CN101183163A - 一种可调谐光纤法布里-珀罗滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调谐光纤法泊里－泊罗滤波器，旨在提供一种具有法珀腔内光纤波导、易于制作、成本低的可调谐光纤法泊里－泊罗滤波器。它包括插芯(1)、光纤波导(2)、高反射膜(3)、增透膜(4)、光纤(5)、支座(6)、压电陶瓷(7)、光纤准直器(8)。所述的光纤波导固定在一个插芯的内孔中，一个端面位于插芯内孔中，另一个端面和插芯端面位于同一平面。固定光纤波导的插芯内孔中同时***了一根光纤，该光纤和光纤波导通过插芯内孔自动对准，光纤和光纤波导的两个相邻端面中的一个镀有高反射膜。该插芯的端面，或者另一个带纤插芯的端面，镀高反射膜，形成光纤法泊里－泊罗滤波。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤通讯***和光纤传感***中使用的光器件，特别涉及一种可调谐光纤法布里-珀罗滤波器。
背景技术
可调谐光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot，FP，法珀)滤波器是一种重要的光学滤波器，是现代光纤通信***和光纤传感***的关键器件，具有广泛的用途，如光通信中的光性能监测，光噪声滤除，光放大器的噪声抑制，波分复用***中的通道选择和锁定，以及激光光源的波长调谐；在光纤传感***中，可调谐光纤法珀滤波器被用于波长的扫描，是波长解调和光谱分析***的关键器件。
光纤法珀滤波器由一对一端面镀有高反射膜的光纤，以及两个高反射膜相对形成的法珀腔构成。光纤法珀滤波器的传输特性为艾里函数，当法珀腔长为半波长的整数倍时，相应的波长满足法珀腔的谐振条件，具有最大的透射率；调谐光纤法珀滤波器的参数，如腔内介质折射率或腔长，对应的谐振波长变化，从而实现了透射波长的调谐。光纤法珀滤波器的性能可以用自由光谱区范围(free spectral range，FSR)、精细度(finesse，F)、带宽(full width half maximum，FWHM)，以及峰值透射率(或***损耗)来描述。其中自由光谱区范围为相邻峰值透射频率(或波长)的差值，FSR＝c/2nlc，其中c为真空中的光速，n为法珀腔的介质折射率，lc为法珀腔长；精细度为自由光谱区和带宽的比值。
要获得高的精细度和峰值透射率，必须严格控制光纤法珀滤波器的腔内损耗。这些损耗包括光纤之间的径向、角度偏移造成的损耗，光纤端面不理想造成的损耗，以及光从光纤出射后在法珀腔的自由空间中传输时的衍射损耗。其中，衍射损耗是影响滤波器性能的最重要的损耗。衍射损耗随光从光纤出射后在自由空间中传输距离的增大而增大，所以，要获得理想的精细度和峰值透射率，必须控制法珀腔内自由空间的长度。由此，J.Stone和L. W.Stulz提出了三种不同结构的光纤法珀滤波器结构(J.Stone，L.W.Stulz.PigtailedHigh-Finesse Tunable Fiber Fabry-Perot Interferometers withLarge，Medium and Small Free Spectral Ranges.ElectronicsLetters，1987(16)：781-782)，如图6所示，分别适用于不同的自由光谱区范围。其中1型结构：在一段光纤的两个端面镀高反射膜形成光纤法珀滤波器，这种结构光纤长度大于1~2cm，对应自由光谱区小于10~5GHz；2型结构：分别在一对光纤的一个端面镀膜，两个镀膜端面相对构成光纤法珀滤波器，采用这种结构，为了控制衍射损耗，法珀腔长限制在10μm以内，对应自由光谱区大于10000GHz，同时峰值透射率也不理想；3型结构：在法珀腔中引入一段光纤波导，将法珀腔中的光限制在光纤中传输，这种结构可以覆盖大多数需要的自由光谱区范围，光纤波导的长度可以到1mm甚至更小，对应自由光谱区范围可以小于100GHz。这三种结构奠定了光纤法珀滤波器的基础。
现代光通信***一般要求可调谐光学滤波器的自由光谱区范围至少大于S、C、L波段中的一个，即FSR＞50nm；同时在光纤传感***中也要求自由光谱区必须大于所用光源的光谱范围，对常用的ASE光源，一般要求滤波器FSR＞80nm；因此，要求法珀腔内的光纤波导长度必须小于～10μm，要制作这么短的光纤波导非常困难。
Calvin C.Miller据3型结构，提出了一种制作法珀腔内光纤波导的方法，发明了具有法珀腔内光纤波导的光纤法珀滤波器(专利US5062684、US5208886)，同时成功的实现了商品化(Micron Optics公司)。所采用的结构如图7所示，制作方法如下：选用两个插芯(或毛细管)，将光纤固定在插芯的内孔中，分别研磨插芯的一个端面；在其中一个插芯的研磨端面镀高反射膜，镀膜的区域限制在插芯中心部分，剩余未镀膜区域用于粘接；将两个插芯的研磨端面相对放置，高反射膜置于两个插芯之间，监控光功率、调整插芯，使两个插芯中的光纤彼此对准，通过紫外固化胶将两个插芯粘接在一起；研磨其中一个插芯至预设长度形成新的插芯端面，从而制作成一个插芯组。采用两个这样的插芯组，使它们的新研磨的光纤端面彼此相对，两个高反射膜之间的光纤即为法珀腔内光纤波导，从而限制了衍射损耗，制作成低损耗、高精细度的光纤法珀滤波器。
国内虽然也提出了实用新型方案(CN2670959Y，CN2593217Y)，但都是采用2型结构，分别在一对裸光纤、带纤插芯的端面镀高反射膜，然后相互对准形成光纤法珀滤波器，这些方法没有解决衍射损耗问题，不能达到良好的性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有的制作法珀腔内光纤波导的方法复杂，对设备和工艺要求很高的问题，利用成熟的光纤通信器件、设备、材料和加工方法，提供一种具有法珀腔内光纤波导、易于制作、成本低的可调谐光纤法珀滤波器。
本发明的可调谐光纤法珀滤波器，通过下述技术方案予以实现。本发明的可调谐光纤法珀滤波器包括插芯、光纤波导、高反射膜、增透膜、光纤、支座、压电陶瓷、光纤准直器，光纤波导固定在一个插芯的内孔中，一个端面位于插芯内孔中，另一个端面和插芯端面位于同一个平面，固定光纤波导的插芯内孔中同时***了一根光纤，该光纤和光纤波导通过插芯内孔自动对准；光纤和光纤波导的相邻端面中的一个镀有高反射膜，固定光纤波导的插芯的端面，或者另一个带纤插芯的端面，镀高反射膜，形成光纤法泊里-泊罗滤波器。
所述光纤波导为将裸光纤的一个端面研磨、镀膜后固定在插芯内孔中，镀膜端面位于插芯内孔中，另一端延伸出插芯端面，然后研磨插芯端面所剩余在插芯内孔中的裸光纤部分。
所述的可调谐光纤法珀滤波器可以是光纤波导的位于插芯内孔中的端面镀高反射膜，与光纤波导同插芯的光纤固定在插芯的内孔中，另一个固定有光纤的插芯的端面镀高反射膜，两个插芯对准形成光纤法珀滤波器，通过改变插芯间的距离实现波长调谐。
所述的可调谐光纤法珀滤波器可以是光纤波导与插芯的共同端面镀高反射膜，另一个端面镀增透膜，与光纤波导同插芯的光纤，其端面镀高反射膜，形成光纤法珀滤波器，该光纤沿插芯内孔的轴向移动实现波长调谐。
本发明的有益效果：
将法珀腔内光纤波导固定在插芯的内孔中，解决了短光纤波导的夹持问题；通过研磨插芯端面使光纤波导的长度减小，监控研磨过程可以获得需要的光纤波导长度。
利用插芯内孔和光纤精密配合，实现了光纤波导与光纤的自动对准。
采用光纤通信中的成熟器件、设备、材料和加工手段，加工方便、成本低。
附图说明
图1是本发明的一种可调谐光纤法珀滤波器的结构示意图；
图2是法珀腔内光纤波导的制作方法示意图；
图3是本发明的一种可调谐光纤法珀滤波器的结构示意图；
图4是本发明的一种可调谐光纤法珀滤波器的结构示意图；
图5是光纤法珀滤波器的三种基本结构示意图；
图6是现有的可调谐光纤法珀滤波器的结构示意图；
图中：1、1′-插芯2-光纤波导 3、3′-高反射膜 4-增透膜5、5′、5″-光纤6-支座7-压电陶瓷8-光纤准直器。
具体实施方式
下面结合附图和实施离队本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的可调谐光纤法珀滤波器的第一种结构如图1所示。可调谐光纤法珀滤波器包括两个插芯1和1′、固定插芯的支座6，以及调谐法珀腔长的压电陶瓷7；插芯1的内孔中由胶固定了光纤5和光纤波导2，在光纤5和光纤波导2之间为高反射膜3，光纤波导2位于高反射膜3和插芯1的端面之间，插芯1的端面镀有增透膜4；插芯1′的内孔中由胶固定了光纤5′，插芯1′的端面镀高反射膜3′。插芯1、1′经精密调节对准之后固定在支座6上，形成光纤法珀滤波器，通过压电陶瓷7改变法珀腔长，就可以实现透射波长的调谐。
法珀腔内光纤波导2的制作方法如图2所示，将光纤5″固定在插芯1的内孔中，研磨插芯1的端面，光纤5″剩余在插芯1中的部分即为法珀腔内光纤波导2。
实施例2
本发明的可调谐光纤法珀滤波器的第二种结构如图3所示。可调谐光纤法珀滤波器包括插芯1、固定光纤法珀滤波器的支座6、调谐法珀腔长的压电陶瓷7，以及接收光纤法珀滤波器透射光的光纤准直器8；插芯1的内孔中由胶固定了光纤波导2，光纤波导2的一个端面位于插芯内孔中，同时镀有增透膜4，另一个端面为研磨插芯1形成的端面，镀有高反射膜3′；光纤5从插芯1的尾部***插芯1的内孔，端面镀有高反射膜3。光纤5可以沿插芯1的内孔的轴线移动，通过压电陶瓷7改变光纤5在插芯1内孔中的位置可以改变法珀腔长，从而实现透射波长的调谐。
本发明的可调谐光纤法珀滤波器的第二种结构也可以采用如图4所示的结构，利用插芯1′代替图3中的光纤准直器8，接收光纤法珀滤波器的透射光。
Claims (4)
1.一种可调谐光纤法布里-珀罗滤波器，包括插芯、光纤波导、高反射膜、增透膜、光纤、支座，以及压电陶瓷，其特征在于：光纤波导(2)固定在一个插芯(1)的内孔中，一个端面位于插芯内孔中，另一个端面和插芯(1)端面位于同一个平面，固定光纤波导(2)的插芯内孔中同时***了一根光纤(5)，该光纤(5)和光纤波导(2)通过插芯内孔自动对准；光纤(5)和光纤波导(2)的相邻端面中的一个镀有高反射膜，固定光纤波导(2)的插芯(1)的端面，或者另一个带纤插芯(8)的端面，镀高反射膜，形成光纤法泊里-泊罗滤波器。
2.根据权利要求1所述的可调谐光纤法布里-珀罗滤波器，其特征在于：所述光纤波导(2)为将裸光纤固定在插芯内孔，使裸光纤的一个端面位于插芯(1)内孔中，另一端延伸出插芯端面，然后研磨插芯(1)端面所剩余在插芯(1)内孔中的裸光纤部分。
3.根据权利要求1或2所述的可调谐光纤法布里-珀罗滤波器，其特征在于：光纤波导(2)的位于插芯(1)内孔中的端面镀高反射膜(3)、(3′)，与光纤波导(2)同插芯的光纤固定在插芯(1)的内孔中，另一个固定有光纤的插芯(8)的端面镀高反射膜，两个插芯对准形成光纤法布里-珀罗滤波器，通过改变插芯间的距离实现波长调谐。
4.根据权利要求1或2或3所述的可调谐光纤法布里-珀罗滤波器，其特征在于：光纤波导(2)与插芯(1)的共同端面镀高反射膜，另一个端面镀增透膜，与光纤波导(2)同插芯的光纤(5)，其端面镀高反射膜，形成光纤法布里-珀罗滤波器，该光纤可以沿插芯内孔的轴向移动实现波长调谐。
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| CN100470282C (zh) | 2009-03-18 |
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