專利名稱：一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器的制作方法
技術領域：
一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器技術領域[0001]本實用新型屬于光纖技術領域，具體涉及一種具有雙重濾波功能的光纖光柵微結構分束器。
背景技術：
[0002]光子代替電子，集成光路代替集成電路將極大的提高人類處理信息的速度和能力。而研究和制作各種功能型光學器件并最終實現(xiàn)光學集成是光學領域研究者的重要目標之一。多模光纖是科學家們最早研制應用的光纖結構，其內部的模式干涉導致多模光纖徑向光場分布隨光纖軸向距離變化而呈周期變化。多模光纖內多模式干涉效應最為廣泛的研究是基于單模-多模-單模(SMS)光纖結構，即利用單模光纖作為引入端將光引入到多模光纖內，接著再次利用單模光纖將光從多模光纖的另外一端引出。利用SMS結構可實現(xiàn)位移、折射率以及多參量同時的測量，并可以研究應變響應。在光纖通訊中，SMS結構被期望實現(xiàn)濾波功能，2006年Optics Letters上發(fā)表了加拿大Toronto大學的Waleed S. Mohammed 博士等的利用SMS中模式干涉效應實現(xiàn)帶通濾波的論文，展示了 13nm的3dB帶寬，該濾波器相對于傳統(tǒng)的濾波器具有0. 4dB低插入損耗、結構簡單和成本低廉等特點。[0003]另一方面，自從K. 0. Hill等人于1978年首次研制出世界上第一個光纖光柵，即光纖布拉格光柵以來，無論是光纖光柵的寫入方法、理論研究還是應用都獲得了飛速發(fā)展。在光纖布拉格光柵和長周期光纖光柵的基礎上人們已先后研制出一些具有特殊結構的光纖光柵，比如啁啾光纖光柵、高斯光纖光柵、高斯變跡光纖光柵、相移光纖光柵、超結構光纖光柵、傾斜光纖光柵、長周期光纖光柵等。新型光子晶體光纖和微納光纖的出現(xiàn)，更加為光纖光柵的發(fā)展增添了新元素，可以相信，光纖光柵必將在通信、傳感及其相關領域獲得進一步的發(fā)展和更加廣泛的應用。通常意義上的光纖光柵一般都是在單模光纖內制作，多模光纖內制作光柵光譜響應相對復雜，不能夠制作傳統(tǒng)意義上的濾波器，但在光纖傳感領域，多模光纖內寫入光柵可以具有不同于單模光柵光譜響應的特點，可以用于多參量傳感。多模光纖光柵還被用來提供特定要求的光纖激光反饋。但多模光纖中各種模式分布會隨著激勵條件、光纖彎曲等因素發(fā)生變化，因而多模光纖光柵光譜無法穩(wěn)定。如果能夠控制多模光纖內模式分布情況，將使得利用多模光纖光柵的光譜響應相對穩(wěn)定，從而使多模光纖光柵像單模光纖光柵那樣應用廣泛。[0004]本實用新型將SMS結構與光纖光柵技術相結合，提出一種具有雙重濾波功能的光纖光柵微結構分束器。該器件不同于簡單的多模光纖光柵器件，構造具有橫向濾波特性的單模-多模-單模光纖結構，并在該結構中的多模光纖內寫入縱向濾波光柵，實現(xiàn)橫縱雙重光纖濾波。該濾波器件在能夠具備了多模光纖光柵的光譜響應特性的同時，保證了器件的穩(wěn)定和可控性。利用這種結構在多模光纖段穩(wěn)定激勵起的數(shù)個模式與光柵的相互作用以及模式相干效應實現(xiàn)微結構分束，可廣泛應用于光纖通信領域，作為用于波分復用的前置器件。發(fā)明內容[0005]本實用新型的目的在于提出一種結構簡單、具有雙重濾波功能的光纖光柵微結構分束器。[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的[0007]寬譜光源(I)連接單模光纖(2)的輸入端，單模光纖(2)的輸出端連接多模光纖(4)的輸入端，在多模光纖中寫入長周期光柵，多模光纖(4)的輸出端連接CXD探測器。[0008]多模光纖纖芯直徑為125 μ m > d ^ 105 μ m。[0009]單模光纖與多模光纖可以通過錯位焊接連接在一起。[0010]多模光纖還可以由包括雙芯光纖、環(huán)形芯光纖和三芯光纖在內的特種光纖代替。[0011]本實用新型的有益效果在于[0012]本實用新型能夠通過控制單模-多模-單模光纖結構的橫向濾波特性來控制多模光纖中激勵的模式，相對于簡單的在多模光纖內寫入光柵將具有極高的穩(wěn)定性和可控性。 采用的光纖材料和器件均為標淮光纖通信元件，相對于以往的分束器具有結構簡單、體積小、成本低、精度高的優(yōu)點。


[0013]圖I是基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器的結構示意圖；[0014]圖2是多模光纖內部激勵起的模式振幅仿真結果；[0015]圖3是單模光纖和大芯徑多模光纖錯位焊接示意圖；[0016]圖4是單模光纖和特種光纖的雙芯光纖耦合連接示意圖；[0017]圖5是單模光纖和多模光纖之間的偏軸量為3 μ m時不同模式的激勵系數(shù)仿真結果示意圖。
具體實施方式
[0018]基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器的結構如圖I所示，包括寬譜光源I、單模光纖2、單模與多模光纖對接面3、多模光纖4、寫入長周期光柵5、CCD探測裝置 6。[0019]寬譜光源I連接單模光纖2的輸入端，單模光纖2的輸出端連接多模光纖4的輸入端，二者耦合形成單模與多模光纖對接面3，在多模光纖4中寫入長周期光柵，多模光纖4 的輸出端連接CCD探測器。[0020]寬譜光源I發(fā)出的光進入單模光纖2后，單模光纖內的單模光場將耦合進多模光纖4中，由于多模光纖的模式傳輸特性，光在大芯徑多模光纖中有選擇的激勵起數(shù)個模式， 各個模式的激勵強度取決于單模光纖內光波模式和多模光纖內各模式的模場匹配情況，可以借助耦合模理論給出分析，個別幾個滿足匹配條件的模式會耦合具有較大的強度，不滿足匹配條件的模式耦合獲得的強度較小。當多模光纖內寫入光柵后，被激勵起的各模式將和光柵之間再次發(fā)生模式耦合，也是具有選擇性的，并且不同波長的光在多模光纖中激勵不同的模式，導致耦合后的強度各不相同。與光柵再次耦合的模式也取決于入射光的波長， 不同模式進行選擇性耦合，形成不同的自聚焦光斑，用CCD根據光斑大小形狀判別對應的波長，達到實現(xiàn)分束的目的。[0021]本實用新型首先是結構參數(shù)的選取。單模光纖是標準的單模光纖SMF-28，纖芯直徑8. 2 μ m,包層直徑125 μ m ;多模光纖是階躍型MMF，纖芯直徑105 μ m,包層直徑125 μ m。 在基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器結構中，多模光纖內部所激勵的模式主要受波長和結構參數(shù)的控制，為了實現(xiàn)微結構分束，波長是個可變的參數(shù)，而結構參數(shù)則是固定的。結構參數(shù)主要包括大芯徑多模光纖參數(shù)、單模光纖和多模光纖焊接時纖芯對準的尺寸，刻寫光柵的參數(shù)。其中大芯徑多模光纖的長度是個非常重要的參數(shù)，它決定了 CCD 所探測到光斑的質量，不同波長的光在多模光纖中激勵不同的模式。當單模光纖正軸對接多模光纖時，內部激勵起的模式振幅結果(圖中為耦合系數(shù))如圖2所示。由圖可知，一定半徑的多模光纖，其耦合系數(shù)的峰值都對應一個特定的模式，激勵起的數(shù)個模式與光柵相互作用產生模式間干涉，導致形成的自聚焦光斑因波長而異，從而實現(xiàn)微結構分束。[0022]其次是多模光纖內光柵的寫入。多模光纖光柵的成柵過程與普通光纖光柵的制備過程類似，利用紫外激光和位相掩模板，與普通光纖光柵的制備過程差別在于多模光纖光柵在制作過程中相位掩膜板的焦點需要進行優(yōu)化調整，同時必須利用具備自動旋轉功能的光纖支架。在寫入光柵時，通過沿光纖軸旋轉單模-多模光纖來實現(xiàn)光柵的均勻寫入，從而實現(xiàn)長周期光纖光柵的高質量寫入。[0023]多模光纖內部模場激勵的控制方法還可以利用單模光纖與大芯徑多模光纖錯位焊接來實現(xiàn)，其中起主要作用的多模光纖還可以采用特種光纖。圖3為單模光纖和大芯徑多模光纖錯位焊接示意圖，圖4為單模光纖與特種光纖耦合連接示意圖。圖3的結構包括寬譜光源I、單模光纖2、多模光纖3、寫入長周期光柵4、CCD探測裝置5。在進行數(shù)值求解時中心波長取1550nm,單模光纖和多模光纖之間的偏軸量為3 μ m時不同模式的激勵系數(shù)如圖5所示。圖4的結構包括寬譜光源I、單模光纖2、特種光纖3、寫入長周期光柵4、CXD 探測裝置5，特種光纖主要采用雙芯光纖，除此之外采用環(huán)形芯光纖和三芯光纖也可實現(xiàn)。 若特種光纖為雙芯光纖，等效于單模光纖與兩個光纖進行錯位焊接；若特種光纖為環(huán)形芯光纖，等效于單模光纖與多個光纖進行錯位焊接；若特種光纖為三芯光纖，等效于單模光纖與三個光纖進行錯位焊接。[0024]本實用新型的優(yōu)點和特點是[0025](I)本實用新型利用單模-多模-單模光纖光柵制成雙重濾波器件，拓展光纖光柵種類，并給出了這種光纖光柵的制備方法。該光柵不同于普通的多模光纖光柵，能夠通過控制單模-多模-單模光纖結構的橫向濾波特性來控制多模光纖中激勵的模式，相對于簡單的在多模光纖內寫入光柵將具有極高的穩(wěn)定性和可控性。[0026](2)本實用新型利用單模-多模-單模光纖光柵雙重濾波結構制成光纖光柵微結構分束器，該結構利用不同波長的光在多模光纖中激勵起不同的模式，各模式間進行選擇性耦合，同時獲得不同尺寸的光斑，實現(xiàn)微結構分束。[0027](3)本實用新型采用特種光纖，將特種光纖引入微結構分束器的制作中，拓展了特種光纖的應用領域。[0028](4)本實用新型采用的光纖材料和器件均為標淮光纖通信元件，相對于以往的分束器具有結構簡單、體積小、成本低、精度高的特點，容易獲得，有利于推廣。
權利要求1.一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器，其特征在于寬譜光源(I)連接單模光纖(2)的輸入端，單模光纖(2)的輸出端連接多模光纖(4)的輸入端，在多模光纖中寫入長周期光柵，多模光纖(4)的輸出端連接CCD探測器。
2.根據權利要求I所述的一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器，其特征在于所述的多模光纖纖芯直徑為125 μ m > d ^ 105 μ m。
3.根據權利要求I所述的一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器，其特征在于所述的單模光纖與多模光纖可以通過錯位焊接連接在一起。
4.根據權利要求I或3所述的一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器，其特征在于所述的多模光纖還可以由包括雙芯光纖、環(huán)形芯光纖和三芯光纖在內的特種光纖代替。
專利摘要本實用新型屬于光纖技術領域，具體涉及一種基于單模-多模光纖光柵的雙重濾波微結構分束器。本實用新型由寬譜光源(1)連接單模光纖(2)的輸入端，單模光纖(2)的輸出端連接多模光纖(4)的輸入端，在多模光纖中寫入長周期光柵，多模光纖(4)的輸出端連接CCD探測器。多模光纖纖芯直徑為125μm＞d≥105μm。單模光纖與多模光纖可以通過錯位焊接連接在一起。多模光纖還可以由包括雙芯光纖、環(huán)形芯光纖和三芯光纖在內的特種光纖代替。本實用新型相對于簡單的在多模光纖內寫入光柵將具有極高的穩(wěn)定性和可控性。采用的光纖材料和器件均為標淮光纖通信元件，相對于以往的分束器具有結構簡單、體積小、成本低、精度高的特點。
文檔編號G02B6/28GK202815262SQ20122045029
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2012年9月5日
發(fā)明者劉艷磊, 張建中, 彭石軍, 孫偉民 申請人:哈爾濱工程大學