CN102073104B - 基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐f-p滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空芯光子带隙光纤和微结构光纤的可调谐F-P滤波器，它由第一单模光纤、空芯光子带隙光纤、微直径光纤段和普通单模光纤段组成；微直径光纤段与普通单模光纤段为整体结构；第一单模光纤的一端与空芯光子带隙光纤的一端熔接；微直径光纤段的直径小于空芯光子带隙光纤的中孔直径，微直径光纤段端部插接在空芯光子带隙光纤的中孔内；微直径光纤段长度大于或等于空芯光子带隙光纤的长度；第一单模光纤与空芯光子带隙光纤熔接处形成第一反射面，微直径光纤段的端面形成第二反射面。本发明的有益技术效果是：解决了现有的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪的腔长不可调谐的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤通信及传感技术，尤其涉及一种基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器。
背景技术
成本低廉的光纤法布里-珀罗干涉仪已经被成功商业化并且近年来被广泛用于测量诸如应变、温度、压力、振动等多种物理量。与非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪相比，本征型光纤法布里-珀罗干涉仪具有损耗低、测量精度高、重复性好，和免受外界干扰等优点。基于简单的熔接方法，人们已经设计并制作出了多种不同结构的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪，主要有以下几种结构：单模光纤与多模光纤熔接，单模光纤与光子晶体光纤熔接，单模光纤与空芯光子带隙光纤熔接，单模光纤与锥形单模光纤熔接。然而，这些现有的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪的腔长不可调谐，限制了其应用领域。
发明内容
本发明提出了一种基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其结构为：它由第一单模光纤、空芯光子带隙光纤、微直径光纤段和普通单模光纤段组成；微直径光纤段与普通单模光纤段为整体结构；
第一单模光纤的一端与空芯光子带隙光纤的一端熔接；微直径光纤段的直径小于空芯光子带隙光纤的中孔直径，微直径光纤段端部插接在空芯光子带隙光纤的中孔内；微直径光纤段长度大于或等于空芯光子带隙光纤的长度；第一单模光纤与空芯光子带隙光纤熔接处形成第一反射面，微直径光纤段的端面形成第二反射面。
空芯光子带隙光纤的外径为110~130 mm，中孔直径为10~12 mm，长度为1~2cm。
微直径光纤段直径为9~11 mm，长度为1~2cm。
微直径光纤段的端面上镀有Au膜。
Au膜厚度为20nm。
第一单模光纤的外径与空芯光子带隙光纤的外径相同。
微直径光纤段由普通单模光纤段端部拉锥而成，普通单模光纤段与微直径光纤段之间的连接部为梯度结构。
本发明的有益技术效果是：解决了现有的本征型光纤法布里-珀罗干涉仪的腔长不可调谐的问题。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、本发明的结构未镀Au膜时的反射谱；
图3、本发明的结构镀有Au膜时的反射谱；
图4、本发明的结构的位移响应曲线。
具体实施方式
本发明的结构为：它由第一单模光纤1、空芯光子带隙光纤2、微直径光纤段3-1和普通单模光纤段3-2组成；微直径光纤段3-1与普通单模光纤段3-2为整体结构；第一单模光纤1的一端与空芯光子带隙光纤2的一端熔接；微直径光纤段3-1的直径小于空芯光子带隙光纤2的中孔直径，微直径光纤段3-1端部插接在空芯光子带隙光纤2的中孔内；微直径光纤段3-1长度大于或等于空芯光子带隙光纤2的长度；第一单模光纤1与空芯光子带隙光纤2熔接处形成第一反射面，微直径光纤段3-1的端面形成第二反射面。
由本发明结构所构成的干涉仪，其腔长可在几厘米范围内调节，可使同一干涉仪适应不同测量环境的需求，避免了现有的干涉仪腔长固定不可调的问题。
本发明提供的一种较好的传感器尺寸选择方案为：空芯光子带隙光纤2的外径为110~130 mm，中孔直径为10~12 mm，长度为1~2cm；微直径光纤段3-1直径为9~11 mm，长度为1~2cm。
为了提高干涉仪的性能，还可在微直径光纤段3-1的端面上镀上Au膜3-4，以提高第二反射面的反射率，镀上Au膜3-4后，其反射率可达90%，参见图2、3，图中分别是镀有Au膜3-4时和未镀Au膜3-4时的干涉仪的反射谱：
图2为未镀Au膜3-4时，在腔长为2.57mm，自然光谱范围为0.45nm条件下的反射谱；图3为镀有Au膜3-4时，干涉仪的腔长分别为2.57mm、1.23mm、0.67mm、 0.36mm，自然光谱范围分别0.45nm、0.94nm、1.72nm、3.22nm条件下的反射谱。实验所用光源光谱仪(Optical Spectrum Analyzer, Agilent 86142B)自带宽带光源(该光源的选择不影响干涉仪本身性能，可选择光谱在1480nm~1610nm范围内的宽带光源均可)，所用光谱仪的最小波长分辨率是0.06nm。从图中可以看出，对于腔长为2.57mm的干涉仪而言，当第二反射面处镀有Au膜3-4后，其干涉条纹的对比度从1dB提高到5dB，明显改善了干涉仪的性能。
Au膜3-4厚度为20nm即可。
为了便于加工、制作，可使第一单模光纤1的外径与空芯光子带隙光纤2的外径相同（外径相同与不同并不影响传感器性能）。
参见图4，微直径光纤段3-1在空芯光子带隙光纤2中的位置不同（对应不同的腔长），其位移-波长灵敏度明显不同，因此，可以通过调节干涉腔的初始长度进而调整干涉仪的灵敏度，以实现不同灵敏度位移检测的需求。
在将本发明的干涉仪应用于实际检测时，可在干涉仪外设置推动装置，以精确控制微直径光纤段3-1和空芯光子带隙光纤2之间的相对位置。
第一单模光纤1、微直径光纤段3-1和普通单模光纤段3-2均采用普通单模光纤；普通单模光纤段3-2的直径无特别要求，普通单模光纤段3-2的长度可根据实际需要切割。
微直径光纤段3-1可采用拉锥方法制作，直接由普通单模光纤段3-2端部拉锥而成，采用拉锥方法制作时，普通单模光纤段3-2与微直径光纤段3-1之间的连接部3-3形成梯度结构。
本发明的用途主要有：1）本发明结构本身就是一个全光纤可调滤波器，可用于不同带宽的信号滤波；2）可用于制作可调谐光纤激光器，由于干涉腔可以比较长，所以制作的可调谐光纤激光器线宽窄，并且是单纵模；3）可用于高分辨率的应变测量，测量分辨率可达nm量级。
Claims (7)
1.一种基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：它由第一单模光纤（1）、空芯光子带隙光纤（2）、微直径光纤段（3-1）和普通单模光纤段（3-2）组成；微直径光纤段（3-1）与普通单模光纤段（3-2）为整体结构；
第一单模光纤（1）的一端与空芯光子带隙光纤（2）的一端熔接；微直径光纤段（3-1）的直径小于空芯光子带隙光纤（2）的中孔直径，微直径光纤段（3-1）端部插接在空芯光子带隙光纤（2）的中孔内；微直径光纤段（3-1）长度大于或等于空芯光子带隙光纤（2）的长度；第一单模光纤（1）与空芯光子带隙光纤（2）熔接处形成第一反射面，微直径光纤段（3-1）的端面形成第二反射面。
2.根据权利要求1所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：空芯光子带隙光纤（2）的外径为110~130 mm，中孔直径为10~12 mm，长度为1~2cm。
3.根据权利要求1所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：微直径光纤段（3-1）直径为9~11 mm，长度为1~2cm。
4.根据权利要求1所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：微直径光纤段（3-1）的端面上镀有Au膜（3-4）。
5.根据权利要求4所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：Au膜（3-4）厚度为20nm。
6.根据权利要求1或2所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：第一单模光纤（1）的外径与空芯光子带隙光纤（2）的外径相同。
7.根据权利要求1所述的基于空芯光子带隙光纤和微光纤的可调谐F-P滤波器，其特征在于：微直径光纤段（3-1）由普通单模光纤段（3-2）端部拉锥而成，普通单模光纤段（3-2）与微直径光纤段（3-1）之间的连接部（3-3）为梯度结构。
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