CN107134707A - 一种短腔可调的光纤法布里‑珀罗谐振腔结构及可调激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短腔可调的光纤法布里‑珀罗谐振腔结构及可调激光器，包括左侧光纤、左侧反射镜、透明弹性硅胶、右侧反射镜、右侧光纤，左右侧反射镜分别附着在左右光纤平行的端面并且反射镜面相对设置，透明弹性胶粘合两侧光纤上的反射镜面形成长短且可调的光纤法布里‑珀罗谐振腔。本发明在外界应力作用于该结构时，几乎所有长度变化都发生在透明弹性胶区域，而光纤基本不受外界应力影响，故这种法布里‑珀罗谐振腔的腔长是可调节的；本发明具有结构简单、体积小、腔长短且可调的优点，具有很强的抗腐蚀和抗电磁干扰能力，非常适合在可调滤波器、激光器和传感测量等领域应用。
Description
技术领域
本发明涉及法布里-珀罗谐振腔的研究领域，特别涉及一种短腔可调光纤法布里-珀罗谐振腔结构及可调激光器。
背景技术
目前，法布里-珀罗谐振腔被广泛的应用于激光器、滤波器、干涉仪和传感等各个方面。这种谐振腔具有灵敏度高、结构简单、使用方便等优点。市场上的法布里-珀罗腔多为玻璃反射镜组成的谐振腔，这种谐振腔体积较大、使用不便、制造成本较大，限制了其应用范围。并且市场上所用的谐振腔大多腔长固定，使用很不方便。
随着光纤技术的逐渐成熟，光纤器件成为研究热点。光纤主要由二氧化硅组成，非常小巧，具有非常强的抗腐蚀性和抗电磁干扰能力，非常适合在微型光学器件中应用。通过镀膜技术或者光栅刻写技术，都可以在光纤上形成反射镜面，从而构成微型光纤法布里-珀罗谐振腔。透明弹性胶的化学性质稳定，其杨氏模量和泊松比远小于石英光纤，能够对光纤进行完美地软连接，且其折射率与二氧化硅接近，实现光纤谐振腔的腔长可调功能。
发明内容
1、发明目的。
本发明为了能够实现光纤法布里-珀罗谐振腔的波长调整，同时又适于光纤环境下的低成本高效率使用，从而提出了一种短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构及可调激光器。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明提出了一种短腔可调型光纤法布里-珀罗谐振腔结构，包括左侧光纤、左侧反射镜、透明弹性硅胶、右侧反射镜、右侧光纤，左右侧反射镜分别附着在左右光纤平行的端面并且反射镜面相对设置，透明弹性胶粘合两侧光纤上的反射镜面形成长短且可调的光纤法布里-珀罗谐振腔。
更进一步具体实施方式中，所述反侧射镜面为光纤光栅或者镀膜端面，镀膜优选为金属镀层或多层介质膜。
更进一步具体实施方式中，所述透明弹性胶为透明高聚物胶。
更进一步具体实施方式中，所述的透明高聚物胶为有机硅胶。
更进一步具体实施方式中，所述透明弹性胶的杨氏模量和泊松比分别低于石英光纤。
更进一步具体实施方式中，所述的两个反射镜面距离小于15微米。
更进一步具体实施方式中，所述光纤为普通单模光纤、掺杂增益光纤、多模光纤特种光纤。
一种光纤法布里-珀罗谐振腔结构的可调滤波器，左侧反射镜和右侧反射镜为反射膜或光纤光栅，还包括压电陶瓷、左侧固定胶、右侧固定胶和压电控制器，左侧固定胶、右侧固定胶分别将左侧光纤和右侧光纤固定在压电陶瓷上，压电控制器控制压电陶瓷伸缩。
一种光纤法布里-珀罗谐振腔结构的可调激光器，包括左侧光纤和右侧光纤为掺铒光纤、左侧反射镜和右侧反射镜为布拉格光栅，还包括压电陶瓷、左侧固定胶、右侧固定胶和压电陶瓷控制器；左侧布拉格光栅刻写在左侧掺铒光纤上，右侧布拉格光栅光纤刻写在右侧掺铒光纤上，左侧掺铒光纤和右侧掺铒光纤分别与有机硅胶的左右两侧相连，输入掺铒光纤和输出掺铒光纤分别通过左侧固定胶与右侧固定胶固定在压电陶瓷上，压电陶瓷控制器控制压电陶瓷伸缩。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)本发明透明弹性胶的设置在外界沿光纤轴向拉力的驱动下，这种光纤法布里-珀罗谐振腔的长度是可伸长的，释放沿光纤轴向拉力这种光纤法布里-珀罗谐振腔的长度恢复原状态，因此其谐振腔的长度是调节的。使用中对透明弹性胶的拉伸小于1微米的，保证拉伸过程中透明弹性胶不会脱离光纤。按照图4所示，小于1微米的透明弹性胶伸缩量已经可以引起足够的谐振波长移动。
(2)本发明由于透明弹性胶的杨氏模量和泊松比都远小于光纤，所以外界应力作用于该结构时，几乎所有长度变化都发生在透明弹性胶区域，而光纤基本不受外界应力影响，对光纤的作用损害较小。
(3)、本发明的光纤法布里-珀罗腔的腔长能做到15微米以下，反射镜面的反射率能做到99％以上，实现几十纳米甚至更大的谐振峰间隔。
(4)、本发明采用的反射镜面可以通过光纤镀膜技术获得，通过透明弹性胶连接后形成谐振腔，可应用于可调滤波器和光栅解调仪。
(5)、本发明采用的反射镜面可以通过光栅刻写技术获得，与透明弹性胶结合形成谐振腔，应用于光纤激光器中，可根据需要调节腔长，实现输出波长可调。
综上所述，本发明的一种短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，结构具有灵敏度高、结构简单成本低、腔长可调、适于广泛生产的优点，整个谐振腔皆由光纤和透明弹性胶构成，具有非常强的抗腐蚀性，适合应用于光纤激光器、可调滤波器和光栅解调仪中。
附图说明
附图标记说明：
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是基于本发明装置的滤波器中的结构示意图。
图3是基于本发明装置的光纤激光器中的结构示意图。
图4是本发明中光纤法布里-珀罗腔的腔长发生改变的时候，其中一个谐振波长变化的具体例子。
1-左侧光纤，2-左侧反射镜，3-有机硅胶，4-右侧反射镜，5-右侧光纤，6-压电陶瓷，7-左侧固定胶，8-右侧固定胶，9-压电陶瓷控制器。
具体实施方式
本发明提出的短腔可调型光纤法布里-珀罗谐振腔，包括光纤、反射镜面、透明弹性胶三个部分。光纤一般为端面切平的石英光纤，反射镜面一般为光纤光栅或者光纤镀膜端面，透明弹性胶用于连接两侧的光纤。在该结构中透明弹性胶将两侧的光纤连接起来，形成光纤法布里-珀罗谐振腔，由于透明弹性胶的杨氏模量和泊松比都远小于光纤，所以外界应力作用于该结构时，几乎所有长度变化都发生在透明弹性胶区域，而光纤基本不受外界应力影响，且透明弹性胶的折射率与二氧化硅接近，故在外界沿光纤轴向拉力的驱动下，这种光纤法布里-珀罗谐振腔的长度是可伸长的，释放沿光纤轴向拉力这种光纤法布里-珀罗谐振腔的长度回复原状态，因此其谐振腔的长度是调节的。以下列举具体实施例：
实施例1
如图1所示，一种腔长可调型光纤法布里-珀罗谐振腔，包括左侧光纤1和右侧光纤5为石英光纤、有机硅胶3、左侧反射镜2和右侧反射镜4。其中，左侧反射镜2位于左侧光纤1上，右侧反射镜4位于右侧光纤5上，左侧反射镜2和右侧反射镜4分别与有机硅胶3的左右两侧相连。
本实施例中，左侧光纤1、有机硅胶3和右侧光纤5均为成熟产品，左侧反射镜2和右侧反射镜4所需要的镀膜技术或者光栅刻写技术为现有技术。
实施例2
如图2所示，上述光纤法布里-珀罗谐振腔在可调滤波器中的应用，包括左侧光纤1为输入光纤、右侧光纤5为输出光纤，左侧反射镜2、右侧反射镜4为反射膜、有机硅胶3、、压电陶瓷6、左侧固定胶7、右侧固定胶8和压电控制器9。其中，左侧反射膜2位于左侧光纤1上，右侧反射膜位于右侧光纤5上，左侧反射膜和右侧反射膜分别与有机硅胶3的左右两侧相连，左侧固定胶7和右侧固定胶8分别将左侧光纤1和右侧光纤5固定在压电陶瓷6上，压电控制器9用于控制压电陶瓷6。其中优选的反射膜为多层介质膜，金属反射膜或者光纤光栅。
一种上述装置在可调滤波器方面的应用，包括以下内容：
(1)左侧反射膜镀在输入光纤的右端面上，右侧反射膜镀在输出光纤的左端面上，两个反射膜相当于两个反射镜面，与中间填充的有机硅胶3共同构成了光纤法布里-珀罗谐振腔。
(2)入射光通过输入光纤，进入谐振腔中，经过反射膜2与4的多次反射后在谐振腔内形成驻波，其中，有机硅胶3的长度即谐振腔的腔长为10微米，反射膜反射率为99％，满足谐振条件的光波将从输出光纤中射出，完成滤波功能。
(3)调节压电控制器9，使压电陶瓷6根据实际要求发生伸缩，从而带动粘附在上面的谐振腔伸缩，致使谐振波长发生漂移，达到输出波长可调的滤波目的，其中左侧固定胶和右侧固定胶之间的间距为1cm，它们之间的距离过小会导致谐振波长移动量过小，其中图4是谐振腔伸缩时，谐振波长发生漂移状况的一个具体例子。
本实施例中，光纤、有机硅胶、固定胶、压电陶瓷和压电控制器均为成熟产品，左侧反射膜、右侧反射膜所需要的镀膜技术为现有技术。
实施例3
如图3所示，上述光纤法布里-珀罗谐振腔在可调激光器方面的应用，包括左侧光纤1为输入掺铒光纤、左侧反射镜2为布拉格光栅、有机硅胶3、右侧反射镜4为布拉格光栅、右侧光纤5输出掺铒光纤、压电陶瓷6、左侧固定胶7、右侧固定胶8和压电陶瓷控制器9。其中，左侧布拉格光栅刻写在输入掺铒光纤，右侧掺铒光纤刻写在输出掺铒光纤上，输入掺铒光纤和输出掺铒光纤分别与有机硅胶3的左右两侧相连，左侧固定胶7与右侧固定胶8将输入掺铒光纤和输出掺铒光纤分别固定在压电陶瓷6上，压电陶瓷控制器9用于控制压电陶瓷6的伸缩。
一种上述装置的在可调激光器方面的应用，包括以下内容：
(1)左侧布拉格光栅刻写在在输入掺铒光纤上，右侧掺铒光纤刻写在输出掺铒光纤上，两个布拉格光栅相当于两个反射镜面，共同构成了光纤法布里-珀罗谐振腔，其中，优选的，布拉格波光栅的栅区长度为2mm。
(2)左右两侧的布拉格光栅之间的掺铒光纤段为激光器的增益介质，左侧掺铒光纤和右侧左侧掺铒光纤中间填充的有机硅胶3，用于固定掺铒光纤并且实现谐振腔的腔长可调，其中，谐振腔的腔长小于15微米
(3)泵浦光从输入掺铒光纤中耦合进入谐振腔中，满足布拉格条件的泵浦光在谐振腔中多次反射，谐振腔中的掺铒光纤对反射的泵浦光进行光放大，满足谐振条件的光从输出掺铒光纤中射出，形成激光。
(4)调节压电控制器9，使压电陶瓷6根据实际要求发生伸缩，从而带动粘附在上面的激光器谐振腔伸缩，致使谐振波长发生漂移，达到输出波长可调的滤波目的，其中，固定胶7和8间距为10cm。
本实施例中，输入掺铒光纤、有机硅胶3、输出掺铒光纤、压电陶瓷6、左侧固定胶7、右侧固定胶8和压电陶瓷控制器9均为成熟产品，左侧布拉格光栅和右侧布拉格光栅所需要的光栅刻写技术为现有技术。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：包括左侧光纤、左侧反射镜、透明弹性硅胶、右侧反射镜、右侧光纤，左右侧反射镜分别附着在左右光纤平行的端面并且反射镜面相对设置，透明弹性胶粘合两侧光纤上的反射镜面形成长短且可调的光纤法布里-珀罗谐振腔。
2.根据权利要求1所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述反侧射镜面为光纤光栅或者镀膜端面，镀膜为金属镀层或多层介质膜。
3.根据权利要求1或2所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述透明弹性胶为透明高聚物胶。
4.根据权利要求3所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述的透明高聚物胶为有机硅胶。
5.根据权利要求3或4所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述透明弹性胶的杨氏模量和泊松比分别低于石英光纤。
6.根据权利要求1所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述的两个反射镜面距离小于15微米。
7.根据权利要求1所述的短腔可调的光纤法布里-珀罗谐振腔结构，其特征在于：所述光纤为普通单模光纤、掺杂增益光纤、多模光纤特种光纤。
8.一种使用权利要求1所述的光纤法布里-珀罗谐振腔结构的可调激光器，其特征在于：左侧反射镜和右侧反射镜为反射膜或光纤光栅，还包括压电陶瓷、左侧固定胶、右侧固定胶和压电控制器，左侧固定胶、右侧固定胶分别将左侧光纤和右侧光纤固定在压电陶瓷上，压电控制器控制压电陶瓷伸缩。
9.一种使用权利要求1所述的光纤法布里-珀罗谐振腔结构的可调激光器，其特征在于：包括左侧光纤和右侧光纤为掺铒光纤、左侧反射镜和右侧反射镜为布拉格光栅，还包括压电陶瓷、左侧固定胶、右侧固定胶和压电陶瓷控制器；左侧布拉格光栅刻写在左侧掺铒光纤上，右侧布拉格光栅光纤刻写在右侧掺铒光纤上，左侧掺铒光纤和右侧掺铒光纤分别与有机硅胶的左右两侧相连，输入掺铒光纤和输出掺铒光纤分别通过左侧固定胶与右侧固定胶固定在压电陶瓷上，压电陶瓷控制器控制压电陶瓷伸缩。
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