CN104834056B - 一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法 - Google Patents

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一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，包括如下步骤：步骤1空芯光纤的制作：空芯光纤中心孔的直径和输入/输出光纤纤芯的直径相等，空芯光纤的外层直径和输入/输出光纤包层的外径相等；步骤2纤芯模式反射器的制作：首先，在保持空芯光纤洞打开的前提下，将输入光纤熔接到空芯光纤上；其次，在输入光纤与空芯光纤连接这端的纤芯端面上镀膜；步骤3，在所述输入光纤中制作出所述的输入LPFG；步骤4，首先，在与步骤2中相同的实验条件下，将输出光纤与空芯光纤开口的这端熔接上，然后，在输出光纤中制作出输出LPFG。本发明同时实现带通和带阻滤波、避免LPFG耦合器结构中通过倏逝波耦合时效率低的问题。

Description

一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法
技术领域
本发明涉及光纤传感领域与光通信无源器件领域，尤其涉及长周期光纤光栅(LPFG)带通带阻滤波器的制作方法。
背景技术
光栅滤波器是用来进行波长选择的光器件，它可以从众多的波长中挑选出所需要的波长。随着光通信技术的发展，光栅滤波器作为波分复用(WDM)光纤网络中必不可少的关键器件，是波分复用光网络中的关键网元之一。自从1996年首次在单模光纤上写出周期为数百个微米的LPFG以来，LPFG由于其制作简单、易于连接、插入损耗低、无后向反射等优点，在光通信领域发挥着越来越重要的作用。此外，LPFG对环境参数(折射率、温度、湿度、应力、弯曲、扭曲等)的变化很敏感，因此，在传感测量方面也具有很大的竞争优势。
长周期光纤光栅作用于同向传输的纤芯导模和包层模之间，它将纤芯导模耦合到向前传输的包层模从而形成谐振波长的损耗峰，呈现出透射型带阻滤波特性。如果在长周期光栅中引入一个相移部分，或者在两个LPFG之间嵌入一个纤芯模式阻滞器，LPFG也可以作为透射型带通滤波器。但不论LPFG作为带通滤波器，还是带阻滤波器，都会浪费掉一部分带宽。为了充分利用波长资源，研究者又提出基于两个平行LPFG、利用两光纤包层间倏逝波耦合效应的LPFG耦合滤波方案，它可以同时实现谐振波长的带通滤波和其他波长的带阻滤波。但为了克服倏逝波耦合效率低的缺点，往往需要特殊制作的光纤或者两根光纤需要特殊的相对位置。
总之，目前的长周期光纤光栅滤波器存在着功能单一或结构复杂、制作困难等缺点。
发明内容
为了克服现有长周期光纤光栅滤波器存在的功能单一、结构复杂和制作困难的不足，本发明提供一种同时实现带通和带阻滤波、避免LPFG耦合器结构中通过倏逝波耦合时效率低问题的长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1空芯光纤的制作
空芯光纤中心孔的直径和输入/输出光纤纤芯的直径相等，空芯光纤的外层直径和输入/输出光纤包层的外径相等；
步骤2纤芯模式反射器的制作
首先，在保持空芯光纤洞打开的前提下，将输入光纤熔接到空芯光纤上；其次，在输入光纤与空芯光纤连接这端的纤芯端面上镀膜；
步骤3反射式长周期光纤光栅的制作
在所述输入光纤中制作出所述的输入LPFG；
步骤4带通带通滤波器的制作
首先，在与步骤2中相同的实验条件下，将输出光纤与空芯光纤开口的这端熔接上，然后，在输出光纤中制作出输出LPFG。
进一步，所述步骤1中，首先通过使用改进的化学气相沉积法使得硅管基底坍塌，以在中心部分获得圆形的洞，然后在合理的温度和拉力下，拉制成所需的空芯光纤。
再进一步，所述步骤2中，在镀膜之前，用一个保护管将光纤围起来；在镀膜之后，在保留空芯光纤有一个合适长度的前提下，切除镀铝膜的这端的一段。
所述镀膜为金属膜或介质膜。
所述步骤3中，利用紫外光(UV)光写入、CO2脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入或机械法，在所述输入光纤中制作出所述的输入LPFG。
所述步骤3中，通过输入LPFG将输入光中的谐振波长从纤芯模式耦合到包层模式中，然后被耗散掉，同时，没有满足相位匹配条件的波长将被所述纤芯模式反射器有效反射，并最终重新耦合回输入端，所以在反射光谱中在谐振波长处显示出带阻特性。
所述步骤4中，输出光栅和输入光栅的形成条件一样。
本发明的技术构思为：通过在串联的两个LPFG之间熔接一段空芯光纤，并通过镀膜的方法制作出纤芯模式反射器，从而同时实现带通和带阻滤波。
本发明的有益效果主要表现在：1)目前长周期光纤光栅滤波器，要么是带阻型的，要么是带通型的，本发明长周期光纤光栅带通带阻滤波器可同时实现带通和带阻滤波；2)与能够同时实现带通和带阻功能的LPFG耦合器所采用的光栅并排结构不同，本发明中两个LPFG采用串联方式，不仅避免了并列的双光纤包层间倏逝波耦合效率低的问题，而且是一种完全的in-fiber的器件，便于与其他光纤器件直接连接。3)本发明提出了利用熔接一段空芯光纤来实现仅在输入光纤纤芯端面镀膜的实验方案。
附图说明
图1是长周期光纤光栅带通带阻滤波器结构示意图。
图2是纤芯模式反射器制作过程示意图。
图3是反射式LPFG的制作示意图。
图4是长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，包括以下步骤：
1)空芯光纤HOF104的制作
首先通过使用改进的化学气相沉积法使得硅管基底坍塌，以在中心部分获得圆形的洞，然后在合理的温度和拉力下，拉制成所需的HOF104：中心孔的直径和输入/输出光纤纤芯的直径相等，HOF的外层直径和输入/输出光纤包层的外径相等。
2)纤芯模式反射器103的制作
纤芯模式反射器的制作步骤参照图2所示。第一，在保持HOF104洞打开的前提下，将输入光纤101熔接到HOF上。第二，在输入光纤101与HOF104连接这端的纤芯端面上镀膜。为了保护光纤包层的外侧，在镀膜之前，将用一个保护管将光纤围起来。最后，在保留HOF104有一个合适长度的前提下，切除镀膜这端的一段。
3)反射式LPFG的制作
参照图3，利用紫外光(UV)光写入、CO2脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入或机械法等方法，在所述输入光纤101中制作出所述的输入LPFG102。
通过输入LPFG102将宽光谱或波分复用输入光109中的谐振波长(如图3中点划线箭头所示)从纤芯模式耦合到包层模式中，包层模式在此处被耗散掉。同时，没有满足相位匹配条件的波长(图3中实线双向箭头所示)将被反射器103有效反射，并最终重新耦合回输入端，所以在反射光谱108中在谐振波长处显示出带阻特性。
4)带通带阻滤波器的制作
参照图3和图4，带通带阻滤波器的制作过程如下：首先，将输出光纤105与HOF104开口的这端熔接上。然后，在输出光纤105中形成输出LPFG106(形成方法与输入LPFG相同)。
制作中应保证输入LPFG102和输出LPFG106的形成条件一样，这是为了使两个LPFG有尽可能一致的传输光谱，这样才能保证包层中的光能够完全耦合回输出光纤105的纤芯中。然后通过测量透射和反射光谱，来优化两个LPFG之间的距离以及HOF段的长度，从而获得更好的信道隔离以及更低的插入损耗。
本实施例制作的长周期光纤光栅带通带阻滤波器，包括输入光纤101及输入LPFG102、输出光纤105及输出LPFG106、空芯光纤104和纤芯模式反射器103，所述输入LPFG102位于所述输入光纤101的纤芯内，所述输出LPFG106位于所述输出光纤105的纤芯内，所述空芯光纤104熔接在所述输入光纤101和输出光纤105所在之间；在输入光纤与空芯光纤熔接的一端设置所述纤芯模式反射器103。
所述纤芯模式反射器103，是通过在输入光纤101与空芯光纤104熔接一端的纤芯处镀膜，以形成反射端面进而制成的。
进一步，所述用于纤芯模式反射器的镀膜，包括金属膜和介质膜。
再进一步，所述输入LPFG102和输出LPFG106的制作方法包括但不限于紫外光(UV)光写入、CO2脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入以及机械法等方法。
参照图1，整个器件的工作过程和原理如下：首先，通过输入光纤101中的输入LPFG102将宽光谱或波分复用输入光109中的谐振波长(图1中点划线箭头所示)从纤芯模式耦合到包层模式LP1m中，谐振波长λm满足相位匹配条件其中Λ、nco和分别指光栅周期、纤芯的有效折射率和LP1m包层模的有效折射率。LP1m包层模式通过空芯光纤104的包层进入输出光纤105的包层中，然后通过输出LPFG 106从包层模式耦合回纤芯模式。这样透射光谱107在谐振波长处实现带通滤波特性。
同时，没有满足相位匹配条件的波长(图1中实线双向箭头所示)将留在输入光纤101的纤芯中。输入光纤101末端的纤芯模式反射器103将有效反射向前传输的、剩余的纤芯模式，并使其最终重新耦合回输入端，所以在反射光谱108中在谐振波长处显示出带阻特性。
实际应用时可利用光环行器来实现输入和反射信号的区分。

Claims (7)

1.一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括如下步骤：
步骤1空芯光纤的制作，
空芯光纤中心孔的直径和输入/输出光纤纤芯的直径相等，空芯光纤的外层直径和输入/输出光纤包层的外径相等；
步骤2纤芯模式反射器的制作，
首先，在保持空芯光纤洞打开的前提下，将输入光纤熔接到空芯光纤上；其次，在输入光纤与空芯光纤连接这端的纤芯端面上镀膜；
步骤3反射式长周期光纤光栅的制作，
在所述输入光纤中制作出输入LPFG；
步骤4带通带阻滤波器的制作，
首先，在与步骤2中相同的实验条件下，将输出光纤与空芯光纤开口的这端熔接上，然后，在输出光纤中制作出输出LPFG。
2.如权利要求1所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤1中，首先通过使用改进的化学气相沉积法使得硅管基底坍塌，以在中心部分获得圆形的洞，然后在合理的温度和拉力下，拉制成所需的空芯光纤。
3.如权利要求1或2所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤2中，在镀膜之前，用一个保护管将光纤围起来；在镀膜之后，在保留空芯光纤有一个合适长度的前提下，切除镀膜的这端的一段。
4.如权利要求3所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述镀膜为金属膜或介质膜。
5.如权利要求1或2所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤3中，利用紫外光UV光写入、CO2脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入或机械法，在所述输入光纤中制作出输入LPFG。
6.如权利要求1或2所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤3中，通过输入LPFG将输入光中的谐振波长从纤芯模式耦合到包层模式中，然后被耗散掉，同时，没有满足相位匹配条件的波长将被所述纤芯模式反射器有效反射，并最终重新耦合回输入端，所以在反射光谱中在谐振波长处显示出带阻特性。
7.如权利要求1或2所述的一种长周期光纤光栅带通带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤4中，输出LPFG和输入LPFG的形成条件一样。
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