CN102122028A - 基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法。包括：掺氟石英基、插入掺氟石英基中的光纤、设置于光纤中的啁啾闪耀光栅和插入掺氟石英基的光纤阵列；光纤阵列中的光纤轴向与光纤垂直，且啁啾闪耀光栅的成栅面与光纤阵列中光纤轴向呈45°角；光纤阵列的宽度与光纤中啁啾闪耀光栅所形成栅区的长度相同；光纤栅区对应的外表面镀增透膜；光纤阵列靠近光纤的一端设置有微透镜并镀增透膜。本发明能将一组不同波长耦合出，且不同波长的光在光栅区沿光纤径向分布，根据光路可逆，也可以通过不同波长的光沿光纤轴向垂直入射到闪耀啁啾光栅区，实现不同波长光的复用，具有极强的接续性、集成度高、信道间串扰小，温度稳定性好。

Description

基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法。

背景技术

波分复用技术的提出有效展宽了光纤通信网中传输线路的带宽，在现代光纤通信中被广泛应用。波分复用器可以将一组波长的光分解成若干个波长，同时根据光路的可逆性，也可以将若干个波长的光耦合到一起传输。目前光纤通信中使用的波分解复用器主要分为三类：波分复用器、密集波分复用器、粗波分复用器。

目前，投入应用的波分复用器件大多都采用体光学的方法进行分波与合波然后再耦合进光纤，这样就带来了光在器件中损耗大，且器件制作难度大。由于闪耀光纤光栅具有良好的分光特性，研究人员通过制作具有45°角的闪耀光纤光栅将纤芯中传输的光耦合到包层中从侧面辐射出去。目前采用的方案主要是通过制作均匀周期的45°角闪耀光纤光栅，通过不同波长的光在辐射出光纤时具有不同出射角度的原理进行分光。这种方法能有效地将不同波长的光从传输光纤中分开，但是由于不同波长的光都从整个光栅范围的辐射出，仅仅只是有输出角度的差别，所以必须采用较大的体光学模块进行汇聚，从而造成了制造的难度大，集成度低，同时还增加了器件额外的插损和串扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法，以使本发明的波分复用器件具有更强的接续性、更高的集成度、更小的信道间串扰和更好的温度稳定性。

一方面，本发明公开了一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件，包括：掺氟石英基、插入所述掺氟石英基中的光纤、设置于所述光纤中的啁啾闪耀光栅和插入所述掺氟石英基的光纤阵列；所述光纤阵列中的光纤轴向与光纤垂直，且所述啁啾闪耀光栅的成栅面与光纤阵列中光纤轴向呈45°角；所述光纤阵列的宽度与所述光纤中啁啾闪耀光栅所形成栅区的长度相同；所述光纤栅区对应的外表面镀增透膜；所述光纤阵列靠近所述光纤的一端设置有微透镜并镀增透膜。

上述波分复用器件，优选啁啾闪耀光栅中的啁啾改变量为正数。

上述波分复用器件，优选啁啾闪耀光栅中的啁啾改变量为负数。

上述波分复用器件，优选所述光纤为单模光纤，所述光纤阵列中的光纤为单模光纤。

上述波分复用器件，优选包括：所述光纤为多模光纤，所述光纤阵列中的光纤为多模光纤。

本发明还公开了一种上述波分复用器件的加工方法，包括如下步骤：

在两块掺氟石英基底上刻制光纤所匹配的第一卡槽；然后刻制与光纤阵列中的每一光纤所匹配的第二卡槽；所述第一卡槽和第二卡槽的横截面为半圆形；第一卡槽长度由所写制的光栅长度决定； 并且，第一卡槽与第二卡槽相互垂直；在第一卡槽的表面镀增透膜；或者对光栅区侧面进行研磨，然后对研磨面镀增透膜，研磨面与光栅面夹角为45°角；将光纤阵列中的光纤靠近光纤一端的端头处理成微透镜并镀增透膜；根据卡槽，将所述掺氟石英基、插入所述掺氟石英基中的光纤、设置于所述光纤中的啁啾闪耀光栅和插入所述掺氟石英基的光纤阵列进行组装。

本发明能将一组不同波长耦合出，且不同波长的光在光栅区沿光纤径向分布，根据光路可逆，也可以通过不同波长的光沿光纤轴向垂直入射到闪耀啁啾光栅区，实现不同波长光的复用。由于本发明的波分复用器件的输入输出均为光纤，因而能与外接光纤直接熔接。采用的掺氟石英基底具有和光纤同样的材质，具有相同的温度特性，能延长本器件的使用寿命且能抑制因温度变化带来的信道串扰。掺氟石英基能减小器件中光散射的，从而降低器件的插损。本发明基于啁啾闪耀光纤光栅波分复用器件具有极强的接续性、集成度高、信道间串扰小，温度稳定性好。

附图说明

图1为本发明装置的基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器示意图；

图2为两种不同啁啾改变量的具有45°角的啁啾闪耀光纤光栅示意图；

图3为经过微加工开槽后的掺氟石英基块示意图；

图4为栅区侧面经过研磨后的示意图；

图中，101-光纤，102-写制在线芯的倾斜角为45°的啁啾光栅，103-光纤阵列，104-掺氟石英基底，201-放置写制好光纤光栅栅区的卡槽，202-放置阵列光纤的卡槽，301-栅区侧面研磨面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明基于如下原理：

本发明中，通过利用具有45°角闪耀光纤光栅的将芯模变为辐射模和包层模的强烈的耦合特性和啁啾光纤光栅的宽带特性设计出一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件。在闪耀角度为45°，输出光与光纤轴向垂直的条件下，输出波长与光栅周期满足如下关系：

${\mathrm{\λ}}_i=\sqrt{2}\·{\mathrm{\Λ}}_i\·n_{\mathrm{eff}}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)---\left(1\right)$

λ_i为光栅辐射波长，Λ_i为光栅周期，n_eff(λ_i)为光纤中导模的有效折射率。

根据公式(1)可知，当光栅的周期Λ_i不同时，辐射出的波长λ_i也相应地改变。

因此，本发明的波分复用器件是基于啁啾闪耀光纤光栅设计的，在45°角闪耀光纤光栅将线芯中传输光有效耦合出光纤侧面的基础上改变光栅的周期，使得不同波长输出光沿光纤轴向分布，实现不同波长光的分离，根据光路的可逆性，本发明同样可以将不同波长的光耦合到一起传输，即本发明可以实现光的分解和复用。

本发明基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件包括：包括：掺氟石英基、插入掺氟石英基中的光纤、设置于光纤中的啁啾闪耀光栅和插入掺氟石英基的光纤阵列；光纤阵列中的光纤轴向与光纤垂直，且啁啾闪耀光栅的成栅面与光纤阵列中光纤轴向呈45°角；光纤阵列的宽度与光纤中啁啾闪耀光栅所形成栅区的长度相同；光纤栅区对应的外表面镀增透膜；光纤阵列靠近光纤的一端设置有微透镜并镀增透膜。上述实施例中，啁啾闪耀光栅中的啁啾改变量为正数，也可以为负数，即光栅周期沿光纤轴向可以由大到小也可以由小到大。上述实施例中，光纤与光纤阵列中所使用光纤可以是单模光纤也可以是多模光纤，但是光纤与光纤阵列中的光纤同为单模或同为多模。

实例

参照图1，图2，该实施例中，基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件包括：掺氟石英基104，光纤101，写制在光纤101纤芯的45°角啁啾闪耀光栅102，光纤阵列103。由光纤阵列103中的光纤轴向与光纤101垂直，且光纤101中写制的45°角啁啾闪耀光栅102的成栅面与光纤阵列103中光纤轴向呈45°角。光纤阵列103中的光纤密集排列，宽度与光纤101中栅区的长度相同。光纤101与光纤阵列103中所使用光纤可以是单模光纤也可以是多模光纤，但是光纤101与光纤阵列103中的光纤同为单模或同为多模。光纤阵列103中光纤端头均加工成微透镜并镀增透膜，且光纤101的成栅区外部均镀增透膜或对侧面进行研磨并镀增透膜。光纤阵列103在掺氟石英基104中埋入深度为2cm。掺氟石英基底104的宽度H为2.5cm，厚度D为0.5cm，长度L可以根据实际需求改变，可以定为2cm，3cm，5cm，8cm，10cm这几个值。光纤101中所写制的45°角啁啾闪耀光栅102的啁啾改变量可以为正也可以为负，即光栅周期沿光纤轴向可以由大到小也可以由小到大，如图2所示。

上述实施例基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件的可以通过如下方式加工。

步骤1)在两块掺氟石英基底上采用精细加工的方法刻制写制有45°角啁啾闪耀光栅光纤卡槽与光纤阵列卡槽。卡槽横截面的形状为半圆形，直径a₁、a₂分别于写制光栅的光纤直径和组成光纤阵列的光纤直径相同。卡槽长度L₁由所写制的光栅长度决定，卡槽长度L₂＝2cm。45°角啁啾闪耀光栅光纤卡槽与光纤阵列卡槽相互垂直。

步骤2)在已写制45°角啁啾闪耀光栅的光纤的表面镀增透膜，或者对光栅区侧面进行研磨，然后对研磨面镀增透膜，研磨面与光栅面夹角为45°角。

步骤3)组成光纤阵列的光纤端头均制作为微透镜形状并加镀增透膜。

更为具体的说，上述方法可以通过如下方式进行实现：

(1)选用掺氟石英基底2块，分别将其制作成长方体，其厚度D1为0.25cm，宽度H为2.5cm，长度L根据所写制光栅102栅区长度的实际情况而定，可选为2cm，3cm，5cm，8cm，10cm这几个值。

(2)在已制作好的两块石英基底203上利用微加工技术进行刻槽加工，所有刻槽均为半圆形槽：槽201沿石英基底块203的长度L方向，长度L1与所写制的光栅102栅区长度槽的半径与所需放置的光纤一致；槽卡槽阵列202的方向与石英基底的长度方向垂直，每个槽的长度L2为2cm，槽的半径径与需放置的光纤一致。

(3)写制45°角啁啾闪耀光纤光栅102，在光栅102写制完成以后，对栅去表面进行清洗并镀增透膜；或者在对写制完光栅102的光纤侧面进行研磨，研磨面与光栅102的成栅面呈45°角，研磨后进行清洗并在研磨面上镀增透膜。

(4)对光纤阵列103中的光纤端头进行微透镜加工处理，并在透镜表面加镀增透膜。

(5)在刻槽完毕的掺氟石英基203中放置刻有45°角啁啾闪耀光栅的光纤101和光纤阵列103，放置时应使光纤101中光栅102的成栅面与光纤阵列103中的光纤轴向呈45°角；当光纤101的光栅102栅区表面进行研磨加工时，在放置光纤101时必须使研磨面与光纤阵列103中光纤轴向垂直。

(6)将已放置好光纤的掺氟石英基203与另一块也刻有一样刻槽的掺氟石英基203粘合到一起，使得两块掺氟石英基203的刻槽正好将光纤101与光纤阵列103包合。然后再在合到一起的掺氟石英基块104表面以及光纤在掺氟石英基块104的出纤口涂覆并加装铠装。

以上对本发明所提供的一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件及其加工方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于啁啾闪耀光纤光栅的波分复用器件，其特征在于，包括：

掺氟石英基(104)、插入所述掺氟石英基(104)中的光纤(101)、设置于所述光纤(101)中的啁啾闪耀光栅(102)和插入所述掺氟石英基(104)的光纤阵列(103)；

所述光纤阵列(103)中的光纤轴向与光纤(101)垂直，且所述啁啾闪耀光栅(102)的成栅面与光纤阵列(103)中光纤轴向呈45°角；所述光纤阵列(103)的宽度与所述光纤(101)中啁啾闪耀光栅(102)所形成栅区的长度相同；所述光纤(101)栅区对应的外表面镀增透膜；

所述光纤阵列(103)靠近所述光纤的一端设置有微透镜并镀增透膜。

2.根据权利要求1所述的波分复用器件，其特征在于，啁啾闪耀光栅(102)中的啁啾改变量为正数。

3.根据权利要求1所述的波分复用器件，其特征在于，啁啾闪耀光栅(102)中的啁啾改变量为负数。

4.根据权利要求2或3所述的波分复用器件，其特征在于，包括：

所述光纤(101)为单模光纤，所述光纤阵列(103)中的光纤为单模光纤。

5.根据权利要求2或3所述的波分复用器件，其特征在于，包括：

所述光纤(101)为多模光纤，所述光纤阵列(103)中的光纤为多模光纤。

6.根据权利要求1所述的波分复用器件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

在两块掺氟石英基底(104)上刻制光纤(101)所匹配的第一卡槽；然后刻制与光纤阵列(103)中的每一光纤所匹配的第二卡槽；所述第一卡槽和第二卡槽的横截面为半圆形；第一卡槽长度由所写制的光栅长度决定；并且，第一卡槽与第二卡槽相互垂直；

在第一卡槽的表面镀增透膜；或者对光栅区侧面进行研磨，然后对研磨面镀增透膜，研磨面与光栅面夹角为45°角；

将光纤阵列(103)中的光纤靠近光纤(101)一端的端头处理成微透镜并镀增透膜；

根据卡槽，将所述掺氟石英基(104)、插入所述掺氟石英基(104)中的光纤(101)、设置于所述光纤(101)中的啁啾闪耀光栅(102)和插入所述掺氟石英基(104)的光纤阵列(103)进行组装。

Images