CN110716265A - 一种光纤型超宽带带阻滤波器 - Google Patents

一种光纤型超宽带带阻滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤型超宽带带阻滤波器，所述滤波器包括接收信号光的第一单模光纤，与第一单模光纤连接、接收第一单模光纤输出的信号光的啁啾长周期光纤光栅，涂敷于啁啾长周期光纤光栅表面且厚度大于1mm的高折射率材料涂层，与啁啾长周期光纤光栅连接、接收啁啾长周期光纤光栅输出的信号光并将其输出的第二单模光纤。由于长周期光纤光栅为啁啾光栅，且表面涂敷有厚度大于1mm的高折射率材料，支持泄漏模式，因此可以在很宽的波长范围内将芯层模的能量耦合到泄漏模中并损耗掉，从而形成宽带带阻滤波的效果。本发明在光纤通信和光纤传感领域有一定的应用价值。

Description

一种光纤型超宽带带阻滤波器
技术领域
本发明涉及光纤通信、光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤型超宽带带阻滤波器。
背景技术
长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，一般周期大于10μm，对于特定的工作波长，它可以将芯层模能量耦合到同向传输的包层模中，从而造成相应波长上的传输损耗，形成带阻型滤波的特性。但一般长周期光纤光栅的阻带带宽只有十几至几十纳米，很难实现宽带和超宽带的滤波效果。而宽带带阻滤波器在光纤通信与传感技术中同样有着重要作用，大范围（上百纳米）的阻带带宽可以实现无用信号和背景噪声的屏蔽，对现代超宽带、大信息量光通信与光传感领域的发展意义重大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光纤型超宽带带阻滤波器，以解决现有技术中存在的一般长周期光纤光栅的阻带带宽只有十几至几十纳米，很难实现宽带和超宽带的滤波效果的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种光纤型超宽带带阻滤波器，包括依次连接设置的第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤；
所述啁啾长周期光纤光栅的表面涂敷有涂层；
所述涂层的厚度大于1mm；
所述涂层的折射率大于啁啾长周期光纤光栅的包层的折射率。
进一步的，所述第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤之间为无偏芯连接。
进一步的，所述无偏芯连包括熔接。
进一步的，所述第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤为一体成型结构。
进一步的，所述啁啾长周期光纤光栅的长度为3cm~5cm。
进一步的，所述啁啾长周期光纤光栅的周期由输入端至输出端线性增大或者线性减小；所述周期最大值与最小值的差为3μm~6μm。
进一步的，所述涂层完全覆盖啁啾长周期光纤光栅的表面。
进一步的，所述涂层的射率为1.48~1.62。
进一步的，所述涂层的材料包括丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。
进一步的，所述第一单模光纤和第二单模光纤包括单模通信光纤和单模光敏光纤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明通过在啁啾长周期光纤光栅的表面涂敷折射率大于包层折射率的涂层，使得光栅支持由于包层和涂层界面的部分反射而形成的泄漏模，取代了光栅中原来由于包层和空气层界面全反射而形成的包层导模；由于光栅的啁啾特性和泄漏模式的衰减特性，光栅中的芯层模能量可以在很宽的波长范围内耦合至泄漏模中并衰减掉，无法经由第二单模光纤输出，从而实现宽带带阻滤波的效果。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例公开的一种光纤型超宽带带阻滤波器的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的实施例1中带阻滤波器的传输光谱图；
图3为本发明实施例公开的实施例2中带阻滤波器的传输光谱图。
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地、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明公开了一种超宽带带阻滤波器，用于屏蔽一定波长范围内的无用光信号，如图1所示，包括：
接收信号光的第一单模光纤101；
与所述第一单模光纤101连接、接收所述第一单模光纤101输出的信号光的啁啾长周期光纤光栅102；
涂敷在所述啁啾长周期光纤光栅102表面且厚度大于1 mm的涂层103；
所述涂层103的折射率大于啁啾长周期光纤光栅102的包层的折射率。
所述涂层的材料包括丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。
与所述啁啾长周期光纤光栅102连接的、接收所述啁啾长周期光纤光栅102输出的信号光并将其输出的第二单模光纤104；
第一单模光纤101和第二单模光纤104也可以分别称为第一段单模光纤和第二段单模光纤。
第一单模光纤101、啁啾长周期光纤光栅102、第二单模光纤104为同一根单模光纤，啁啾长周期光纤光栅102写制在这一根单模光纤上，而未写制光栅的两端的单模光纤分别作为第一单模光纤101和第二单模光纤104；第一单模光纤101、啁啾长周期光纤光栅102、第二单模光纤104也可以为不同的光纤，此时，啁啾长周期光纤光栅102写制在一段独立的单模光纤上，然后与第一单模光纤101、第二单模光纤104进行无偏芯连接，连接方式包括熔接，或者能将三者连接的其他方式。
啁啾长周期光纤光栅102包括采用紫外曝光方法写制的啁啾长周期光纤光栅和采用CO2激光器写制的啁啾长周期光纤光栅。
啁啾长周期光纤光栅102的长度为3cm~5cm。
啁啾长周期光纤光栅102的周期由输入端至输出端线性增加或者线性减小，周期最大值与最小值的差为3μm~6μm。
啁啾长周期光纤光栅102表面涂敷的涂层103至少要完全覆盖所述啁啾长周期光纤光栅102段。
啁啾长周期光纤光栅102表面涂敷的涂层103的折射率范围为1.48~1.62。
所述光纤型超宽带带阻滤波器的实现原理如下：
从所述第一单模光纤输入的信号光耦合进入所述啁啾长周期光纤光栅，激励起啁啾长周期光纤光栅中的芯层模式。由于所述啁啾长周期光纤光栅包层外涂敷有厚度大于1mm、折射率大于光栅包层折射率的高折射率材料涂层，因此光栅中原来由包层和空气层界面全反射而形成的包层导模已经不复存在，取而代之的是由于包层和涂层的部分反射而形成的泄漏模。进一步，本发明中所述啁啾长周期光纤光栅的周期在优选设定的范围内线性变化，可以使光栅中的芯层导模与泄漏模在很宽的波长范围内满足相位匹配条件，于是，在该波长范围内光栅中的芯层模能量将耦合至泄漏模中损耗掉，无法经由第二单模光纤输出，从而实现了宽带带阻滤波的效果。
本发明的一个关键点是在啁啾长周期光纤光栅表面进行了厚度大于1mm的高折射率材料涂敷。
传统地，在光纤光栅表面进行高折射率涂敷的厚度一般都是纳米级[陈海云，顾铮先，杨颖，“镀膜长周期光纤光栅的单峰宽带滤波特性”，物理学报，vol.61, No.20,2012。]，但在纳米级的涂敷厚度下，空气层仍然相当于光纤光栅的外包层，光纤中的包层模式仍然是导模，它与芯层模的耦合是周期性的，所镀高折射率膜仅仅起到了调制包层模色散的作用。而本发明对啁啾长周期光纤光栅表面进行了厚度大于1mm的高折射率材料涂敷，此时，该高折射率涂层已相当于光纤光栅的外包层，光纤中的包层导模变为泄漏模。芯层模与泄漏模的耦合是单调的，这种单调耦合特性使得光纤光栅中的芯层模可以有效的耦合到泄漏模中并损耗掉，从而实现良好的滤波效果。因此，在光纤光栅表面进行厚度大于1mm的涂敷与传统的进行纳米级的涂敷相比，光纤光栅的工作机制已经发生了本质的变化，也正是这种变化，使得实现本发明所述的超宽带带阻滤波器成为了可能。
实施例1：
所述第一单模光纤101、啁啾长周期光纤光栅102与第二单模光纤104为同一根单模光纤，此单模光纤参数为：纤芯直径5μm，纤芯折射率1.458，包层直径125μm，包层折射率1.45。所述啁啾长周期光栅102的周期写制在这一根单模光纤上，光栅长度为3.5cm，光栅周期从139μm至143μm线性增加，折射率调制深度为10-3。涂敷于所述啁啾长周期光纤光栅表面的高折射率材料的折射率为1.6，所涂敷的高折射率材料的厚度为1.5mm。
实施例2：
所述第一单模光纤101、啁啾长周期光纤光栅102与第二单模光纤104为同一根单模光纤，此单模光纤参数为：纤芯直径8μm，纤芯折射率1.455，包层直径125μm，包层折射率1.45。所述啁啾长周期光栅102的周期写制在这一根单模光纤上，光栅长度为3cm，光栅周期从176μm至181μm线性增加，折射率调制深度为10-3。涂敷于所述啁啾长周期光纤光栅102表面的高折射率材料的折射率为1.51，所涂敷的高折射率材料的厚度为2mm。
其中，实施例1和实施例2中的单模光纤参数和啁啾长周期光纤光栅参数为优选设定，但并不限于所述固定值；实施例1和实施例2中的高折射率材料折射率和涂敷的厚度为优选设定，但并不限于所述固定值。
图2为本发明公开的实施例1中光纤型超宽带带阻滤波器的传输光谱。由该光谱可以看出，在1.33μm至1.73μm的波长范围内，带阻滤波器的功率损耗都大于25dB，有效带宽为400nm，阻带宽度非常宽且滤波效果良好。
图3为本发明公开的实施例2中光纤型超宽带带阻滤波器的传输光谱。由该光谱可以看出，在1.37μm至1.80μm的波长范围内，带阻滤波器的功率损耗都大于25dB，有效带宽为430nm，阻带宽度非常宽且滤波效果良好。
本发明实施例所提供的光纤型超宽带带阻滤波器结构紧凑、易于封装和批量生产。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，包括依次连接设置的第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤；
所述啁啾长周期光纤光栅的表面涂敷有涂层；
所述涂层的厚度大于1mm；
所述涂层的折射率大于啁啾长周期光纤光栅的包层的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤之间为无偏芯连接。
3.根据权利要求2所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述无偏芯连包括熔接。
4.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述第一单模光纤、啁啾长周期光纤光栅和第二单模光纤为一体成型结构。
5.根据权利要求1所述的超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述啁啾长周期光纤光栅的长度为3cm~5cm。
6.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述啁啾长周期光纤光栅的周期由输入端至输出端线性增大或者线性减小；所述周期最大值与最小值的差为3μm~6μm。
7.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述涂层完全覆盖啁啾长周期光纤光栅的表面。
8.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述涂层的射率为1.48~1.62。
9.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述涂层的材料包括丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。
10.根据权利要求1所述的一种光纤型超宽带带阻滤波器，其特征在于，所述第一单模光纤和第二单模光纤包括单模通信光纤和单模光敏光纤。
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