CN103424899B - 一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种同时具有可调谐滤波器及分束器功能的光子晶体光纤可调谐滤波分束器及其制作方法。光子晶体光纤可调谐滤波分束器，包括光子晶体光纤、液晶，空气孔在纤芯周围呈六角形排布且不少于5个周期，距纤芯最近的空气孔为6个，在长度方向上分为滤波部分和分束部分，滤波部分所有空气孔都含有液晶，分束部分距纤芯最近的空气孔中至少有一个含有液晶，滤波部分和分束部分分别安装有温度控制装置。本发明在加温的情况下通过毛细现象很容易注入光子晶体光纤的空气孔中，器件更易实现。因此器件为光纤集成的，器件稳定重复性好，故而体积小，通过温度控制可以同时实现滤波及分束功能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种同时具有可调谐滤波器及分束器功能的光子晶体光纤可调谐滤波分束器，本发明还涉及光子晶体光纤可调谐滤波分束器的制作方法。
技术背景
在现代信息社会中，随着需要传输的信息量不断增加，人们对通信网的要求也不断提高。密集波分复用(DWDM)技术是提供高速、大容量光纤通信系统的最佳方式，随着DWDM在光通信系统的快速发展，单根光纤所需容纳的通道数越来越多，为了对多通道中的某一个波长进行处理，就必须使用滤波器。目前实现滤波功能的方法都是不可调谐。然而，未来的光网络将朝着智能、灵活和可配置性方面发展，而具备可调谐功能的滤波器则是实现这一趋势的重要器件。现在研究的可调谐滤波器主要包括：声光可调谐滤波器，压电陶瓷法布里-玻罗干涉滤波器，马赫曾德尔干涉滤波器等。声光可调谐滤波器可调谐范围大于100纳米，但它们的带宽不够窄。压电陶瓷法布里·玻罗干涉滤波器，虽然有足够大的可调谐范围和窄的带宽，但却由于要求非常高的定位精度使得制作很困难。马赫曾德尔干涉滤波器有非常窄的带宽，但截止深度不够。
同时，光纤分束器又是DWDM技术中不可缺少的光学器件。它是对光信号实现分路、合路和分配的无源器件。
目前，应用中的可调谐光学滤波器与分束器完全是独立的两个器件，不利于整个光通讯系统的小型集成化，如果能将这两个功能集成为一个器件，一定会给光通讯及光信息处理领域带来巨大的革命。关于可调谐光学滤波器的研究前面有所介绍。关于光分束器，有人利用玻璃镀膜分束，这种只能分为两束。有人利用光栅进行分束，但级次间能量不均一。有人利用二维光子晶体进行分束，此方面处于研究中。从现有的研究中可以看出，欲将可调谐滤波与分束功能集成于一体是很难的。同时，现在还没有人提出两者的集成问题。本专利提出了解决可调谐滤波器与分束器之间集成的问题，通过对设计器件不同部分进行温度控制可实现器件滤波与分束的不同功能，也可同时实现这两种功能，并且器件没有耦合损耗问题，可以提高光利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具有调谐滤波器及分束器功能的液晶注入式光子晶体光纤可调谐滤波分束器。本发明的目的还在于提供一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器的制作方法。
本发明的目的是这样实现的：
光子晶体光纤可调谐滤波分束器，包括光子晶体光纤、液晶，空气孔在纤芯周围呈六角形排布且不少于5个周期，距纤芯最近的空气孔为6个，在长度方向上分为滤波部分和分束部分，滤波部分所有空气孔都含有液晶，分束部分距纤芯最近的空气孔中至少有一个含有液晶，滤波部分和分束部分分别安装有温度控制装置。
纤芯直径为7.0～9.0微米，空气孔直径为2.0～4.0微米，孔间距为5.0～9.0微米，液晶寻常光折射率大于1.45，折射率各向异性值大于0.1。
温度控制装置能都分别控制滤波部分和分束部分所处温度，温控区长度为4cm，温控区的位置分别在滤波部分和分束部分光输出端。
分束部分距纤芯最近的空气孔中相对的两个空气孔含有液晶。
分束部分距纤芯最近的空气孔中相互间隔的三个空气孔含有液晶。
分束部分距纤芯最近的空气孔中六个空气孔全部含有液晶。
光子晶体光纤可调谐滤波分束器的制作方法，包括：
（1）选择三根端面平整长度为22厘米、纤芯为实心周围布满六角形周期性空气孔的光子晶体光纤；
（2）利用密封胶对三根光纤端面最接近纤芯的空气孔以外的空气孔分别进行封堵，待密封胶固化后，在液晶处于清亮点温度时，将液晶注入光纤中剩余的孔中，由加热时间控制所需注入的深度；
（3）液晶注入完毕降到室温后，将光纤有密封胶的一端切除1厘米；
（4）将光纤新切除的一端放入清亮点温度的液晶中，使得所有的孔都浸在液晶中，通过时间控制所需注入11厘米深度为止，重新切除光纤端面；
（5）在区域长度为4厘米且靠近光输出端的位置加装温度控制装置。
本发明的有益效果在于：
本发明制备的这种液晶注入式光子晶体光纤器件，由于液晶易于流动，在加温的情况下通过毛细现象很容易注入光子晶体光纤的空气孔中，所以器件容易实现。液晶在温度升高达到清亮点温度时转变为各向同性液体，当温度降低时又重新恢复的各向异性向列相液晶，因此器件稳定重复性好。器件为光纤集成的，故而体积小，通过温度控制可以同时实现滤波及分束功能。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1滤波部分和分束部分的截面图；
图3为本发明实施例2滤波部分和分束部分的截面图；
图4为本发明实施例3滤波部分和分束部分的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
本发明液晶注入式光子晶体光纤器件是将液晶注入到纤芯为实心其周围布满空气孔的光子晶体光纤的不同空气孔中，通过对光子晶体光纤不同位置进行温度调节，可以同时获得可调谐滤波器及分束器两种功能。
本发明液晶注入式光子晶体光纤器件是采用这样的方法制作的：
(1)选择三根端面平整的纤芯为实心周围布满六角形周期性空气孔的光子晶体光纤；
(2)利用密封胶对三根光纤端面最临近纤芯相对的两个孔、间隔孔以及六个孔以外的孔分别进行封堵，待密封胶固化后在液晶的清亮点温度将液晶注入光纤中剩余的孔中，通过加热时间控制所需注入的深度；
(3)待液晶注入完毕降到室温后，将光纤有密封胶的一端切除去掉密封胶；
(4)将光纤新切除的一端放入清亮点温度的液晶中，使得所有的孔都浸在液晶中，通过时间控制所需注入的深度；
(5)利用温控台对光纤的不同部分进行温度控制，可以得到滤波及分束功能。
光由光纤的全含液晶部分向局部含液晶方向传输。
实施例1
光子晶体光纤可调谐滤波分束器，包括光子晶体光纤、液晶，空气孔在纤芯周围呈六角形排布且不少于5个周期，距纤芯最近的空气孔为6个，在长度方向上分为滤波部分和分束部分，滤波部分所有空气孔都含有液晶，滤波部分和分束部分分别安装有温度控制装置。分束部分距纤芯最近的空气孔中相对的两个空气孔含有液晶。
实施例2
整体结构与实施例1相同，区别在于：分束部分距纤芯最近的空气孔中相互间隔的三个空气孔含有液晶。
实施例3
整体结构与实施例1相同，区别在于：分束部分距纤芯最近的空气孔中六个空气孔全部含有液晶。
实施例4
整体结构为实施例1-3中的一种，纤芯直径可以选择的尺寸包括7.0微米、7.5微米、8.0微米、8.5微米、9.0微米。
实施例5
整体结构为实施例1-3中的一种，空气孔直径可以选择的尺寸包括2.0微米、2.5微米、3.0微米、3.5微米、4.0微米。
实施例6
整体结构为实施例1-3中的一种，孔间距可以选择的尺寸包括5.0微米、5.5微米、6.0微米、6.5微米、7.0微米、7.5微米、8.0微米、8.5微米、9.0微米
实施例7
整体结构为实施例1-3中的一种，温控区长度为4cm，温控区的位置分别在滤波部分和分束部分光输出端。
上述实施例的制作方法如下：
选择3根长22厘米端面平整的实心光子晶体光纤。其结构参数为：纤芯直径7.0～9.0微米、空气孔直径2.0～4.0微米、孔间距5.0～9.0微米、空气孔在纤芯周围呈六角形排布且不少于5周期；
选用寻常光折射率大于1.45，折射率各向异性值大于0.1的液晶。专利中用，波长在589.3纳米、20℃折射率各向异性值为0.149的纯向列相液晶（BHR33200，北京八亿时空液晶科技股份有限公司）；
在光学显微镜下，利用密封胶对三根光纤一端端面最临近纤芯相对的两个孔、间隔孔以及六个孔以外的孔分别进行封堵。待密封胶固化后，将带有密封胶的光纤端面放入清亮点温度的液晶中，待液晶注满整个光纤孔中停止加热；
将三根光纤有密封胶的一端切除1厘米，将光纤新切除的一端放入清亮点温度的液晶中，使得所有的孔都浸在液晶中，注入时间30分钟，取出后将此端面切除1厘米待用；
利用温度控制台对光纤两个不同区域（全部孔含有液晶部分与局部孔含有液晶部分）进行温度控制，温控区域长度4厘米均靠近该部分光输出端（见图1）。对全部孔含有液晶部分进行温度控制可以得到光谱调谐，对局部孔含有液晶部分进行温度控制可以得到光束分束功能，若对两部分同时进行温度控制可以既具有调谐滤波功能又具有光束分束功能。
光由光纤的全含液晶部分向局部含液晶方向传输。
结合图1、图2与图3，采用本发明制作液晶注入式光子晶体光纤器件的结构包括光子晶体光纤（1）和液晶（2）两部分。通过光纤温控区域（3）对光纤中的液晶进行温度控制可以使入射光（4）获得光谱调谐达到可调谐滤波效果，通过光纤温控区域（5）对光纤中的液晶进行温度控制可以使入射光（4）达到分束的效果。
Claims (10)
1.一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，包括光子晶体光纤、液晶，其特征在于：空气孔在纤芯周围呈六角形排布且不少于5个周期，距纤芯最近的空气孔为6个，在长度方向上分为滤波部分和分束部分，滤波部分所有空气孔都含有液晶，分束部分距纤芯最近的空气孔中至少有一个含有液晶，分束部分距纤芯最近的空气孔以外的外层空气孔中不含有液晶，滤波部分和分束部分分别安装有温度控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的纤芯直径为7.0～9.0微米，空气孔直径为2.0～4.0微米，孔间距为5.0～9.0微米，液晶寻常光折射率大于1.45，折射率各向异性值大于0.1。
3.根据权利要求1或2所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的温度控制装置能都分别控制滤波部分和分束部分所处温度，温控区长度为4cm，温控区的位置分别在滤波部分和分束部分光输出端。
4.根据权利要求1或2所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中相对的两个空气孔含有液晶。
5.根据权利要求3所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中相对的两个空气孔含有液晶。
6.根据权利要求1或2所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中相互间隔的三个空气孔含有液晶。
7.根据权利要求3所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中相互间隔的三个空气孔含有液晶。
8.根据权利要求1或2所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中六个空气孔全部含有液晶。
9.根据权利要求3所述的一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器，其特征在于：所述的分束部分距纤芯最近的空气孔中六个空气孔全部含有液晶。
10.一种光子晶体光纤可调谐滤波分束器的制作方法，其特征是：
(1)选择三根端面平整长度为22厘米、纤芯为实心周围布满六角形周期性空气孔的光子晶体光纤；
(2)利用密封胶对三根光纤端面最接近纤芯的空气孔以外的空气孔分别进行封堵，待密封胶固化后，在液晶处于清亮点温度时，将液晶注入光纤中剩余的孔中，由加热时间控制所需注入的深度；
(3)液晶注入完毕降到室温后，将光纤有密封胶的一端切除1厘米；
(4)将光纤新切除的一端放入清亮点温度的液晶中，使得所有的孔都浸在液晶中，通过时间控制所需注入11厘米深度为止，重新切除光纤端面；
(5)在区域长度为4厘米且靠近光输出端的位置加装温度控制装置。
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