CN102096158A - 全光纤平坦滤波器及其制作方法 - Google Patents

全光纤平坦滤波器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全光纤平坦滤波器及其制作方法，属于光纤通信、仪器仪表领域。其制作方法是使用紫外激光器(4)对包含了相同折射率的第一芯子(11)、第二芯子(12)和第三芯子(13)的三芯光纤上的第一至第五个照射位置进行照射，使照射位置的折射率和第一芯子及第二芯子和第三芯子的折射率相同，从而在光纤的第一、第二包层内部(22、23)中形成了三个级联的第一、第二、第三环形波导(51、52、53)，三个级联的环形波导和第一芯子(11)及第三芯子(13)组成全光纤平坦滤波器。本发明解决了滤波器的平坦性不好的问题，制作工艺简单、灵活，能够很好与通信光纤匹配，减小连接损耗，具有插损低、封装容易等优点，制作成本低。

Description

全光纤平坦滤波器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种全光纤平坦滤波器，属于光纤通信、仪器仪表领域。
背景技术
随着光纤通信技术的不断发展，光通信网路需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术就在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，而且未来的全光网络需要能够实现各种功能的新型光波导器件。同时，随着波分复用(WDM)技术的问世，光通信的通信容量和传输速率不断增加。这就要求光波导器件的性能不断提高，尤其是光滤波器。
基于微环谐振器的光滤波器满足了上述要求，其具有体积小、功能强、结构简洁等的优点，非常适于大规模单片紧密集成，而且，能够实现上下话路选择、色散补偿、相位滤波等功能，具有精确的中心工作波长、平坦的通带、低损耗、大的动态范围等特点。利用微环制作的有源和无源器件一直在光纤通信领域发挥着重大的作用。
目前，薄膜干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器和法布里-珀罗滤波器及光纤光栅布拉格滤波器是最常用的光滤波器。薄膜干涉滤波器原理简单，是依赖于从薄层束反射的许多光波之间的干涉效应，有成熟的镀膜工艺，但其波长选择性较差，平坦性不高，同时该滤波器与光纤通信系统的匹配性不好；阵列波导光栅滤波器是平面波导集成型滤波器中一种，该滤波器可以灵活地对任意波长的信号进行选择，大大提高了网络节点的重构性，但阵列波导光栅和光开关的价格十分昂贵，且稳定性不高，同时，该滤波器的平坦性有待进一步的提高；法布里-珀罗滤波器及光纤布拉格光栅滤波器都属于全光纤型滤波器，都是直接以光纤为基底，通过引入放大、波长选择等功能来完成对光信号的处理，它们不仅具有插损低、封装容易等优点，但是布里-珀罗滤波器和光纤布拉格光栅滤波器的输出光谱的平坦性仍然不是很好，都需要进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是基于当前光滤波器的平坦性能不高，从而提出了一种具有很好的平坦性的全光纤平坦滤波器。
本发明解决技术其问题所采用的技术方案是：
全光纤平坦滤波器是在具有三个折射率相同的纤芯的三芯光纤上设有第一环形波导、第二环形波导、第三环形波导，三个环形波导的的结构、光程和折射率相同；第一环形波导和第二环形波导串联，第一波导和第三波导并联。
第一波导的右臂和第三波导的左臂重合，第一波导的上端和第二波导的下端相连。
一种全光纤平坦滤波器的制作过程，该制作过程包括以下步骤：
步骤一，取一根长度为1厘米到5厘米，包括相同折射率的第一芯子、第二芯子和第三芯子的三芯光纤，其第一芯子和第二芯子中心之间及第二芯子和第三芯子中心之间的距离都为20微米到30微米，第一芯子、第二芯子和第三芯子的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部和第二包层内部的材料掺有相同的掺杂元素。
步骤二，配置一台紫外激光器。
步骤三，在三芯光纤上，任选一位置作为第一照射位置，在距离第一照射位置10微米到1000微米处，设为第二照射位置。
步骤四，使用紫外激光器逐个对第一照射位置中的和第二照射位置中的第二包层内部进行照射，直到第一照射位置及第二照射位置中的第二包层内部的折射率和双芯光纤的第二芯子及第三芯子的折射率相同，照射停止。
步骤五，第一照射位置的第二包层内部和第二照射位置的第二包层内部及第二芯子和第三芯子，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第一个环形波导。
步骤六，在第一照射位置和第二照射位置之间或在第二照射位置上，选择为第三照射位置。
步骤七，选择第四照射位置，使得该照射位置与第三照射位置的距离等于第一照射位置与第二照射位置的距离。
步骤八，使用紫外激光器逐个对第三照射位置中的和第四照射位置中的第一包层内部进行照射，直到第三照射位置及第四照射位置中的第一包层内部的折射率和双芯光纤的第一芯子及第二芯子的折射率相同，照射停止。
步骤九，第三照射位置的第一包层内部和第四照射位置的第一包层内部及第一芯子和第二芯子，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第二个环形波导。
步骤十，在三芯光纤上，选择第五照射位置，该位置与第二照射位置的距离等于第二照射位置与第一照射位置的距离。
步骤十一，使用紫外激光器对第五照射位置中的第二包层内部进行照射，直到第五照射位置中的第二包层内部的折射率和双芯光纤的第二芯子及第三芯子的折射率相同，照射停止。
步骤十二，第二照射位置的第二包层内部和第五照射位置的第二包层内部及第二芯子和第三芯子，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第三个环形波导。
步骤十三，第一个环形波导、第二个环形波导和第三个环形波导组成了滤波器中的谐振部分，该谐振部分与第一芯子及第三芯子组成基于微环谐振器的全光纤平坦滤波器。
三芯光纤的第一和第二包层内部材料的掺杂元素为Ge和B、Ge或P。
紫外光激光器包括ArF准分子激光器、KrF准分子激光器或CO2激光器。
本发明所具有的有益效果如下：
本发明提出了一种全光纤平坦滤波器。该滤波器是基于多个微环谐振器级联的全光纤滤波器，其具有体积小、功能强、结构简洁等的优点，非常适于大规模单片紧密集成，能够实现上下话路选择、色散补偿、相位滤波等功能，具有精确的中心工作波长、平坦的通带、低损耗、大的动态范围等特点。该滤波器不仅具有插损低、无偏振依赖性、封装容易等优点，而且由于不需要特殊的材料和昂贵的设备，其制作成本较低。同时，由于滤波器中的环形波导是基于动态传输的光来形成谐振效应，因此该滤波器与其他类型的全光纤滤波器(如法布里-珀罗谐振器)相比，平坦性能更加优越。
附图说明
图1为全光纤平坦滤波器的制作示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为全光纤平坦滤波器的制作的右视图。
图4和图5为全光纤平坦滤波器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步说明。
实施例一，一种全光纤平坦滤波器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤一，取一根长度为1厘米，包括折射率都为1.461的第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的三芯光纤，其第一芯子11和第二芯子12中心之间及第二芯子12和第三芯子13中心之间的距离都为30微米，第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部22和第二包层内部23的材料掺有相同的掺杂元素Ge。
步骤二，配置一台紫外激光器4，该紫外激光器采用ArF准分子激光器。
步骤三，在三芯光纤上，任选一位置作为第一照射位置31，在距离第一照射位置31有10微米处，设为第二照射位置32。
步骤四，使用紫外激光器4逐个对第一照射位置31中的和第二照射位置32中的第二包层内部23进行照射，直到第一照射位置31及第二照射位置32中的第二包层内部23的折射率和双芯光纤的第二芯子12及第三芯子13的折射率相同，照射停止。
步骤五，第一照射位置31的第二包层内部23和第二照射位置32的第二包层内部23及第二芯子12和第三芯子13，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第一个环形波导51。
步骤六，在三芯光纤上，选择第三照射位置33，使得第三照射位置33与第二照射位置32重合。
步骤七，在三芯光纤上，选择第四照射位置34，使得第四照射位置34与第一照射位置31重合。
步骤八，使用紫外激光器4逐个对第三照射位置33中的和第四照射位置34中的第一包层内部22进行照射，直到第三照射位置33及第四照射位置34中的第一包层内部22的折射率和双芯光纤的第一芯子11及第二芯子12的折射率相同，照射停止。
步骤九，第三照射位置33的第一包层内部22和第四照射位置34的第一包层内部22及第一芯子11和第二芯子12，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第二个环形波导52。
步骤十，在三芯光纤上，选择第五照射位置35，该位置与第二照射位置32的距离等于第二照射位置32与第一照射位置31的距离，都为10微米。
步骤十一，使用紫外激光器4对第五照射位置35中的第二包层内部23进行照射，直到第五照射位置35中的第二包层内部23的折射率和双芯光纤的第二芯子12及第三芯子13的折射率相同，照射停止。
步骤十二，第二照射位置32的第二包层内部23和第五照射位置35的第二包层内部23及第二芯子12和第三芯子13，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第三个环形波导53。
步骤十三，第一个环形波导51、第二个环形波导52和第三个环形波导53组成了滤波器中的谐振部分，该谐振部分与第一芯子11及第三芯子13组成基于微环谐振器的全光纤平坦滤波器，如图4所示。
实施例二，一种全光纤平坦滤波器的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤一，取一根长度为5厘米，包括折射率都为1.462的第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的三芯光纤，其第一芯子11和第二芯子12中心之间及第二芯子12和第三芯子13中心之间的距离都为20微米，第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部22和第二包层内部23的材料掺有相同的掺杂元素Ge和B。
步骤二，配置一台紫外激光器4，该紫外激光器采用KrF准分子激光器。
步骤三，在三芯光纤上，任选一位置作为第一照射位置31，在距离第一照射位置31有1000微米处，设为第二照射位置32。
步骤四，使用紫外激光器4逐个对第一照射位置31中的和第二照射位置32中的第二包层内部23进行照射，直到第一照射位置31及第二照射位置32中的第二包层内部23的折射率和双芯光纤的第二芯子12及第三芯子13的折射率相同，照射停止。
步骤五，第一照射位置31的第二包层内部23和第二照射位置32的第二包层内部23及第二芯子12和第三芯子13，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第一个环形波导51。
步骤六，在三芯光纤上，选择第三照射位置33，使得第三照射位置33与第一照射位置31相距800微米，与第二照射位置32相距200微米。
步骤七，在三芯光纤上，选择第四照射位置34，使得第四照射位置34与第一照射位置31相距200微米，与第二照射位置32相距1200微米。
步骤八，使用紫外激光器4逐个对第三照射位置33中的和第四照射位置34中的第一包层内部22进行照射，直到第三照射位置33及第四照射位置34中的第一包层内部22的折射率和双芯光纤的第一芯子11及第二芯子12的折射率相同，照射停止。
步骤九，第三照射位置33的第一包层内部22和第四照射位置34的第一包层内部22及第一芯子11和第二芯子12，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第二个环形波导52。
步骤十，在三芯光纤上，选择第五照射位置35，该位置与第二照射位置32的距离等于第二照射位置32与第一照射位置31的距离，都为1000微米。
步骤十一，使用紫外激光器4对第五照射位置35中的第二包层内部23进行照射，直到第五照射位置35中的第二包层内部23的折射率和双芯光纤的第二芯子12及第三芯子13的折射率相同，照射停止。
步骤十二，第二照射位置32的第二包层内部23和第五照射位置35的第二包层内部23及第二芯子12和第三芯子13，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第三个环形波导53。
步骤十三，第一个环形波导51、第二个环形波导52和第三个环形波导53组成了滤波器中的谐振部分，该谐振部分与第一芯子11及第三芯子13组成全光纤平坦滤波器，如图5所示。
实施例三与实施例一和二的区别为：
步骤一，取一根长度为3厘米，包括折射率都为1.463的第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的三芯光纤，其第一芯子11和第二芯子12中心之间及第二芯子12和第三芯子13中心之间的距离都为25微米，第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部22和第二包层内部23的材料掺有相同的掺杂元素P。
步骤二，配置一台紫外激光器4，该紫外激光器采用CO2激光器。
步骤三，在三芯光纤上，任选一位置作为第一照射位置31，在距离第一照射位置31有300微米处，设为第二照射位置32。
步骤六，在三芯光纤上，选择第三照射位置33，使得该位置与第一照射位置31相距150微米，与第二照射位置32相距150微米.
步骤七，在三芯光纤上，选择第四照射位置34，使得该位置与第一照射位置31相距150微米，与第二照射位置32相距450微米。
步骤十，在三芯光纤上，选择第五照射位置35，该位置与第二照射位置32的距离等于第二照射位置32与第一照射位置31的距离，都为300微米。
实施例三所得到的全光纤平坦滤波器的结构示意图为图5。
上述实施方式中，使用的三芯光纤是按照设计要求定做的，该设计要求是包括相同折射率的第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的三芯光纤，其第一芯子11和第二芯子12中心之间及第二芯子12和第三芯子13中心之间的距离都为20微米到30微米，第一芯子11、第二芯子12和第三芯子13的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部22和第二包层内部23的材料掺有相同的掺杂元素。

Claims (5)

1.一种全光纤平坦滤波器，其特征在于，该滤波器是在具有三个折射率相同的纤芯的三芯光纤上设有第一环形波导(51)、第二环形波导(52)、第三环形波导(53)，三个环形波导的的结构、光程和折射率相同；第一环形波导(51)和第二环形波导(52)串联，第一波导(51)和第三波导(53)并联。
2.根据权利要求1所述的一种全光纤平坦滤波器，其特征在于，第一波导(51)的右臂和第三波导(53)的左臂重合，第一波导(51)的上端和第二波导(52)的下端相连。
3.一种全光纤平坦滤波器的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：
步骤一，取一根长度为1厘米到5厘米，包括相同折射率的第一芯子(11)、第二芯子(12)和第三芯子(13)的三芯光纤，其第一芯子(11)和第二芯子(12)中心之间及第二芯子(12)和第三芯子(13)中心之间的距离都为20微米到30微米，第一芯子(11)、第二芯子(12)和第三芯子(13)的中心线在一个平面内，该光纤的第一包层内部(22)和第二包层内部(23)的材料掺有相同的掺杂元素；
步骤二，配置一台紫外激光器(4)；
步骤三，在三芯光纤上，任选一位置作为第一照射位置(31)，在距离第一照射位置(31)10微米到1000微米处，设为第二照射位置(32)；
步骤四，使用紫外激光器(4)逐个对第一照射位置(31)中的和第二照射位置(32)中的第二包层内部(23)进行照射，直到第一照射位置(31)及第二照射位置(32)中的第二包层内部(23)的折射率和双芯光纤的第二芯子(12)及第三芯子(13)的折射率相同，照射停止；
步骤五，第一照射位置(31)的第二包层内部(23)和第二照射位置(32)中的第二包层内部(23)及第二芯子(12)和第三芯子(13)，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第一个环形波导(51)；
步骤六，在第一照射位置(31)和第二照射位置(32)之间或在第二照射位置(32)上，选择为第三照射位置(33)；
步骤七，选择第四照射位置(34)，使得该照射位置与第三照射位置(33)的距离等于第一照射位置(31)与第二照射位置(32)的距离；
步骤八，使用紫外激光器(4)逐个对第三照射位置(33)中的和第四照射位置(34)中的第一包层内部(22)进行照射，直到第三照射位置(33)及第四照射位置(34)中的第一包层内部(22)的折射率和双芯光纤的第一芯子(11)及第二芯子(12)的折射率相同，照射停止；
步骤九，第三照射位置(33)的第一包层内部(22)和第四照射位置(34)的第一包层内部(22)及第一芯子(11)和第二芯子(12)，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第二个环形波导(52)；
步骤十，在三芯光纤上，选择第五照射位置(35)，该位置与第二照射位置(32)的距离等于第二照射位置(32)与第一照射位置(31)的距离；
步骤十一，使用紫外激光器(4)对第五照射位置(35)中的第二包层内部(23)进行照射，直到第五照射位置(35)中的第二包层内部(23)的折射率和双芯光纤的第二芯子(12)及第三芯子(13)的折射率相同，照射停止；
步骤十二，第二照射位置(32)的第二包层内部(23)和第五照射位置(35)的第二包层内部(23)及第二芯子(12)和第三芯子(13)，由于折射率相同，在双芯光纤中形成第三个环形波导(53)；
步骤十三，第一个环形波导(51)、第二个环形波导(52)和第三个环形波导(53)组成滤波器中的谐振部分，该谐振部分与第一芯子(11)及第三芯子(13)组成全光纤平坦滤波器。
4.根据权利要求3所述的一种全光纤平坦滤波器的制作方法，其特征在于，步骤一中的三芯光纤的第一包层内部(22)和第二包层内部(23)材料的掺杂元素为Ge和B、Ge或P。
5.根据权利要求3所述的一种全光纤平坦滤波器的制作方法，其特征在于，步骤二中的紫外光激光器包括：ArF准分子激光器、KrF准分子激光器或CO2激光器。
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