CN112162364B - 一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法 - Google Patents

一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅，包括光纤和连接件，所述光纤包括一段双芯光纤和一段偏芯光纤，所述双芯光纤内部包括两个轴对称的纤芯一和纤芯二，所述偏芯光纤内部包括一个纤芯三，所述纤芯三距光纤中心点的距离与所述纤芯一和纤芯二的间距的一半，所述纤芯一、纤芯二、纤芯三分别刻写了第一布拉格光栅、第二布拉格光栅和第三布拉格光栅；所述连接件可旋转，包括两个分别用于固定所述双芯光纤和偏芯光纤的光纤插芯和连接两个所述光纤插芯的插芯套筒。本发明也公开了一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅的波长切换方法，实现快速、精确切换相移光纤布拉格光栅的中心波长。

Description

一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法。
背景技术
相移光纤布拉格光栅可在布拉格光栅反射谱阻带中打开线宽极窄的透射窗口，使得光栅对特定波长有更高的选择度，已经成为一种出色的光纤内带通滤波器和波长选择器，并在全光通信，微波光子，光子传感器和单频光纤激光器领域有重要作用。
相移光纤布拉格光栅作为一种重要的光纤器件，在使用中往往需要改变它的中心波长。目前常用的方式有利用温度改变来调整波长和在光栅两端施加应变控制波长。这两种方法都需要较为复杂的结构，不利于器件的小型化，难以做到精确切换，响应的速度也较为缓慢。因此，研究一种结构简单、体积小巧、波长切换速度快、切换精确的相移光纤布拉格光栅器件具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本发明提供一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法，能快速、精确切换相移光纤布拉格光栅的中心波长。
(二)技术方案
基于上述的技术问题，本发明提供一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法，包括光纤和连接件，所述光纤包括一段双芯光纤和一段偏芯光纤，所述双芯光纤内部包括两个轴对称的纤芯一和纤芯二，所述偏芯光纤内部包括一个纤芯三，所述纤芯三距光纤中心点的距离与所述纤芯一和纤芯二的间距的一半，所述纤芯一、纤芯二、纤芯三分别刻写了第一布拉格光栅、第二布拉格光栅和第三布拉格光栅；所述连接件可旋转，包括两个分别用于固定所述双芯光纤和偏芯光纤的光纤插芯和连接两个所述光纤插芯的插芯套筒。
进一步的，所述纤芯一和纤芯二的间距大于20μm。
进一步的，所述第一布拉格光栅的中心波长比所述第三布拉格光栅的中心波长小0.5-1.5nm；所述第二布拉格光栅的中心波长比所述第三布拉格光栅的中心波长大0.5-1.5nm。
进一步的，所述纤芯一、纤芯二、纤芯三的直径均相同。
进一步的，插入偏芯光纤的所述光纤插芯固定不动，插入双芯光纤的所述光纤插芯至少可旋转180度。
进一步的，所述第一布拉格光栅的中心波长是1549.42nm，第二布拉格光栅的中心波长是1551.74n，第三布拉格光栅的中心波长是1550.44nm。
进一步的，所述纤芯一和纤芯三同轴时形成的相移光纤布拉格光栅在环境温度为20℃时的中心波长为1550nm。
进一步的，所述纤芯二和纤芯三同轴时形成的相移光纤布拉格光栅在环境温度为20℃时的中心波长为1551.06nm。
本发明也公开了一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅的波长切换方法，包括以下步骤：
S1、将所述双芯光纤和偏芯光纤分别插入两个光纤插芯，用所述插芯套筒将所述两个光纤插芯接在一起，组装成相移光纤布拉格光栅，并将所述偏芯光纤的尾端通过耦合器与信号光源和光谱仪连接；
S2、转动插入双芯光纤的所述光纤插芯，至光谱图出现第一布拉格反射峰或第二布拉格反射峰，且光谱的基线达到最高，完成光纤的对芯，此时所述第三布拉格光栅与第一布拉格光栅或第二布拉格光栅串联形成相移布拉格光栅，得到第一个中心波长或第二个中心波长；
S3、将插入双芯光纤的所述光纤插芯顺时针旋转180度，此时所述第三布拉格光栅与第二布拉格光栅或第一布拉格光栅串联形成相移布拉格光栅，切换到第二中心波长或第一个中心波长；再将插入双芯光纤的所述光纤插芯逆时针旋转180度，即可切回到第一个中心波长或第二个中心波长。
进一步的，步骤S1中所述双芯光纤和偏芯光纤的一端切平后分别插入两个光纤插芯，并用光纤胶固定。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明通过刻写不同中心波长的布拉格光栅的双芯光纤的纤芯和偏芯光纤的纤芯串联形成两种不同中心波长的相移光纤布拉格光栅，并通过180度旋转切换与偏芯光纤的纤芯串联的双芯光纤的纤芯，实现相移光纤布拉格光栅的中心波长的切换；
(2)本发明虽然本发明所述装置结构简单，但该结构较为巧妙，与常用的利用温度或施加的应变调整中心波长的方法存在很大不同，并具有体积小巧的优点；
(3)本发明所述装置通过180度旋转实现波长切换的操作简单且切换快速、精确，实用性强。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例中双芯光纤与偏芯光纤的连接示意图；
图2为本发明实施例中双芯光纤和偏芯光纤示意图；
图3为本发明实施例相移光纤布拉格光栅中心波长切换的使用示意图；
图4为本发明实施例在环境温度为20℃时，相移光纤布拉格光栅中心波长为1550nm时的光谱图；
图5为本发明实施例在环境温度为20℃时，相移光纤布拉格光栅中心波长为1551.06nm时的光谱图；
图中：1：双芯光纤；21：纤芯一；22：纤芯二；3：第一布拉格光栅；4：第二布拉格光栅；5：偏芯光纤；6：纤芯三；7：第三布拉格光栅；8：光纤插芯；9:插芯套筒；10：耦合器；11：信号光源；12：光谱仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅包括光纤和连接件，所述光纤包括一段双芯光纤1和一段偏芯光纤5，如图1所示，双芯光纤1内部包括两个轴对称的纤芯一21和纤芯二22，偏芯光纤5内部包括与纤芯一21或纤芯二22同轴且直径相同的纤芯三6；纤芯一21、纤芯二22、纤芯三6中分别刻写了第一布拉格光栅3、第二布拉格光栅4和第三布拉格光栅7；所述连接件包括两个用于固定光纤的光纤插芯8和连接两个所述光纤插芯8的可旋转的插芯套筒9，如图2所示，两个光纤插芯8的一端分别固定所述双芯光纤1和偏芯光纤5，另一端通过插芯套筒9连接，该光纤插芯8为带柄陶瓷插芯。
由于双芯光纤1和偏芯光纤5的外部直径不一定相等，但内部纤芯的直径应均相等，双芯光纤1内部包括两个轴对称的间距大于20μm的纤芯一21和纤芯二22，则偏芯光纤5内部包括的一个纤芯三6距光纤中心点的距离是纤芯一21和纤芯二22的距离的一半，使得直径不一定相等的双芯光纤1和偏芯光纤5同轴时，纤芯三6如果和纤芯一21同轴，在将偏芯光纤5旋转180度后，纤芯三6和纤芯二22同轴，反之亦然；同轴的两个纤芯上的布拉格光栅级联形成相移光纤布拉格光栅，为使得旋转前后的相移光纤布拉格光栅的中心波长不同，所述第一布拉格光栅3的中心波长比第三布拉格光栅7的中心波长小0.5-1.5nm；第二布拉格光栅4的中心波长比第三布拉格光栅7的中心波长大0.5-1.5nm。
上述可切换波长的相移光纤布拉格光栅的波长切换方法为：
S1、组装所述相移光纤布拉格光栅，并将所述偏芯光纤5的尾端与信号光源11和光谱仪12连接：用断纤笔将所述双芯光纤1和偏芯光纤5的一端切平后分别插入两个光纤插芯8，并用光纤胶固定，用所述插芯套筒将两个光纤插芯8接在一起，用3dB耦合器10将偏芯光纤5的另一端与信号光源11和光谱仪12连接，如图3所示；
使用光纤胶分别粘在光纤插芯8的尾柄，保证旋转光纤插芯8的过程中光纤5与光纤插芯8不发生相对位移；
S2、转动光纤插芯8实现对芯，得到第一个中心波长或第二个中心波长：转动插入双芯光纤1的光纤插芯8至光谱图出现第一布拉格反射峰或第二布拉格反射峰，且光谱的基线达到最高，完成光纤的对芯，此时所述第三布拉格光栅7与第一布拉格光栅3或第二布拉格光栅4串联形成相移布拉格光栅，得到第一个中心波长或第二个中心波长：当第一布拉格光栅3的中心波长是1549.42nm，第三布拉格光栅7的中心波长是1550.44nm时，第一个中心波长为1550nm，相移峰的强度为10.76dBm，其光谱图如图4所示，当第二布拉格光栅4的中心波长是1551.74nm，第三布拉格光栅7的中心波长是1550.44nm时，第二个中心波长为1551.06nm，相移峰的强度为11.14dBm，其光谱图如图5所示；
为保证每次旋转角度为180度，固定插入偏芯光纤5的光纤插芯8，每次旋转插入双芯光纤1的光纤插芯8；
S3、旋转180度实现第一个中心波长和第二个中心波长的切换：将插入双芯光纤1的光纤插芯8顺时针旋转180度，此时所述第三布拉格光栅7与第二布拉格光栅4或第一布拉格光栅3串联形成相移布拉格光栅，切换到第二中心波长或第一个中心波长；再将光纤插芯8逆时针旋转180度，即可切回到第一个中心波长或第二个中心波长。
综上可知，通过上述的一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅及波长切换方法，具有以下优点：
(1)本发明通过刻写不同中心波长的布拉格光栅的双芯光纤的纤芯和偏芯光纤的纤芯串联形成两种不同中心波长的相移光纤布拉格光栅，并通过180度旋转切换与偏芯光纤的纤芯串联的双芯光纤的纤芯，实现相移光纤布拉格光栅的中心波长的切换；
(2)本发明虽然本发明所述装置结构简单，但该结构较为巧妙，与常用的利用温度或施加的应变调整中心波长的方法存在很大不同，并具有体积小巧的优点；
(3)本发明所述装置通过180度旋转实现波长切换的操作简单且切换快速、精确，实用性强。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种可切换波长的相移光纤布拉格光栅，其特征在于，包括光纤和连接件，所述光纤包括一段双芯光纤和一段偏芯光纤，所述双芯光纤内部包括两个轴对称的纤芯一和纤芯二，所述偏芯光纤内部包括一个纤芯三，纤芯三与纤芯一或纤芯二同轴，所述纤芯一、纤芯二、纤芯三的直径均相同，所述纤芯三距光纤中心点的距离是所述纤芯一和纤芯二的间距的一半，所述纤芯一、纤芯二、纤芯三分别刻写了第一布拉格光栅、第二布拉格光栅和第三布拉格光栅；所述第一布拉格光栅的中心波长比所述第三布拉格光栅的中心波长小0.5-1.5nm；所述第二布拉格光栅的中心波长比所述第三布拉格光栅的中心波长大0.5-1.5nm；所述连接件可旋转，包括两个分别用于固定所述双芯光纤和偏芯光纤的光纤插芯和连接两个所述光纤插芯的插芯套筒；插入偏芯光纤的所述光纤插芯固定不动，插入双芯光纤的所述光纤插芯至少可旋转180度。
2.根据权利要求1所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅，其特征在于，所述纤芯一和纤芯二的间距大于20μm。
3.根据权利要求1所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅，其特征在于，所述第一布拉格光栅的中心波长是1549.42nm，第二布拉格光栅的中心波长是1551.74nm，第三布拉格光栅的中心波长是1550.44nm。
4.根据权利要求3所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅，其特征在于，所述纤芯一和纤芯三同轴时形成的相移光纤布拉格光栅在环境温度为20℃时的中心波长为1550nm。
5.根据权利要求3所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅，其特征在于，所述纤芯二和纤芯三同轴时形成的相移光纤布拉格光栅在环境温度为20℃时的中心波长为1551.06nm。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅的波长切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述双芯光纤和偏芯光纤分别插入两个光纤插芯，用所述插芯套筒将所述两个光纤插芯接在一起，组装成相移光纤布拉格光栅，并将所述偏芯光纤的尾端通过耦合器与信号光源和光谱仪连接；
S2、转动插入双芯光纤的所述光纤插芯，至光谱图出现第一布拉格反射峰或第二布拉格反射峰，且光谱的基线达到最高，完成光纤的对芯，此时所述第三布拉格光栅与第一布拉格光栅或第二布拉格光栅串联形成相移布拉格光栅，得到第一个中心波长或第二个中心波长；
S3、将插入双芯光纤的所述光纤插芯顺时针旋转180度，此时所述第三布拉格光栅与第二布拉格光栅或第一布拉格光栅串联形成相移布拉格光栅，切换到第二中心波长或第一个中心波长；再将插入双芯光纤的所述光纤插芯逆时针旋转180度，即可切回到第一个中心波长或第二个中心波长。
7.根据权利要求6所述的可切换波长的相移光纤布拉格光栅的波长切换方法，其特征在于，步骤S1中所述双芯光纤和偏芯光纤的一端切平后分别插入两个光纤插芯，并用光纤胶固定。
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