CN102354018B - 全光纤带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光纤带通滤波器，其结构为：它由两根普通单模光纤组成，两根普通单模光纤端面相对、轴心错位地连接在一起，连接处形成熔接面，轴心错位的横向偏移距离满足：两根普通单模光纤的纤芯部分无重叠区域，且任一普通单模光纤的纤芯部分均被另一普通单模光纤的包层覆盖；其中一根普通单模光纤上设置有一长周期光纤光栅段；长周期光纤光栅段和熔接面之间的距离，或者，沿光纤轴向零间距设置；或者，沿光纤轴向间隔一定距离设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤通信技术，尤其涉及一种全光纤带通滤波器。
背景技术
光纤通信经过多年的发展，虽然单信道的传输速率已经可以达到10Tbit/s，但是，光纤巨大的带宽资源还没有得到充分利用。
随着通信业务的发展，人们对信道传输速率和信道容量的要求越来越高，波分复用（WDM）技术被越来越广泛地采用；WDM系统可以充分利用光纤的带宽资源，使通信容量提高几十倍甚至上百倍，而且在大容量长途传输系统中也可以节约大量的光纤和再生器，从而大大降低了传输成本。
作为WDM系统的关键技术之一，光纤带通滤波器可以对特定的波长或频率实现选择性的通过，并可根据需要独立地对光网络中的数据流进行处理和控制；目前出现的光纤带通滤波器主要是基于光纤光栅技术，即光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）。FBG与LPFG本身都是传输型的带阻滤波器，为了实现带通功能，需要在FBG中引进相移或者在两个LPFG之间制作芯模阻隔器。但是，通过相移实现的带通滤波器的隔离度较低，而在两个LPFG之间制作芯模阻隔器需要复杂的加工工艺。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种全光纤带通滤波器，其结构为：它由两根普通单模光纤组成，两根普通单模光纤端面相对、轴心错位地连接在一起，连接处形成熔接面，轴心错位的横向偏移距离满足：两根普通单模光纤的纤芯部分无重叠区域，且任一普通单模光纤的纤芯部分均被另一普通单模光纤的包层覆盖；其中一根普通单模光纤上设置有一长周期光纤光栅段；
长周期光纤光栅段和熔接面之间的距离可沿光纤轴向零间距设置，也可沿光纤轴向间隔一定距离设置；
长周期光纤光栅段和熔接面之间沿光纤轴向间隔5mm设置。
在设计中，长周期光纤光栅段的周期和周期数是可变的，通过调节长周期光纤光栅段的周期和周期数，可以使滤波器可处理的波长范围和带宽范围在一定范围内变化，发明人提出的一种典型参数设置为：长周期光纤光栅段上的光纤光栅的周期Λ为650μm、周期数为50；
两根普通单模光纤的纤芯直径为8.3μm，横向偏移距离为40μm。
本发明的有益技术效果是：采用本发明的结构后，使原本具备带阻滤波器性质的长周期光纤光栅具备了带通功能，不再需要设置其他的隔离装置，简化了装置结构。
附图说明
图1、长周期光纤光栅段和熔接面之间沿光纤轴向零间距设置时本发明的结构示意图；（图中箭头所示路径即为基膜和包层模的传输路径，）
图2、长周期光纤光栅段和熔接面之间沿光纤轴向间隔一定距离设置时本发明的结构示意图；（图中箭头所示路径即为基膜和包层模的传输路径，）
图3、横向偏移距离和纤芯能量关系图（图中Offset：偏移距离，Relative power：相对功率）；
图4、谐振波长为1543.4nm的普通长周期光纤光栅的传输谱；（图中Wavelength：波长，单位nm；Amplitude：幅值，单位dB）
图5、本发明的全光纤带通滤波器的传输谱。
具体实施方式
一种全光纤带通滤波器，其结构为：它由两根普通单模光纤1组成，两根普通单模光纤1端面相对、轴心错位地连接在一起，连接处形成熔接面2，轴心错位的横向偏移距离满足：两根普通单模光纤1的纤芯部分无重叠区域，且任一普通单模光纤1的纤芯部分均被另一普通单模光纤1的包层覆盖；其中一根普通单模光纤1上设置有一长周期光纤光栅段1-1；
长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间的距离，可以沿光纤轴向零间距设置，也可以沿光纤轴向间隔一定距离设置；这两种不同的间距设置方式导致器件的工作过程和效果略有差异，同时，两种不同的间距设置方式也使得器件制作时的工艺要求略有不同。
下文将分别叙述两种间距设置情况下器件的工作原理，为了便于叙述，将图1和图2中所示结构的左边那段普通单模光纤1记为A光纤，右边那段普通单模光纤1记为B光纤，B光纤上设置有长周期光纤光栅段1-1；
当长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间沿光纤轴向零间距设置时，本发明的工作原理为：光源从左端耦合进入A光纤后，光以纤芯基模的形式存在并向右传播，当光传输到两段普通单模光纤1的熔接面2处时，由于两段普通单模光纤1的纤芯无重叠且纤芯被包层覆盖（该结构实质上替代了现有的带通滤波器中的阻隔器的功能），光就由A光纤的纤芯进入B光纤的包层内并激发出非对称的包层模；由于长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间沿光纤轴向零间距设置，被激发出的非对称的包层模在几乎无泄露的情况下马上就遇到了长周期光纤光栅段1-1，满足相位匹配条件的非对称的包层模就会被长周期光纤光栅段1-1耦合回B光纤的纤芯，从而形成通带，不满足相位匹配条件的非对称的包层模不会被耦合至B光纤的纤芯，这部分没有被耦合至B光纤纤芯的非对称的包层模在B光纤的包层中传输一段距离后成为泄露模，最终被发散掉。
若长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间沿光纤轴向间隔一定距离设置，此种情况下，本发明的工作原理为：光源从左端耦合进入A光纤后，光以纤芯基模的形式存在并向右传播，当光传输到两段普通单模光纤1的熔接面2处时，由于两段普通单模光纤1的纤芯无重叠且纤芯被包层覆盖，光就由A光纤的纤芯进入B光纤的包层内并激发出非对称的包层模，由于长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间存在一定距离，因此非对称的包层模需要在包层内传输一段距离后才能遇见长周期光纤光栅段1-1，当非对称的包层模与长周期光纤光栅段1-1相遇后，满足相位匹配条件的非对称的包层模就会被长周期光纤光栅段1-1耦合回B光纤的纤芯，从而形成通带，不满足相位匹配条件的非对称的包层模不会被耦合至B光纤的纤芯，这部分没有被耦合至B光纤纤芯的非对称的包层模在B光纤的包层中传输一段距离后成为泄露模，最终被发散掉。
从前面的两种情况下的工作原理的介绍中可以看出，当长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间零间距设置时，由于避免了非对称的包层模的泄露，此时器件的工作效率最高，但是随之而来的是器件的制作要求也相对较高，因为为了实现长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间的“零间距”，在制作器件时，除了需要高精度的设备外，对操作人员的技术要求也相对很高，因此，这种“零间距”的设置条件适合于高性能要求的情况；当长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间间隔一定距离设置时，非对称的包层模在遇见长周期光纤光栅段1-1之前需要先在包层中传输一定距离，有一部分非对称的包层模在传输过程中就泄露了，虽然可以通过调整包层和涂敷层的折射率关系来降低非对称的包层模的泄露比例，但泄露问题仍然存在，因此，长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间间隔一定距离设置时的传输效率不如“零间距设置”，但是“间隔一定距离设置”也有好处，那就是器件制作时的精度要求相对较低，制作的效率与“零间距设置”相比可大幅提高，成本也相对较低，适于非高性能要求情况下的应用；当长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间间隔一定距离设置时，综合考虑工艺难度和器件工作效果，发明人认为，将长周期光纤光栅段1-1和熔接面2之间的间隔距离控制在5mm左右时，既可以保证器件的工作效果较好，又使得加工难度较为适中。
前述的工作过程中，长周期光纤光栅段1-1将非对称的包层模耦合回B光纤的纤芯时，只要使B光纤的纤芯能量很小，非对称的包层模与长周期光纤光栅段1-1发生耦合时就不会发生干涉现象，而B光纤的纤芯能量大小与两根普通单模光纤1的轴心错位的横向偏移距离有关，其关系如图3所示，可通过调节横向偏移距离来调节光纤的纤芯能量，发明人提出的一种优选方案为，若两根普通单模光纤1的纤芯直径为8.3μm，则其横向偏移距离应设置为40μm；
长周期光纤光栅段1-1的参数设定与相位匹配条件相关，长周期光纤光栅段1-1选择不同参数时，所对应的相位匹配条件也不同，通过改变长周期光纤光栅段1-1的参数即可改变相位匹配条件（相位匹配条件的各种参数及其关系应该是本领域技术人员所熟知的基本常识，在此不再赘述）；通过相位匹配条件就可对光信号进行分选；发明人提出的一种优选参数选择方案为：长周期光纤光栅段1-1上的光纤光栅的周期Λ为650μm、周期数为50；
制作器件时，可先在其中一根普通单模光纤1上写入长周期光纤光栅段1-1，然后将两根普通单模光纤1熔接；也可先将两根普通单模光纤1熔接，再在其中一根普通单模光纤1上写入长周期光纤光栅段1-1，相对而言，后一种制作方式难度更高，尤其是如果还要同时保证长周期光纤光栅段1-1和熔接面零间距设置，实际操作中对设备和操作人员的技术要求都十分高。
参见图4，图4为利用CO2激光器按照逐点写入法写入的LPFG的传输谱，LPFG的谐振波长为1543.4nm，谐振峰的幅值为17.86dB。LPFG与偏置熔接点的距离为5mm。LPFG的周期Λ=650μm，光栅的周期数为50。
参见图5，图5为按本发明结构制作的全光纤带通滤波器的传输谱，其参数为：长周期光纤光栅段1-1上的光纤光栅的周期Λ为650μm、周期数为50，长周期光纤光栅段1-1与熔接面之间间隔5mm。从图中可以看出，通带的中心波长为1543.4nm，与LPFG的谐振波长一致，其幅值为-8.25dB。
Claims (3)
1.一种全光纤带通滤波器，其特征在于：它由两根普通单模光纤（1）组成，两根普通单模光纤（1）端面相对、轴心错位地连接在一起，连接处形成熔接面（2），轴心错位的横向偏移距离满足：两根普通单模光纤（1）的纤芯部分无重叠区域，且任一普通单模光纤（1）的纤芯部分均被另一普通单模光纤（1）的包层覆盖；其中一根普通单模光纤（1）上设置有一长周期光纤光栅段（1-1）；
长周期光纤光栅段（1-1）和熔接面（2）之间的距离，或者，沿光纤轴向零间距设置；或者，沿光纤轴向间隔一定距离设置。
2.根据权利要求1所述的全光纤带通滤波器，其特征在于：长周期光纤光栅段（1-1）和熔接面（2）之间沿光纤轴向间隔5mm设置。
3.根据权利要求1或2所述的全光纤带通滤波器，其特征在于：长周期光纤光栅段（1-1）上的光纤光栅的周期Λ为650μm、周期数为50。
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