進(jìn)行熔接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其特征在于，所述流體介質(zhì)使用紫外激光進(jìn)行固化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其特征在于，所述流體介質(zhì)為折射率值為1.3-1.7且可固化的液體。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其特征在于，空氣孔填充的流體介質(zhì)的長度大于8mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖緊湊型可調(diào)諧的帶通濾波器的制造方法，其特征在于，所述光子晶體光纖的第一端與所述第一根單模光纖的第一端利用藤倉單芯光纖熔接機(jī)熔接，光纖預(yù)熔功率為標(biāo)準(zhǔn)_30bit、熔接的預(yù)熔時(shí)間為220ms、重疊為15 μ m、放電功率為標(biāo)準(zhǔn)_20bit、放電時(shí)間為200ms。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK103901531SQ201410126998
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王義平, 劉穎潔, 廖常銳 申請人:深圳大學(xué)