CN103869503A - 多波长光纤滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长光纤滤波器，包括：第一单模光纤、第二单模光纤、光子晶体光纤及温控模块；所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端连接，用于光束的输入；所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端连接，用于光束的输出；所述温控模块贴合在所述光子晶体光纤的侧壁，用于调控所述光子晶体光纤的温度实现对所述多波长光纤滤波器自由光谱范围的调谐；所述光子晶体光纤的空气孔内灌入有用于增强所述光子晶体光纤热敏性能的有机物层；本发明具有自由光谱范围灵活可调及透射光谱顶部平坦的特点。

Description

多波长光纤滤波器

技术领域

本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种多波长光纤滤波器。

背景技术

多波长滤波器在波分复用系统中具有广泛的应用，主要被用作多信道隔离滤波器和波长选择滤波器。

常用的多波长滤波器的实现方案包括晶体双折射、阵列波导光栅和马赫曾德干涉仪（Mach-Zehnder interferometer），其中全光纤型的马赫曾德干涉仪多波长滤波器由于能够很好的与现有的通信系统兼容，插入损耗较小，因而受到较多关注。

现有的信道频率间隔固定的多波长滤波器无法适应动态的光通信系统，因而在实际使用中存在诸多不便；而动态可调的多波长滤波器由于能够实现灵活的滤波效果，所以它更能满足实际的应用需求，因此成为了当前的研究热点。一般的，实现滤波器可调的方案包括机械调节、液晶调节和利用晶体的电光效应进行调节，而针对全光纤型的马赫曾德干涉仪这种结构，热致调谐是一种可靠的备选方案；已有人报道了利用微加热阵列对线性啁啾光纤光栅进行加热实现了可开关的、离散的带通滤波器，但是这种方案的缺点是信道数量很有限，而且其周期性也未必能得到很好的保证。同时，顶部平坦的滤波器是实际应用中所希望的，因为它可以提高信号的保真度以及增强对信号波长漂移的容忍度，现有的技术无法做到平坦透射峰和带宽可调的兼顾。

综上所述，现有信道频率间隔固定的多波长滤波器无法适应动态的光通信系统，导致技术发展受到限制，因而急需开发一种自由光谱范围灵活可调的多波长滤波器，并且要求其能实现大的动态范围。同时，出于对信号高保真度和大的信号波长漂移容忍度的要求，顶部平坦的多波长滤波器是具有切实应用价值的，这也是目前急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多波长光纤滤波器；该多波长光纤滤波器具有自由光谱范围灵活可调及透射光谱顶部平坦的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多波长光纤滤波器，包括：第一单模光纤、第二单模光纤、光子晶体光纤及用于对所述光子晶体光纤进行加热的温控模块；所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端连接，用于光束的输入；所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端连接，用于光束的输出；所述温控模块贴合在所述光子晶体光纤的侧壁，用于调控所述光子晶体光纤的温度实现对所述多波长光纤滤波器自由光谱范围的调谐；所述光子晶体光纤的空气孔内灌入有用于增强所述光子晶体光纤热敏性能的有机物层。

进一步地，所述温控模块包括：基板、若干个发热元件及用于驱动所述发热元件发热的驱动单元；所述若干个发热元件并行排列设置在所述基板上；所述基板设置有所述发热元件的一面贴合在所述光子晶体光纤的侧壁；所述发热元件与所述驱动单元连接。

进一步地，所述驱动单元包括：单片机、电压源、矩阵键盘及控制开关；所述电压源通过控制开关与所述单片机连接；所述单片机分别与所述发热元件、所述矩阵键盘连接。

进一步地，所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端通过光纤熔接机以电弧放电的方式进行连接；和/或，所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端通过光纤熔接机以电弧放电的方式进行连接。

进一步地，所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端通过采用空心套筒以空间耦合的方式进行连接；和/或，所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端通过采用空心套筒以空间耦合的方式进行连接。

进一步地，所述发热元件是硅钼棒、硅碳棒、钼丝、钼顶头、钼电极及热电阻中的一种。

进一步地，所述有机物层是乙醇。

本发明提供的一种多波长光纤滤波器，通过将第一单模光纤的一端与光子晶体光纤的一端连接，第二单模光纤的一端与光子晶体光纤的另一端连接，同时，温控模块贴合在光子晶体光纤的侧壁，光子晶体光纤的空气孔内灌入有机物；使得来自第一单模光纤的光束在与光子晶体光纤的连接处，由于模场失配激发起光子晶体光纤中的基膜和高阶模（包层模），又由于灌入有机物后光子晶体光纤中“纤芯”与“包层”的有效折射率差减小，此时光子晶体光纤中可能存在多个高阶模，不同的模式具有不同的有效折射率，光束在光子晶体光纤中传输后，不同模式间存在相位差，它们会耦合到第二单模光纤中并形成干涉；从获取的透射光谱中可知每一个周期性的阻带波谷附近都有一个消光比很低、带宽很窄的波谷，正是它的出现将透射光谱的波峰部位拉平，实现了顶部平坦的多波长滤波器；同时增设温控模块实现了对多波长滤波器自由光谱范围的调谐。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多波长光纤滤波器原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光子晶体光纤的横截面示意图；

图3为本发明实施例提供的由多波长光纤滤波器所获取的透射光谱示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供的一种多波长光纤滤波器，包括：第一单模光纤100、第二单模光纤200、光子晶体光纤300及用于对光子晶体光纤进行加热的温控模块；其中，第一单模光纤100的一端与光子晶体光纤300的一端连接，用于光束的输入；第二单模光纤200的一端与光子晶体光纤300的另一端连接，用于光束的输出；温控模块（加热阵列元件）贴合在光子晶体光纤300（或者位于光子晶体光纤300的正下方）的侧壁，用于调控光子晶体光纤300的温度实现对多波长光纤滤波器自由光谱范围的调谐；同时，光子晶体光纤300的空气孔301内灌入有用于增强光子晶体光纤300热敏性能的有机物层。

具体而言，请参阅图2，光子晶体光纤300的中心部位设置有若干个空气孔301，且若干个空气孔301依次等间距呈正六边形结构均匀分布，在光子晶体光纤300分别与第一单模光纤100、第二单模光纤200连接之前，可在每一个空气孔301中预先灌入具有较高热光系数的有机物层，以此来增强光子晶体光纤300的热相关性；第一单模光纤100、第二单模光纤200均可通过光纤熔接机以电弧放电的方式与光子晶体光纤300连接，但在试验中发现电弧放电的方式很容易引起光纤中气泡的产生，导致熔接后的光纤出现很大的损耗，因此，本实施例通过选用2个适当尺寸（与第一单模光纤100、第二单模光纤200及光子晶体光纤300外径相适配）的空心套筒，使得第一单模光纤100与光子晶体光纤300之间、第二单模光纤200与光子晶体光纤300之间各自采用一个空心套筒以空间耦合的方式进行连接，以避免通过电弧放电的方式熔接而产生的损耗。

同时，光子晶体光纤300被紧贴在温控模块（加热阵列元件）上，该温控模块可以是由基板401、若干个发热元件402及用于驱动发热元件发热的驱动单元403构成；且若干个发热元件402（相邻发热元件402之间的距离是亚毫米量级）并行排列设置在基板401上；基板401设置有发热元件402的一面贴合在光子晶体光纤300的侧壁；发热元件402与驱动单元403连接。实际作业过程中，每一个发热元件402都是独立可调的，由驱动单元403进行单一控制；优选的，驱动单元403包括：单片机、电压源、矩阵键盘及控制开关；且电压源通过控制开关与单片机连接，对单片机的正常运行进行实时供电；单片机分别与发热元件、矩阵键盘连接，并通过内设控制电路，由矩阵键盘输入控制指令控制对应发热元件402进行发热。

本实施例中，一方面，由第一单模光纤100输出的光束在与光子晶体光纤300的连接处，由于模场失配会激发起光子晶体光纤300中的基膜和高阶模（包层模），当灌入具有较高热光系数的有机物层后，光子晶体光纤300中“纤芯”与“包层”的有效折射率差减小，此时光子晶体光纤300中可能存在多个高阶模，不同的模式具有不同的有效折射率，由第一单模光纤100输出的光束在光子晶体光纤300中传输后，不同模式间存在相位差，它们会耦合到第二单模光纤200中并形成干涉。实际操作中发现每一个周期性的阻带波谷附近都有一个消光比很低、带宽很窄的波谷，正是它的出现将透射光谱的波峰部位拉平，实现了顶部平坦的多波长滤波器；旁瓣波谷消光比很低，而且其阻带很窄，所以只要信号不落在这些旁瓣阻带内都不会产生严重的信号功率衰减。另一方面，通过内设有控制电路的单片机、矩阵键盘来控制每一个发热元件402的开启或关闭（开启则加热）进而实现对多波长滤波器自由光谱范围的调谐，具体来说，可参见图3所示的加热40个连续发热元件402时得到的多波长滤波器透射光谱，当改变加热长度时，模式间的光程差会发生变化，因此自由光谱范围也会随之改变，进而实现可调的滤波效果；同时，也可以采用加热非连续点的方式，即周期性地激活一些发热元件402，构造各类光栅型的加热点分布，进而获得有益的光谱输出，实现滤波效果。

本实施例中，发热元件可以是硅钼棒、硅碳棒、钼丝、钼顶头、钼电极及热电阻中的一种。有机物层可以是乙醇（俗称酒精），由于乙醇的热光系数（3.94x10^-4/K）比二氧化硅（8.6x10^-6/K）的热光系数高两个数量级，因此在光子晶体光纤300的空气孔301中灌入乙醇能有效地增强外界温度变化对其输出光谱的影响，动态范围也随之增大，实现自由光谱范围可调的多波长滤波器。

需要进一步指出的是，本实施例基于马赫曾德干涉仪的原理，在第一单模光纤100与光子晶体光纤300连接处，由于模场失配，来自第一单模光纤100的光束不仅会激发起光子晶体光纤300内的基膜，也会激发起高阶模（包层模），不同模式的有效折射率不同，经光子晶体光纤300传输后不同模式间会存在相位差，随后传输光束耦合进第二单模光纤200中，并在光子晶体光纤300与第二单模光纤200连接处发生干涉，形成周期性的梳状谱；其中，相邻两个波峰或波谷之间的间隔为：Δλ_FSR≈λ²/(Δn_eff·L)，其中Δλ_FSR为模式间的有效折射率差，L为干涉臂长。当温控模块给光子晶体光纤300加热时，由于存在热光效应，所以Δn_eff会发生改变，导致滤波器的自由光谱范围发生变化。同时，本实施例采用高密度的微加热温控模块，每个发热元件402之间的相对距离为亚毫米量级，且每个发热元件都是通过单片机进行独立控制的，由矩阵键盘输入实现对每个发热元件进行控制的控制指令，进而保证精确的加热范围。

本发明提供的一种多波长光纤滤波器，通过将第一单模光纤的一端与光子晶体光纤的一端连接，第二单模光纤的一端与光子晶体光纤的另一端连接，同时，温控模块（加热阵列元件）贴合在光子晶体光纤的侧壁，光子晶体光纤的空气孔内灌入有机物层；使得来自由第一单模光纤的光束在与光子晶体光纤的连接处，由于模场失配激发起光子晶体光纤中的基膜和高阶模（包层模），并通过灌入的有机物层使光子晶体光纤中“纤芯”与“包层”的有效折射率差减小，此时光子晶体光纤中可能存在多个高阶模，不同的模式具有不同的有效折射率，光束在光子晶体光纤中传输后，不同模式间存在相位差，它们会耦合到第二单模光纤中并形成干涉；从获取的透射光谱中可知每一个周期性的阻带波谷附近都有一个消光比很低、带宽很窄的波谷，正是它的出现将透射光谱的波峰部位拉平，实现了顶部平坦的多波长滤波器；同时增设温控模块，可以灵活多样的对输出光谱进行控制，实现了对多波长滤波器自由光谱范围的调谐；且本发明具有动态范围大、调谐精度高、调节灵活及适用性广的特点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多波长光纤滤波器，其特征在于，包括：

第一单模光纤、第二单模光纤、光子晶体光纤及用于对所述光子晶体光纤进行加热的温控模块；

所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端连接，用于光束的输入；所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端连接，用于光束的输出；所述温控模块贴合在所述光子晶体光纤的侧壁，用于调控所述光子晶体光纤的温度实现对所述多波长光纤滤波器自由光谱范围的调谐；所述光子晶体光纤的空气孔内灌入有用于增强所述光子晶体光纤热敏性能的有机物层。

2.根据权利要求1所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述温控模块包括：基板、若干个发热元件及用于驱动所述发热元件发热的驱动单元；

所述若干个发热元件并行排列设置在所述基板上；所述基板设置有所述发热元件的一面贴合在所述光子晶体光纤的侧壁；所述发热元件与所述驱动单元连接。

3.根据权利要求2所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述驱动单元包括：单片机、电压源、矩阵键盘及控制开关；

所述电压源通过控制开关与所述单片机连接；所述单片机分别与所述发热元件、所述矩阵键盘连接。

4.根据权利要求1所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端通过光纤熔接机以电弧放电的方式进行连接；

和/或，

所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端通过光纤熔接机以电弧放电的方式进行连接。

5.根据权利要求1所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述第一单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的一端通过采用空心套筒以空间耦合的方式进行连接；

和/或，

所述第二单模光纤的一端与所述光子晶体光纤的另一端通过采用空心套筒以空间耦合的方式进行连接。

6.根据权利要求2-5任一项所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述发热元件是硅钼棒、硅碳棒、钼丝、钼顶头、钼电极及热电阻中的一种。

7.根据权利要求6所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：

所述有机物层是乙醇。

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