CN100580488C - 宽带可调谐光纤带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带可调谐光纤带通滤波器，属于滤波器技术。该滤波器包括输入和输出耦合单模光纤，在输入和输出的单模光纤之间，串接一个全固带隙光纤和一个布拉格光纤，其中全固带隙光纤为不弯曲或弯曲成直径为12cm至40cm圆，布拉格光纤为不弯曲或弯曲成直径为2cm至5cm圆。本发明优点在于结构简单，成本低，易于制作，对偏振不敏感，传输窗口宽度调谐范围从250nm到50nm，中心波长调谐范围从1000nm到1140nm，该滤波器的输入和输出端口可以互换，可广泛应用在光纤通讯和光纤激光器。
Description
技术领域
本发明涉及了一种宽带可调谐光纤带通滤波器。属于滤波器技术。
背景技术
光纤滤波器具有体积小，集成度高，高信噪比，分辨率高，插损低，易于和现有光通讯器件很好连接的优势，广泛应用于光通信领域，非线性光学等学科。目前使用的光纤滤波器可分为基于光纤光栅，Mach-Zehnder干涉仪，集成阵列波导光栅。基于光纤光栅滤波器需掩膜，温度控制等附加技术的支持使得成本增加，技术实现复杂，对偏振敏感，而且无法实现宽带可调谐的技术。基于Mach-Zehnder干涉原理的滤波器，难于精确控制波长，而且带通顶部不平坦。基于集成阵列波导光栅的滤波器，带宽较窄，制作工艺复杂。因此制作结构简单，稳定，宽带可调谐，成本低的带通滤波器具有突出的技术进步和商业前景。全固带隙光纤和布拉格光纤以其特有的带隙特性，适于制作成稳定，简单，易于精确控制，可宽带调谐的光纤带通滤波器。全固带隙光纤是一种带隙光纤。该种光纤在红外和可见光波段内有数个低损传输耗窗口。当光纤弯曲时，传输窗口的不同位置所受弯曲损耗影响不一样，窗口长波长处受到的影响较小，而短波长处受到的影响较大。这样利用不同的弯曲半径，调谐低损耗窗口的短波长边界。布拉格光纤是一维结构的带隙光纤。类似于全固带隙光纤，该种结构的低损耗传输窗口受光纤的弯曲损耗影响。当光纤弯曲时，在传输窗口的截止边界向内移动，随着弯曲半径的减小，传输窗口的带宽也将不断减小。有关涉及到本发明技术的文献和报道如下：
[1]F.Luan，A.K.George，T.D.Hedley，G.J.Pearce，D.M.Bird，J.C.Knight，P.and St.J.Russell，“All-solid photonic band gap fiber，”Opt.Lett.29，2369-2371(2004).
[2]A.Argyros，T.A.Birks，S.G.Leon-Saval，C.M.B.Cordeiro，F.Luan，and P.St.J.Russell，“Photonic bandgap with an index step of one percent，”Opt.Express 13，309-314(2005).
[3]T.A.Birks，F.Luan，G.J.Pearce，A.Wang，J.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，″J.Opt.Soc.Am.68(9)，1196-1201(1978).
[5]C.Martijn de Sterke，I.M.Bassett，and Arthur G.Street，“Differential losses in Braggfibers，”J.Appl.Phys 76(2)，680-688(1994).
[6]M.Ibanescu，Y.Fink，S.Fan，E.L.Thomas，and J.D.Joannopoulos“An All-DielectricCoaxial Waveguide，″Science 289，415-419(2000).
发明内容
本发明的目的是提供一种宽带可调谐光纤带通滤波器。该滤波器结果简单，使用过程中不受温度影响，对偏振不敏感。
本发明通过下述技术方案加以实现的，一种宽带可调谐光纤带通滤波器，该滤波器包括输入和输出耦合单模光纤1和4，其特征在于，在输入和输出的单模光纤1和4之间，串接一个无弯曲的全固带隙光纤2和一个弯曲成直径为2cm至5cm圆的布拉格光纤3，或串接一个弯曲成直径为12cm至40cm圆的全固带隙光纤5和一个无弯曲的布拉格光纤6，或串接一个弯曲成直径为12cm至40cm圆的全固带隙光纤5和一个弯曲成直径为2cm至5cm圆的布拉格光纤3。所述的全固带隙光纤中低折射率材料为石英(SiO2)，折射率为1.4585，高折射率材料为掺锗(Ge)的石英，折射率为1.4876，高折射率材料圆柱以三角形对称结构分布在低折射率材料中，格点之间的间距为8μm，高折射率材料棒的直径和格点间距之间的比值是0.44，纤芯为12μm；布拉格光纤由纤芯和包层构成，纤芯为实心圆，直径为0.85μm，折射率为1.4530，其外面是包层，包层依次由折射率为1.463212和折射率为1.4395相间排列的12层同心圆材料构成。包层中的高折射率同心圆环厚度为0.8μm，低折射率同心圆环厚度为0.67μm。
与以往报道的光纤滤波器相比，本发明的有如下优点：本发明都是光纤熔接相连，没有其它元件和特殊加工工艺，使得结构简单，成本低，易于制作。该滤波器通过调节全固带隙光纤和布拉格光纤的弯曲直径，控制滤波器传输窗口的短波长边界和长波长边界，调节简单方便，同时实现精确控制。由于本发明使用的都是对偏振不敏感光纤，所以该滤波器对偏振不敏感。以往报道的光纤滤波器传输窗口相对较窄，传输窗口大小的调节范围较小。本滤波器的传输窗口调节范围可以从250nm到50nm，不但宽度可以调谐，而且传输窗口的中心波长也可以调谐，调谐范围从1000nm到1140nm。本滤波器的输入和输出端口可以互换，都可以得到相同的传输窗口。
附图说明
图1：由无弯曲的全固带隙光纤和弯曲成圆的布拉格光纤构成本发明宽带可调谐带通滤波器的结构示意图。
图2：由弯曲成圆的全固带隙光纤和无弯曲的布拉格光纤构成本发明宽带可调谐带通滤波器的结构示意图。
图3：由弯曲成圆的全固带隙光纤和弯曲成圆的布拉格光纤构成本发明宽带可调谐带通滤波器的结构示意图。
图中，1为单模光纤，2为无弯曲的全固带隙光纤，3为弯曲成圆的布拉格光纤，4为单模光纤，5为弯曲成圆的全固带隙光纤，6为无弯曲的布拉格光纤。
图4：全固带隙光纤的端面扫描电镜显微图。
图5：布拉格光纤的端面扫描电镜显微图。
图6：白光光源光谱。
图7：本发明如图3所示结构时的传输窗口宽度调谐变化曲线。
图8：本发明如图3所示结构时的传输窗口中心波长调谐变化曲线和本发明如图3所示结构时的传输窗口中心波长调谐变化曲线。其中a为本发明如图1所示结构时的传输窗口中心波长调谐变化曲线，b、c、d为本发明如图3所示结构时的传输窗口中心波长调谐变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明：
宽带可调谐带通滤波器的具体实施方案：首先将单模光纤1和全固带隙光纤，利用标准的光纤熔接机熔接，使用标准单模光纤熔接方法熔接。单模光纤1纤芯直径为9μm，包层直径125μm。长度为1.5m。全固带隙光纤低折射率材料为石英(SiO2)，折射率为1.4585，高折射率材料为掺锗(Ge)的石英，折射率为1.4876，高折射率材料圆柱以三角形对称结构分布在低折射率材料中，格点之间的间距为8μm，高折射率材料棒的直径和格点间距之间的比值是0.44，纤芯为12μm，端面结构如图4，长度为1.6m。然后将全固带隙光纤和布拉格光纤，利用标准的光纤熔接机，使用标准单模光纤熔接方法熔接。布拉格光纤由纤芯和包层构成，纤芯是实心圆，折射率为1.4530，直径为0.85μm，包层由12层高低折射率两种材料的同心圆环沿径向交替出现构成，高折射率材料同心圆环厚度为0.8μm，折射率为1.4632；低折射率材料同心圆环厚度为0.67μm，折射率为1.4395，纤芯和包层区域的直径为21μm，端面结构如图5，长度为1.6m。再将布拉格光纤和单模光纤4，利用标准的光纤熔接机，使用标准单模光纤熔接方法熔接。单模光纤4纤芯直径为9μm，包层直径125μm。长度为1.5m。
本发明的宽带可调谐光纤带通滤波器结构如图1、2、3所示。下面特别就图3所示的结构的不同参数对滤波器传输窗口宽度的影响详细说明如下。单模光纤1作为输入或输出耦合端口，作为输入端口时，将入射光耦合输入到全固带隙光纤5中；作为输出端口时，将光耦合输出，同时也起模式过滤作用，提取全固带隙光纤5的纤芯导模，滤掉包层模式，得到高信噪比滤波窗口。将全固带隙光纤5分别弯曲成直径为12cm、20cm、25cm、30cm、40cm的圆和与之对应的布拉格光纤3分别弯曲成直径为5cm、2.5cm或4cm、4cm、5cm、3cm的圆。标准通讯单模光纤4作为输出或输入耦合端口，作为输出端口时，将光耦合输出，同时也起模式过滤作用，提取布拉格光纤3的纤芯导模，滤掉包层模式，得到高信噪比的滤波窗口；作为输入端口时，将入射光耦合输入到布拉格光纤3中。以标准单模光纤1、4作为输入输出耦合端口，实现和目前常用的光纤器件低损耗连接，降低插入损耗。
将白光光源出射的白光耦合到滤波器入射端，再将滤波器出射端接光谱仪。因为白光光源的光谱在900nm到1200nm内平滑，如图6。这样光谱仪得到的的光谱即为滤波器的传输窗口。由全固带隙光纤5弯曲成直径30cm的圆和布拉格光纤3弯曲成直径5cm的圆得到的传输窗口如图7中曲线a，窗口中心波长为1089nm，宽度为123nm。全固带隙光纤5弯曲成直径为25cm的圆和布拉格光纤3弯曲成直径4cm的圆得到的传输窗口如图7中曲线b，窗口中心波长1085nm，宽度为94nm。全固带隙光纤5弯曲成直径20cm的圆和布拉格光纤3弯曲成直径2.5cm的圆得到的传输窗口如图7中曲线c，窗口中心波长1086nm，宽度52nm。以上三种弯曲直径的组合使得滤波器传输窗口的中心波长没有变化，为1085nm，而宽度从168nm变化到52nm。
当全固带隙光纤5弯曲成直径40cm圆，布拉格光纤3弯曲成直径3cm的圆，滤波器的传输窗口如图8中曲线b，传输窗口中心波长1047nm，宽度为75nm。当全固带隙光纤5弯曲成直径20cm的圆，布拉格光纤3弯曲成直径4cm的圆，滤波器的传输窗口如图8中曲线c，传输窗口中心波长1101nm，宽度为76nm。当全固带隙光纤5弯曲成直径12cm的圆，布拉格光纤3弯曲成直径5cm的圆，滤波器的传输窗口如图8中曲线d，传输窗口中心波长1120nm，宽度为76nm。以上滤波器中的两种光纤弯曲成不同直径对传输窗口的宽度变化影响不大，输出窗口宽度为76nm，而中心波长从1047nm变化到1120nm。
当本发明的结构如图1所示，其中全固带隙光纤2无弯曲，布拉格光纤3弯曲成直径2cm的圆的滤波器传输窗口如图8a所示，传输窗口中心波长为1014nm，宽度为78nm。
Claims (1)
1.一种宽带可调谐光纤带通滤波器，该滤波器包括输入和输出耦合单模光纤，其特征在于，在输入和输出的单模光纤之间，选择下述方式串接：
1)串接一个无弯曲的全固带隙光纤(2)和一个弯曲直径为2cm至5cm圆的布拉格光纤(3)；
2)串接一个弯曲直径为12cm至40cm圆的全固带隙光纤(5)和一个无弯曲的布拉格光纤(6)；或
3)串接一个弯曲直径为12cm至40cm圆的全固带隙光纤(5)和一个弯曲直径为2cm至5cm圆的布拉格光纤(3)；
所述的全固带隙光纤低折射率材料为石英，折射率为1.4585，高折射率材料为掺锗的石英，折射率为1.4876，高折射率材料圆柱以三角形对称结构分布在低折射率材料中，格点之间的间距为8μm，高折射率材料圆柱的直径和格点间距之间的比值是0.44，纤芯为12μm；布拉格光纤(3)由纤芯和包层构成，纤芯为实心圆，直径为0.85μm，折射率为1.4530，其外面是包层，包层依次由折射率为1.463212和折射率为1.4395相间排列的12层同心圆材料构成，包层中的高折射率同心圆环厚度为0.8μm，包层中的低折射率同心圆环厚度为0.67μm。
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