CN102193150A

CN102193150A - 一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法及装置

Info

Publication number: CN102193150A
Application number: CN2011101064219A
Authority: CN
Inventors: 郭团; 关柏鸥
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开了一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法及装置，该方法是将光敏光纤固定在角度调节架上，然后调节啁啾相位掩模板啁啾度和紫外入射光写入角度，并控制写入时间，紫外入射光透过啁啾相位掩模板后在光敏光纤内部写入啁啾倾斜光纤光栅，最后利用聚合物涂覆装置对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆。该装置包括啁啾相位掩模板、角度调节架、光敏光纤以及聚合物涂覆装置。本发明制成的滤波器集成度高、成本低廉、线性度高、滤波范围和滤波斜率灵活可调、对环境干扰不敏感，在全光纤集成增益平坦和高速光纤传感解调领域具有广阔的应用前景。

Description

一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法及装置

技术领域

本发明属于可调边缘滤波器设计领域，特别涉及一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法及装置。

背景技术

可调边缘滤波器在现代光通信系统(如增益平坦、色散补偿等)与光纤网络化传感系统(如高速解调等)中具有举足轻重的作用，实现高线性度边缘滤波和灵活可调的滤波斜率与滤波范围是该领域亟待解决的核心技术与追求目标。

现有光学可调边缘滤波器主要是采用基于电光调制或声光调制等手段的各类光波导器件完成。此类器件的缺点是：与光纤不兼容，通常需要棱镜进行耦合，在降低光传输效率的同时也增加了系统的复杂性，不易操作。开发成本低廉、稳定可靠、全光纤集成的可调边缘滤波器是解决上述两个核心问题的根本途径，具有重要的研究价值和市场发展潜力。

目前在全光纤边缘滤波器开发方面，已经进行了多种尝试，例如长周期光纤光栅滤波法、非对称F-P腔滤波法、WDM滤波法和高双折射光纤Sagnac环镜滤波法。上述存在的共同问题是线性解调范围窄，滤波斜率低，并且极易受温度、抖动等环境因素影响，稳定性不高。例如，R W Fallon等人提出了基于长周期光纤光栅边缘滤波技术实现光纤光栅传感解调(文献“All-fibre optical sensing system：Bragg grating sensor interrogated by a long-period grating，”Meas.Sci.Technol.，1998，9(12)：1969-1973)。此方法存在长周期光纤光栅滤波边缘与传感光纤光栅温度响应不匹配的问题，在实际使用时必须进行温度补偿。并且，长周期滤波谱极易受光纤微弯曲影响，滤波稳定性差。

再如，文献“Tunable multi-wavelength all-fiber Raman source using fiber Sagnac loop filter，”(参见Optics Communications，2003，218(4)，291-295)提出了基于光纤Sagnac环镜滤波方法实现多波长光纤拉曼光源的方法，但此方法干涉条纹极易受到环境温度、应变等因素影响，稳定性差。

因此，需要提供一种开发成本低廉、稳定可靠、全光纤集成的可调边缘滤波器的制备方法及装置。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，该方法制备出的滤波器具有成本低廉、性能稳定的优点，且该方法具有制备方式简单、实现便捷的优点。本发明还提供了一种实现上述方法的装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，将光敏光纤固定在角度调节架上，然后调节啁啾相位掩模板啁啾度和紫外入射光写入角度，并控制写入时间，紫外入射光透过啁啾相位掩模板后在光敏光纤内部写入啁啾倾斜光纤光栅，最后利用聚合物涂覆装置对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆，得到谱线平滑的全光纤可调边缘滤波器。

作为优选方案，啁啾倾斜光纤光栅倾斜角度的写入通过如下三种方式完成：(1)紫外入射光不垂直于啁啾相位掩模板所在平面，啁啾相位掩模板与光敏光纤相平行。这种方法可写制大倾斜角度(倾斜角度大于15°)、实现高阶包层模(LP_1，50以上)增强激发且性能稳定的啁啾倾斜光纤光栅，具有更高的写入效率。

(2)紫外入射光分别垂直于啁啾相位掩膜板所在平面和光敏光纤，啁啾相位掩模板与光敏光纤在垂直于紫外入射光写入平面上呈一定角度。

(3)紫外入射光垂直于光敏光纤，啁啾相位掩模板与光敏光纤在平行于紫外入射光写入平面上呈一定角度。

方案(2)和(3)均在啁啾相位掩模板与光敏光纤之间引入一定的倾斜角度，无需改变光敏光纤位置，仅需调节啁啾相位掩模板倾角，更易操作，适合于写制小倾斜角度，即倾斜角度小于6°的光纤光栅。

一种实现上述制备方法的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备装置，包括啁啾相位掩模板、角度调节架、光敏光纤以及聚合物涂覆装置。

啁啾相位掩模板用于将紫外入射光分束并在光敏光纤表面产生±1级干涉条纹(消除0级)，由此在光敏光纤纤芯内部写入明暗相间的永久折射率调制条纹，即写制啁啾倾斜光纤光栅。倾斜角度的引入使前向传导的入射光被有效激发至后向传导的包层模，而啁啾效应的引入又使得后向激发的大量包层模谱宽展宽，从而将分离的各阶包层模整合为一个谱形整体展宽的透射谱包络，此展宽透射谱包络用以实现可调边缘滤波。

角度调节架用于在紫外入射光与啁啾相位掩膜板之间或者啁啾相位掩膜板与光敏光纤之间引入倾斜角度，从而在光敏光纤内部写入与光敏光纤轴向存在一定倾斜角度的啁啾倾斜光纤光栅。

聚合物涂覆装置用于对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆，得到谱线平滑的全光纤可调边缘滤波器。为了保证光纤表面涂覆层厚度的均匀一致性，涂覆过程中光敏光纤以其中心轴匀速旋转，涂覆层厚度可以通过涂覆时间及光敏光纤旋转速度有效控制。

所述聚合物涂覆材料的折射率大于光敏光纤包层折射率，所述光敏光纤包层折射率为1.45，采用这种材料使得高阶包层模倏释出光纤包层，进而得到谱线平滑的全光纤可调边缘滤波器。

本发明的工作原理如下：利用啁啾倾斜光纤光栅为滤波单元，在传统紫外光相位掩模方式写制光纤光栅的基础上，采用了在啁啾相位掩膜板与入射紫外光之间引入倾角或者啁啾相位掩膜板与光敏光纤之间引入倾角的方法，写制倾斜光纤光栅。光栅倾斜角度的引入使前向传导的入射光被有效激发至后向传导的包层模，而啁啾效应的引入又使得后向激发的大量包层模谱宽展宽，从而将分离的各阶包层模整合为一个谱形整体展宽的透射谱包络。此展宽透射谱的中心波长、谱宽和边缘斜率可通过光栅栅格间距、啁啾调制度、光栅写入时间等参量有效调制。在工作过程中，透过啁啾相位掩模板在光敏光纤纤芯内部写入啁啾倾斜光纤光栅；通过调整相位掩模板啁啾度和紫外光写入角度以及控制写入时间，有效调节啁啾倾斜光纤光栅的滤波斜率和滤波范围；利用聚合物紫外涂覆技术对倾斜光纤光栅进行涂覆，得到滤波曲线平滑的全光纤可调边缘滤波器。

本发明相对于现有技术具有如下优点及效果：

(1)与传统光波导元件边缘滤波器相比，具有集成度高、制作简单、成本低廉、性能稳定等优点。

(2)与现有光纤滤波器相比，本发明具有滤波线性度高(＞99.9％)，滤波谱宽(30～50nm)，滤波谱斜率大(2dB/nm)，滤波中心波长(1480～1600nm)、滤波谱宽(10～50nm)和滤波斜率(0.2～2dB/nm)灵活可调等优点。

(3)在现代光通信系统中，此滤波器具有滤波谱线带宽和中心波长灵活可调的优点，适合于各种宽带光源和光纤放大器的动态增益平坦与色散补偿。

(4)在光纤传感解调应用中，此滤波器具有与普通光纤光栅相同的温度响应灵敏度，可实现基于低成本光强探测的温变自补偿光纤传感。

(5)本发明通过聚合物涂覆进一步平滑透射谱谱线，实现线性度高、滤波范围和滤波斜率灵活可调、以及对环境干扰不敏感的高性能可调光纤滤波器，在全光纤集成增益平坦和高速光纤传感解调领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1(a)是本发明实施例1制备装置的俯视结构示意图；

图1(b)是本发明实施例1制备装置的主视结构示意图；

图2是本发明中进行涂覆的结构示意图；

图3是本发明所制滤波器的滤波曲线效果示意图；

图4(a)是本发明实施例2制备装置的俯视结构示意图；

图4(b)是本发明实施例2制备装置的主视结构示意图；

图5(a)是本发明实施例3制备装置的俯视结构示意图；

图5(b)是本发明实施例3制备装置的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1(a)和(b)所示，一种制备基于全光纤技术的可调边缘滤波器的装置，包含啁啾相位掩模板1、角度调节架2、光敏光纤3。啁啾相位掩模板1用于将紫外入射光分束并在光敏光纤表面产生±1级干涉条纹(消除0级)，由此在光敏光纤纤芯内部写入明暗相间的永久折射率调制条纹，即写制啁啾倾斜光纤光栅；角度调节架2用于在紫外入射光与啁啾相位掩膜板1之间引入倾斜角度，从而在光敏光纤内部写入与光敏光纤轴向存在一定倾斜角度的啁啾倾斜光纤光栅。

在啁啾倾斜光纤光栅写制好后，需采用如图2所示的方法，用聚合物涂覆装置4对其进行涂覆，聚合物涂覆材料折射率大于光纤包层折射率(n＝1.45)，目的是吸收透射谱中高阶包层模引入的波形抖动，从而得到光谱曲线平滑的全光纤可调边缘滤波器。

基于上述装置的制备方法如下，将光敏光纤3固定在角度调节架2上，然后调节啁啾相位掩模板1啁啾度和紫外入射光写入角度，并控制写入时间，紫外入射光透过啁啾相位掩模板1后在光敏光纤3内部写入啁啾倾斜光纤光栅，最后利用聚合物涂覆装置4对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆。

在本实施例中，紫外入射光不垂直于啁啾相位掩模板1所在平面，且啁啾相位掩模板1和光敏光纤3相平行。这种方法可写制大倾斜角度(倾斜角度大于15°)、实现高阶包层模(LP_1，50以上)增强激发且性能稳定的啁啾倾斜光纤光栅，具有更高的写入效率。

图3给出了当倾斜角度为0°、4°、6°、8°、10°，啁啾度为10nm时的倾斜啁啾光纤光栅透射谱图。从图中可以看到，透射谱具有平滑的滤波曲线和中心波长及滤波带宽灵活可调的滤波特性，其滤波特性可通过调整光栅倾斜角度、相位掩模板啁啾度以及写入时间得到有效控制。

实施例2

本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：如图4(a)和(b)所示，在本实施例中，啁啾倾斜光纤光栅写制方法是在啁啾相位掩膜板与光敏光纤之间引入倾角，即紫外入射光分别垂直于啁啾相位掩膜板所在平面和光敏光纤，但啁啾相位掩模板与光敏光纤在垂直于紫外入射光写入平面上呈一定倾斜角度，倾斜角度为5°。

实施例3

本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：如图5(a)和(b)所示，在本实施例中，啁啾倾斜光纤光栅写制方法是在啁啾相位掩膜板与光敏光纤之间引入倾角，即紫外入射光始终垂直于光敏光纤，但啁啾相位掩模板与光敏光纤在平行于紫外入射光写入平面上呈一定倾斜角度，倾斜角度为3°。

所述实施例2和3的方法由于无需改变光敏光纤位置(仅调节相位掩模板倾角)，更易操作，适合于小倾斜角度光纤光栅写制。上述三种实施例所述方法，为制备高滤波斜率、宽滤波宽带的高质量光纤滤波器提供有效手段。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，其特征在于，将光敏光纤固定在角度调节架上，然后调节啁啾相位掩模板啁啾度和紫外入射光写入角度，并控制写入时间，紫外入射光透过啁啾相位掩模板后在光敏光纤内部写入啁啾倾斜光纤光栅，最后利用聚合物涂覆装置对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆。

2.根据权利要求1所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，其特征在于，所述紫外入射光不垂直于啁啾相位掩模板所在平面，啁啾相位掩模板与光敏光纤相平行。

3.根据权利要求1所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，其特征在于，所述紫外入射光分别垂直于啁啾相位掩膜板所在平面和光敏光纤，啁啾相位掩模板与光敏光纤在垂直于紫外入射光写入平面上呈一定倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，其特征在于，所述紫外入射光垂直于光敏光纤，啁啾相位掩模板与光敏光纤在平行于紫外入射光写入平面上呈一定倾斜角度。

5.根据权利要求3或4所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备方法，其特征在于，所述倾斜角度小于6°。

6.一种实现上述制备方法的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备装置，其特征在于：包括啁啾相位掩模板、角度调节架、光敏光纤以及聚合物涂覆装置；

啁啾相位掩模板用于将紫外入射光分束并在光敏光纤表面产生±1级干涉条纹，在光敏光纤纤芯内部写入明暗相间的永久折射率调制条纹，即写制啁啾倾斜光纤光栅；

角度调节架用于在紫外入射光与啁啾相位掩膜板之间或者啁啾相位掩膜板与光敏光纤之间引入倾斜角度，从而在光敏光纤内部写入与光敏光纤轴向存在一定倾斜角度的啁啾倾斜光纤光栅；

聚合物涂覆装置用于对写制好的啁啾倾斜光纤光栅进行涂覆。

7.根据权利要求6所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备装置，其特征在于，所述聚合物涂覆装置所用的涂覆材料的折射率大于光敏光纤包层折射率，所述光敏光纤包层折射率为1.45。

8.根据权利要求6所述的基于全光纤技术的可调边缘滤波器的制备装置，其特征在于，在聚合物涂覆过程中，光敏光纤以其中心轴匀速旋转，涂覆层厚度通过涂覆时间及光敏光纤旋转速度进行控制。