專利名稱：多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感和光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵 濾波器。(二) 背景技術(shù)長(zhǎng)周期光纖光柵(long period fiber grating, LPFG)是一種將纖芯的導(dǎo)波基模耦合 到正向傳播的包層模的傳輸型帶阻濾波器件，其柵格周期比光纖布拉格光柵大很多(幾十微 米到幾百微米)。LPFG具有插入損耗小、波長(zhǎng)編碼、無后向散射、不受電磁干擾、兼容于光 纖等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法主要有紫外光寫入法、C02激光寫入法、腐蝕刻槽法、電弧 放電法和離子束注入法等等。其中，最常用的是紫外激光通過振幅掩模板曝光載氫慘鍺光敏 光纖引起纖芯折射率周期性調(diào)制而形成長(zhǎng)周期光纖光柵，該寫入系統(tǒng)的造價(jià)和模板都比較昂 貴，而且光柵波長(zhǎng)比較固定，難以適應(yīng)研究、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的需要。另一種C02激光寫入法也 存在類似的問題。腐蝕刻槽法是直接利用氫氟酸把光纖腐蝕出來周期性環(huán)槽結(jié)構(gòu)而形成長(zhǎng)周 期光纖光柵，該長(zhǎng)周期光纖光柵由于腐蝕部分與未腐蝕部分的直徑不同，對(duì)光柵施加一定應(yīng) 力將引起較大的折射率變化，從而形成強(qiáng)耦合的長(zhǎng)周期光纖光柵，然而若光柵兩端沒有應(yīng)力， 則其纖芯基模和包層模之間的耦合一般較弱。離子束寫入法是用氦或氫離子束沿軸向周期性 注入到包層和纖芯，使其折射率發(fā)生周期性改變，從而在光纖中寫入長(zhǎng)周期光纖光柵。但由 于離子束在注入過程中能量會(huì)逐漸減弱，因此該方法寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵一般來說是不均 勻的。文獻(xiàn)"Tunable mechanically induced long-period fiber gratings"中，Savin. S 等人提出了機(jī)械微彎變形法，該方法是通過機(jī)械壓力的方式使光纖發(fā)生周期性的物理微彎， 進(jìn)而使光纖產(chǎn)生周期性的折射率調(diào)制而形成長(zhǎng)周期光纖光柵，而且寫入的長(zhǎng)周期光柵具有較 好的溫度穩(wěn)定性和可擦除性。無論采用上述哪種光柵寫入方法，它們都只針對(duì)一根光纖進(jìn)行光柵寫入。(三) 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種成本低、可調(diào)諧性強(qiáng)、操作方便的多信道可調(diào) 諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器。一種多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，包括蓋板、壓力模板、底板及其施力裝置， 其特征在于蓋板、壓力模板和底板均為面積相同的圓盤形，壓力模板上帶有周期性排列的矩 形凹槽；底板上帶有發(fā)散形的光纖槽，光纖可置于底板上的光纖槽內(nèi)，壓力模板帶凹槽面放 置在底板上并對(duì)光纖槽內(nèi)的光纖施加壓力，壓力模板可繞圓心水平旋轉(zhuǎn)；蓋板覆蓋在壓力模 板上，由施力裝置通過蓋板間接對(duì)壓力模板施力，以保證施力均勻。所述的壓力模板上周期性排列的矩形凹槽的占空比為1: 1。所述的壓力模板的放置位置應(yīng)使矩形凹槽與底板上光纖匯聚槽的軸方向垂直。此處所述 光纖匯聚槽為光纖放入本濾波器后呈發(fā)散狀之前的位置。所述的底板上的光纖槽是同光纖半徑相同的半圓形光纖槽。本發(fā)明涉及的濾波器，是將多條普通單模光纖分別置于同一圓形底板上有固定偏轉(zhuǎn)角度的光纖槽內(nèi)，用相同面積的帶有均勻周期矩形凹槽的模板覆蓋(如圖l、 2示)。用模板擠壓 單模光纖使其發(fā)生物理形變時(shí)，通過光彈效應(yīng)使折射率發(fā)生周期性的調(diào)制引起纖芯模與包層 模式的耦合而形成光柵效應(yīng)；由于各個(gè)光纖的偏轉(zhuǎn)角度不同，從而同時(shí)產(chǎn)生了多個(gè)不同的傾 斜長(zhǎng)周期光纖光柵。不同的傾斜長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)應(yīng)不同的光譜(如圖3示)。所形成的每 個(gè)光柵既可以獨(dú)立使用，又可以對(duì)多個(gè)不同的波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行濾波。如果設(shè)計(jì)的光柵的諧振波長(zhǎng)不能滿足頻譜需要，則可繞圓心水平旋轉(zhuǎn)壓力模板，即改變 底板上光纖槽與壓力模板上的凹槽之間的相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度。此時(shí)，形成新的一組長(zhǎng)周期光纖光 柵，即可得到需要的濾波波段。另外，對(duì)模板施加壓力的大小對(duì)波長(zhǎng)移動(dòng)也有一定的影響。 實(shí)驗(yàn)得知，在一定的壓力范圍內(nèi)(在不過耦合的情況下)，隨著壓力的增大，諧振波長(zhǎng)向長(zhǎng) 波方向有少許漂移。長(zhǎng)周期光纖光柵損耗峰的大小與模板施加壓力的大小有關(guān)。隨著壓力的增大，損耗峰逐 漸明顯增大，同時(shí)帶寬逐漸減小。因此，該濾波器可以通過調(diào)節(jié)壓力來控制其頻譜調(diào)制深度。如圖2中左圖所示，由于光纖密集，將底板光纖槽聚合處開口增大，形成一個(gè)矩形條狀 的光纖匯聚口，保證光纖不重疊。如果需要，光纖槽的數(shù)目也可以改變，從而增加濾波器模 塊的濾波波長(zhǎng)。而壓力模板的凹槽是采用成熟的機(jī)械線加工技術(shù)直接刻寫在一定厚度的碳素 鋼板上的，整個(gè)刻寫過程由電腦程控保證了槽的指標(biāo)均勻性；碳素鋼具有較好的機(jī)械韌性保 證了擠壓光纖過程的穩(wěn)定性；加工成本低廉；在施加的壓力取消后，光柵消失，實(shí)現(xiàn)了光柵 的可擦寫。本發(fā)明基于機(jī)械微彎變形法，提供一種可同時(shí)寫入多個(gè)光柵的多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖 光柵濾波器。該方法制作的長(zhǎng)周期光纖光柵諧振波長(zhǎng)具有較好的穩(wěn)定性，并可以通過調(diào)節(jié)微 彎光纖的有效周期，以及施加不同的應(yīng)變外力，或改變光纖光柵的偏轉(zhuǎn)角度，制作成諧振波 長(zhǎng)和損耗峰振幅都可以調(diào)節(jié)的長(zhǎng)周期光纖光柵。本發(fā)明制作成本低、可調(diào)諧性強(qiáng)、同時(shí)提供 多個(gè)長(zhǎng)周期光柵濾波器。

圖l是濾波器整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2左、右兩部分分別為濾波器底板4和壓力模板2的俯視圖；圖3是偏轉(zhuǎn)角度從左到右依次增大(本圖中角度為0°， 5°， 10°， 15°， 2(T)得到的5個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵的頻譜特性圖，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為透射譜。其中，l.蓋板，2.壓力模板，3.矩形凹槽，4.底板，5.光纖槽，6.光纖匯聚槽。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例如圖1和圖2所示，包括蓋板1、壓力模板2和底板4，其特征在于蓋板 1、壓力模板2和底板4均為面積相同的圓盤形，壓力模板2上帶有周期性排列的矩形凹槽 3;底板4上帶有發(fā)散狀的光纖槽5，光纖可置于底板4上的光纖槽5內(nèi)，壓力模板2帶凹 槽面放置在底板4上并對(duì)光纖槽5內(nèi)的光纖施加壓力，壓力模板2可繞圓心水平旋轉(zhuǎn)；蓋板 l覆蓋在壓力模板2上，通過蓋板l間接對(duì)壓力模板2施力，以保證施力均勻。所述的壓力模板2上周期性排列的矩形凹槽3的占空比為1:1。所述的壓力模板2的放置位置應(yīng)使矩形凹槽3與底板上光纖匯聚槽6的軸向方向垂直。所述的光纖槽5是同光纖半徑相同的半圓形光纖槽。本實(shí)施例中的濾波器的蓋板1、壓力模板2和底板4的半徑均為60ram，蓋板1和底板4 均是厚度為6mm的平滑鋼板，壓力模板2的厚度為3mm;底板4上光纖槽5的深度由光纖半徑?jīng)Q定。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，其包層直徑為125um，則光纖槽5深度約為62. 5um。光纖槽偏 轉(zhuǎn)角度確定(如壓力模板2放置位置使矩形凹槽3與底板上光纖匯聚口的軸向方向垂直，則從左到右5個(gè)光纖的偏轉(zhuǎn)角度依次為20'， 10°， (T， 5°， 15°);壓力模板2上矩形凹槽3的周期為600um，占空比為l: 1，槽深lmm。I. 將普通光纖置于底板4上的光纖槽5上，光纖兩端分別熔接有光纖連接頭， 一端接入 寬帶光源(如EDFA的熒光譜)，另一端接入光譜分析儀；II. 將蓋板1平放在壓力模板2上后再由施力裝置對(duì)蓋板1施加壓力，保證底板上各個(gè) 光纖受力均勻，光纖發(fā)生物理形變，形成長(zhǎng)周期光纖光柵；in.接入光信號(hào)后，通過光譜分析儀可觀測(cè)各長(zhǎng)周期光纖光柵的光譜特性，根據(jù)光譜需 要接入相應(yīng)的長(zhǎng)周期光纖光柵；通過旋轉(zhuǎn)壓力模板2的方向和改變壓力大小等方式可以得到 所需的目標(biāo)光譜。由圖3可以看出，本實(shí)施例中對(duì)應(yīng)的5個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜，在偏轉(zhuǎn)角為『 2(T范圍內(nèi)，不同光柵的峰值波長(zhǎng)可以跨越近100nm。因而，在常用的波段內(nèi)，總可以調(diào)試得到 需要的長(zhǎng)周期光纖光柵。
權(quán)利要求
1. 一種多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，包括蓋板、壓力模板、底板及其施力裝置，其特征在于蓋板、壓力模板和底板均為面積相同的圓盤形，壓力模板上帶有周期性排列的矩形凹槽；底板上帶有發(fā)散形的多個(gè)光纖槽，光纖可置于底板上的光纖槽內(nèi)，壓力模板帶凹槽面放置在底板上并對(duì)光纖槽內(nèi)的光纖施加壓力，壓力模板可繞圓心水平旋轉(zhuǎn)；蓋板覆蓋在壓力模板上，由施力裝置通過蓋板間接對(duì)壓力模板施力，以保證施力均勻。
2. 如權(quán)利要求1所述的多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，其特征在于所述的壓力 模板上周期性排列的矩形凹槽的占空比為l: 1。
3. 如權(quán)利要求1所述的多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，其特征在于所述的壓力 模板的放置位置應(yīng)使矩形凹槽與底板上光纖匯聚槽的軸向方向垂直。
4. 如權(quán)利要求1所述的多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，其特征在于所述的光纖 槽是同光纖半徑相同的半圓形光纖槽。
全文摘要
多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器，包括蓋板、壓力模板、底板及其施力裝置，其特征在于蓋板、壓力模板和底板均為面積相同的圓盤形，壓力模板上帶有機(jī)械線加工出來的周期性排列的矩形凹槽；底板上帶有發(fā)散形的光纖槽，光纖可置于底板上的光纖槽內(nèi)，壓力模板帶凹槽面放置在底板上并對(duì)光纖槽內(nèi)的光纖施加壓力而形成長(zhǎng)周期光柵。本發(fā)明制作成本低、可調(diào)諧性強(qiáng)，是一種多信道可調(diào)諧長(zhǎng)周期光纖光柵濾波器。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101251615SQ200810014908
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者馮德軍, 姜明順, 隋青美, 霞 高 申請(qǐng)人:山東大學(xué)