CN103713411B - 可调谐带通光纤滤波器的制作方法 - Google Patents

可调谐带通光纤滤波器的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光纤技术及光学滤波技术领域，涉及了一种基于液晶的温控可调谐光纤滤波器的制作方法。本发明选用单模运行的两段光纤和折射率随温度线性变化的液晶在石英管内串联；采用二氧化碳激光熔接光纤和石英管；以两段光纤分别作为输入和输出端口；采用密封在石英管内的液晶作为光学折射率调谐介质，基于液晶与石英管形成的多模波导的多模干涉原理，以温度调谐实现滤波器透射峰调谐，实现了基于液晶的温控可调谐带通光纤滤波器的制作。本发明具有制作工艺简单、成本低、调谐方式简单等优点。

Description

可调谐带通光纤滤波器的制作方法
技术领域
本发明属于光纤技术及光学滤波技术领域，特别涉及了一种基于液晶的温控可调谐光纤滤波器的制作方法。
背景技术
光纤的发明，带来了通信领域的革命性变化，基于光纤的光通信系统成为当代信息社会的基石。随着光纤技术的进步和光通信的发展，包括光纤滤波器的在内的光纤功能器件得到了巨大的发展。光纤滤波器在光通信、光纤传感、光纤激光器以及很多基于光学光谱的设备中具有重要的应用价值。光纤滤波器具有光纤兼容、中心波长可调谐等独特优点。
目前已有报告的光纤滤波器主要包括：1、光纤布拉格光栅光纤滤波器，是一种反射型光纤滤波器，属于透射式带阻光纤滤波器，制作设备价格高昂；2、长周期光纤光栅光纤滤波器，也是一种透射式带阻光纤滤波器，制作设备价格高昂；3、法布里-珀罗光纤滤波器，属于透射式带通滤波器，其主要缺点是制作工艺复杂，价格昂贵；4、萨德纳克光纤环滤波器，是一种梳妆滤波器。因此，开发一种制作工艺简单、成本较低的透射式带通光纤滤波器具有重要的应用价值。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提出了一种基于液晶的温控可调谐带通光纤滤波器的制作方法。
实现本发明的装置包括一段输入光纤、一段石英管、一种折射率对温度敏感的液晶、一段输出光纤、一个温控装置。输入光纤和输出光纤的外径必需和石英管的内径一致；输入光纤的输出端、液晶及输出光纤的输入端在石英管内依次串联；输入光纤、石英管、液晶、输出光纤都被密封在温控装置内部；输入光纤的输入端口作为可调谐带通光纤滤波器的输入端口；输出光纤的输出端口作为可调谐带通光纤滤波器的输出端口。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤(1)选用单模运行、外径为d、长度大于20cm、光纤端面经过良好处理的一段输入光纤和一段输出光纤；选用折射率随温度线性变化且折射率大于石英折射率的液晶5mL以上；选用外径为D、内径为d、长度为Ls(5cm<Ls<20cm)的一段石英管；选用温度能精确控制在0至100度的温控装置；
步骤(2)将输入光纤的输入端从石英管的一端插入石英管内直至充满整个石英管；将石英管植入液晶内，将输入光纤部分抽出石英管，使得石英管吸入部分液晶，石英管内部液晶长度为L(5cm<Ls<10cm)；将输出光纤的输入端从石英管的另一端插入石英管内直至石英管内的液晶处于石英管中间部位；
步骤(3)采用二氧化碳激光照射石英管和输入光纤重叠部分的中间部位，使得输入光纤和石英管熔接；采用二氧化碳激光照射石英管和输出光纤重叠部分的中间部位，使得输出光纤和石英管熔接；将石英管、输入光纤输出部分、输出光纤的输入部分密封在温控装置中；输入光纤的输入端口作为可调谐带通光纤滤波器的输入端口，输出光纤的输出端口作为可调谐带通光纤滤波器的输出端口；
进入可调谐带通光纤滤波器的光从输入光纤进入到液晶部分，由于液晶没有纤芯结构，传输的光在输出光纤的输入端形成了多模干涉；根据多模干涉的原理，只有波长为λ(T)的光才能进入输出光纤并从输出光纤的输出端输出。从可调谐带通光纤滤波器透过的光的透射峰波长λ(T)正比于石英管内液晶的长度(L)及折射率n(T)：
λ(T)＝kLn(T) (1)
其中k是常数，n(T)表示液晶折射率随温度变化而变化。根据公式(1)，调节温控装置的温度，也就是调节液晶温度，就能实现可调谐带通光纤滤波器透射峰波长的调谐。
本发明主要适用于光通信、光纤传感、光纤激光器等领域。本发明具有制作工艺简单、成本低、调谐方式简单等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为实施例中温控装置设定20度情况下可调谐带通光纤滤波器的透射光谱图；
图3为实施例中温控装置设定温度和可调谐带通光纤滤波器透射峰波长的关系图。
具体实施方式
如图1所示，一段输入光纤1、一段石英管2、液晶3、一段输出光纤4和温控装置5。
将输入光纤1的输出端、液晶3及输出光纤4的输入端在石英管2内依次串联；将输入光纤1、石英管2、液晶3、输出光纤4都被密封在温控装置5内部；输入光纤1的输入端口作为可调谐带通光纤滤波器的输入端口；输出光纤4的输出端口作为可调谐带通光纤滤波器的输出端口。输入光纤1和输出光纤4均为外径为125微米、长度为25厘米、光纤端面经过良好处理的普通单模光纤；液晶3的常温折射率为1.51(大于石英折射率1.444)且折射率随温度线性减小；石英管2的外径为1000微米，内径为125微米，长度为10厘米；温控装置5能够精确控制温度在0至100度范围内。
具体实现可调谐带通光纤滤波器的方法包括以下步骤：
(1)选用外径为125微米、长度为25厘米、光纤端面经过良好处理的一段普通单模光纤作为输入光纤1和一段普通单模光纤作为输出光纤4；选用常温折射率为1.51(大于石英折射率1.444)、折射率随温度线性减小的10毫升液晶3；选用外径为1000微米、内径为125微米、长度为10厘米的一段石英管2；选用温度能精确控制在0至100度的温控装置5；
(2)将输入光纤1的输入端从石英管2的一端插入石英管2内直至充满整个石英管2；将石英管2植入液晶内，将输入光纤1部分抽出石英管2，使得石英管2吸入部分液晶3，石英管2内部液晶3长度为6厘米；将输出光纤4的输入端从石英管2的另一端插入石英管2内直至石英管2内的液晶3处于石英管2中间部位；
(3)采用二氧化碳激光照射石英管2和输入光纤1重叠部分的中间部位，使得输入光纤1和石英管2熔接；采用二氧化碳激光照射石英管2和输出光纤4重叠部分的中间部位，使得输出光纤4和石英管2熔接；将石英管2、输入光纤1输出部分、输出光纤4的输入部分密封在温控装置5中。输入光纤1的输入端口作为可调谐带通光纤滤波器的输入端口，输出光纤4的输出端口作为可调谐带通光纤滤波器的输出端口。
按照上述方法所制作的可调谐带通光纤滤波器在温控装置设置温度为20度的情况下所测得的透射光谱图如图2所示；温控装置设定温度和可调谐带通光纤滤波器透射峰波长的关系如图3所示。
本发明利用采用密封在石英管内的液晶作为光学折射率调谐介质，基于液晶与石英管形成的多模波导的多模干涉原理，采用标准的单模光纤作为输入输出端口，以温度调谐实现滤波器透射峰调谐，获得了一个基于液晶的温控可调谐带通光纤滤波器。本发明提供了制作光纤兼容的光学滤波器的方法，在光通信、光纤传感、光纤激光器等领域具有重要的应用价值，具有制作工艺简单、成本低、调谐方式简单等优点。

Claims (1)

1.基于液晶的温控可调谐光纤滤波器的制作方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1)选用单模运行、外径为d、长度大于20cm、光纤端面经过良好处理的一段输入光纤和一段输出光纤；选用折射率随温度线性变化且折射率大于石英折射率的液晶5mL以上；选用外径为D、内径为d、长度为Ls的一段石英管，其中5cm<Ls<20cm；选用温度能精确控制在0至100度的温控装置；
步骤(2)将输入光纤的输入端从石英管的一端插入石英管内直至充满整个石英管；将石英管植入液晶内，将输入光纤部分抽出石英管，使得石英管吸入部分液晶，石英管内部液晶长度为L，其中5cm<L<10cm；将输出光纤的输入端从石英管的另一端插入石英管内直至石英管内的液晶处于石英管中间部位；
步骤(3)采用二氧化碳激光照射石英管和输入光纤重叠部分的中间部位，使得输入光纤和石英管熔接；采用二氧化碳激光照射石英管和输出光纤重叠部分的中间部位，使得输出光纤和石英管熔接；将石英管、输入光纤输出部分、输出光纤的输入部分密封在温控装置中；输入光纤的输入端口作为可调谐带通光纤滤波器的输入端口，输出光纤的输出端口作为可调谐带通光纤滤波器的输出端口；
进入可调谐带通光纤滤波器的光从输入光纤进入到液晶部分，由于液晶没有纤芯结构，传输的光在输出光纤的输入端形成了多模干涉；根据多模干涉的原理，只有透射峰波长为λ(T)的光才能进入输出光纤并从输出光纤的输出端输出；从可调谐带通光纤滤波器透过的光的透射峰波长λ(T)正比于石英管内液晶的长度L及折射率n(T)：
λ(T)＝kLn(T) (1)
其中k是常数，n(T)表示液晶折射率随温度变化而变化；根据公式(1)，调节温控装置的温度，也就是调节液晶温度，就能实现可调谐带通光纤滤波器透射峰波长的调谐。
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