一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器的製作方法
2023-05-23 06:43:36
專利名稱：一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶寬可調諧濾波器，屬於光纖濾波器領域，特別涉及一種基 於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器。
背景技術：
光纖光柵因其優異的選頻特性以及容易實現全光纖網絡，在光纖通信領域得到廣 泛的應用。由於外界環境的溫度和應變均會引起光纖光柵中心波長的漂移，因此，光纖光 柵可作為波長可調諧濾波器應用在光纖通信與傳感網絡中。此外，通過在光纖光柵的柵區 建立應變或溫度梯度場，也可以實現對光纖光柵的帶寬調諧，即可得到帶寬可調諧濾波器， 且帶寬的調諧範圍與應變或溫度場的梯度成正比。利用折射率調製周期或調製深度不均勻 的啁啾光纖光柵，通過啁啾率調諧，同樣可以實現帶寬的可調濾波，但是啁啾光纖光柵比均 勻光纖光柵的製作工藝要複雜得多。目前，已經有許多相關的利用光纖光柵啁啾化實現帶 寬可調諧濾波器，這些濾波器應用了力學、電磁學、熱學等方法，其中包括多種梁型結構，為 了產生梯度應變分布，通常需要製作成特殊的梁型結構，因此其製作工藝相對較複雜；還有 在光纖光柵外鍍上不等厚的金屬薄膜，通過改變金屬薄膜的電流使得光纖光柵產生啁啾現 象，其鍍膜工藝本身就比較複雜，成本較高，且在帶寬調諧的同時中心波長也會發生改變; 採用步進電機驅動兩端固定壓杆的啁啾光纖光柵帶寬調諧，若要獲得高精度的帶寬調諧， 需採用高精度的步進電機驅動，其價格比較昂貴。因此，採用以上各種結構製成的光纖光柵 帶寬調諧濾波器，有些製作工藝要求較高，有些操作複雜或成本較高，或者在帶寬調諧的同 時中心波長也會發生改變，從而限制了其實際應用。
發明內容要解決的技術問題為了避免現有技術的不足，本實用新型提出一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的 帶寬可調諧濾波器，通過改變作用在聚合物上的壓力，引起光纖光柵產生啁啾效應，從而達 到光纖光柵反射譜帶寬可調諧的目的，最終實現一種中心波長不變的帶寬可調諧濾波器。本實用新型的思想在於將光纖光柵封裝在聚合物的中心軸線上，聚合物側面與 兩段金屬套筒緊密連接，外界均勻分布的壓力作用於聚合物和金屬套筒，由於聚合物部分 受限於金屬套筒，因此沿光纖光柵軸向會產生梯度應變，且應變值大小由中心向兩邊遞減， 從而使得光纖光柵反射光譜產生啁啾現象和帶寬的展寬。當光纖光柵的柵區部分中點封裝 在零應變處時，光纖光柵反射光譜的中心波長不變，帶寬隨著壓力的增加而展寬。技術方案—種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其特徵在於包括光纖 光柵1、聚合物2、兩段金屬套筒3和金屬軟管4 ；光纖光柵1同軸穿入兩段金屬套筒3之中， 光纖光柵1與兩段金屬套筒3之間填充聚合物2，光纖光柵1兩端與聚合物2銜接的界面 套裝用於保護光纖光柵尾纖的金屬軟管4 ；所述兩段金屬套筒3的內徑為16 20mm，長度為15mm，相距IOmm ；所述的光纖光柵採用兩個相互串聯的光纖光柵，兩光纖光柵的柵區分 別距聚合物的不同端面10 20mm。兩光纖光柵的中心反射波長間隔大於每個光纖光柵的
最大帶寬展寬量。所述的光纖光柵的柵區距聚合物一端的端面10 20mm。所述光纖光柵為折射率調製周期均勻的光纖布拉格光柵，其柵區長度為10mm，反 射率大於90%。所述聚合物為聚氨酯、丙烯酸酯或矽橡膠。有益效果本實用新型提出的一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，當外 界環境溫度一定時，隨著壓力的增加僅會引起光纖光柵反射譜帶寬的展寬，而中心波長不 會發生變化，提高了濾波的穩定性和精確性。採用兩個中心波長不同的光纖光柵封裝在聚 合物中，可實現在相同壓力的作用下產生雙波長通道的帶寬可調諧濾波器。同時，容易將 該結構擴展到聚合物受限於相距恆定距離的多段相同金屬套筒中，並且選擇中心波長相距 一定值的光纖光柵封裝在聚合物中，從而實現多波長通道的帶寬可調諧濾波器或梳狀濾波 器。此外，該濾波器具有帶寬調諧範圍大，結構簡單小巧，易於系統集成等優點，可廣泛應用 於光纖通信和光纖傳感系統中。
圖1是基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器結構剖面示意圖其中1-光纖光柵；2-聚合物；3-金屬套筒；4-毛細金屬管；5-單模光纖。
具體實施方式
現結合實施例、附圖對本實用新型作進一步描述參閱附圖1，2根光纖光柵採用光纖布拉格光柵，將2根光纖光柵封裝在聚合物的 中心軸線上，而聚合物與兩段金屬套筒緊密連接不會出現滑移現象，外界均勻分布壓力作 用在聚合物和金屬套筒上，由於聚合物受限於兩段金屬套筒，因此在聚合物的中心軸線上 會呈現如附圖2所示的應變分布情況，即出現一種應變梯度，將2根光纖光柵封裝在梯度最 大的區域a點和b點之間，進而使得光纖光柵產生啁啾現象，最終實現基於光纖光柵的帶寬 可調諧濾波器。聚合物採用聚氨酯、丙烯酸酯或矽橡膠。應使2根光纖光柵的中心反射波 長間隔大於每個光纖光柵的最大帶寬展寬量。由於在壓力作用下聚合物中心軸線的應變呈 對稱分布，兩光纖光柵的中心波長各自保持不變，且其帶寬展寬情況相同，從而實現了雙波 長通道的帶寬可調諧濾波。對於折射率調製周期均勻的光纖布拉格光柵，其中心波長λ B可表示為λ B = 2neff Λ式中，nrff為纖芯有效折射率，Λ為光柵柵距。在均勻溫度或應變場的作用下，其 反射光譜帶寬恆定，但中心波長發生漂移，且漂移量△入，可表示為Δ λΒ = [(I-Pe) ε+(α + ξ) ΔΤ] · λΒ式中，ε為應變量，Δ T為溫度變化量，Pe =O12-//(P1JjP12)]^為光纖材料的
有效彈光係數(Pij為和μ分別為光纖材料的彈光張量分量和泊松比係數)，α和ξ分別為光纖材料的熱膨脹係數和熱光係數。當溫度不變時，光纖光柵在非均勻應變場ε (ζ)的 作用下，由於光柵柵區各個位置處的柵格(如柵距Λ和折射率調製深度Anrff)將隨應變 場的非均勻分布而發生相應的非均勻變化，從而導致光纖光柵不同位置處的中心波長不相 同，由於應變函數曲線連續，最終形成一個光纖光柵反射譜形整體展寬的啁啾反射譜。啁啾 譜的帶寬展寬量Δ λ chirped與最大應變差Δ ε max的關係為Δ Xchirped= λ β (I-Pe) · Δ ε max此外，當光纖光柵的柵區部分中點封裝在零應變處時，光纖光柵兩邊分別受正應 變和負應變，因此光纖光柵反射光譜以中心波長處為中點向兩端展開，即反射光譜的中心 波長不變，而帶寬隨著壓力的增加而展寬。將光纖光柵的柵區部分封裝在應變區域，採用數 值模擬得到光纖光柵在不同壓力下的反射譜帶寬展寬情況。實施例1 :2根光纖光柵封裝在部分受限於金屬套筒的聚氨酯中心軸線上，兩段金 屬套筒相距10mm，因此壓力實際作用在聚合物的兩個端面和中間的裸露部分。光纖光柵 的尾纖在接近聚合物端面處採用毛細金屬管保護，以免在受壓情況下，出現光纖折斷現象。 在外界壓力的作用下，聚合物中心軸線上的中點處出現應變最大並向兩端呈現對稱遞減分 布。光纖光柵的中點封裝在零應變處，以保證當環境溫度一定時，光纖光柵帶寬調諧過程中 心波長不發生漂移。
權利要求一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其特徵在於包括光纖光柵(1)、聚合物(2)、兩段金屬套筒(3)和金屬軟管(4)；光纖光柵(1)同軸穿入兩段金屬套筒(3)之中，光纖光柵(1)與兩段金屬套筒(3)之間填充聚合物(2)，光纖光柵(1)兩端與聚合物(2)銜接的界面套裝用於保護光纖光柵尾纖的金屬軟管(4)；所述兩段金屬套筒(3)的內徑為16～20mm，長度為15mm，相距10mm；所述的光纖光柵採用兩個相互串聯的光纖光柵，兩光纖光柵的柵區分別距聚合物的不同端面10～20mm。且兩光纖光柵的中心反射波長間隔大於每個光纖光柵的最大帶寬展寬量。
2.根據權利要求1所述的基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其特徵 在於所述的光纖光柵的柵區距聚合物一端的端面10 20mm。
3.根據權利要求1或2所述的基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其 特徵在於所述光纖光柵為折射率調製周期均勻的光纖布拉格光柵，其柵區長度為10mm， 反射率大於90%。
4.根據權利要求1所述的基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其特徵 在於所述聚合物為聚氨酯、丙烯酸酯或矽橡膠。
專利摘要本實用新型涉及一種基於雙光纖光柵的雙波長通道的帶寬可調諧濾波器，其特徵在於包括光纖光柵1、聚合物2、兩段金屬套筒3和金屬軟管4；光纖光柵1同軸穿入兩段金屬套筒3之中，光纖光柵1與兩段金屬套筒3之間填充聚合物2，光纖光柵1兩端與聚合物2銜接的界面套裝用於保護光纖光柵尾纖的金屬軟管4；所述兩段金屬套筒3的內徑為16～20mm，長度為15mm，相距10mm。該濾波器當光纖光柵的柵區部分中點封裝在零應變處時，光纖光柵反射光譜的中心波長不變，帶寬隨著壓力的增加而展寬。具有帶寬調諧範圍大，結構簡單小巧，易於系統集成等優點，可廣泛應用於光纖通信和光纖傳感系統中。
文檔編號G02B6/02GK201716432SQ20102025632
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月12日 優先權日2010年7月12日
發明者姜碧強, 秦川, 趙建林 申請人:西北工業大學