CN102324977B - 一种光子晶体光纤可调微波毫米波发生器 - Google Patents
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Abstract
一种双折射光子晶体光纤微波毫米波发生器，该发生器包括：泵浦源，用于将泵浦源的泵浦光耦合进入谐振腔的光纤耦合器，以及所述谐振腔，其特征在于：所述谐振腔由光纤光栅和组合光纤形成，所述组合光纤是由有源光纤与双折射光子晶体光纤串接而成，并且至少一根双折射光子晶体光纤上设置有加热器或制冷器，用于改变所述双折射光产晶体光纤的双折射程度，所述双折射光子晶体光纤中填充有光纤匹配液。
Description
技术领域
本发明涉及一种光子晶体光纤可调微波毫米波发生器，属于光电子技术领域。
背景技术
光子产业中存在着一种基础的材料——光子晶体，光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题，同时它对其他相关产业也将产生巨大的影响。自从1987年Yablonowitch和John分别独立地提出了光子晶体和光子禁带的概念以来，光子晶体就成为国内外都受到极大重视的热点课题，在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了人们广泛的关注。在这短短二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方面都取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用，比如光子晶体光集成回路、光子晶体光波导、光子晶体滤波器等。
光子晶体中有一种是制作在光纤中，一般称之为光子晶体光纤，光子晶体光纤的一般结构如附图1所示，它是在光纤中沿轴向均匀排列着气孔，从光纤端面看，存在着周期性的二维结构，该二维周期性的结构一般为圆形空气孔，其中的d表示圆形空气孔的直径，而Λ表示周期，其中的一个气孔遭到了破坏或缺失，这样就产生了缺陷，光就能够在缺陷中传播，其中的缺陷如附图1中的中央部分所示，在中央部分处，周期性的二维结构遭到了破坏了，从而在中间位置处产生了能够导光的缺陷。
在光子晶体光纤中还有另外一种，那就是双折射光子晶体光纤，与普通的光子晶体光纤不同，双折射光子晶体光纤中可以产生双折射。产生双折射的方法有多种，包括在中央部分的缺陷区设置小的空气孔以破坏对称性，以及在包层中将圆形空气孔改变为椭圆形，以上的方法均能产生双折射光子晶体光纤。其中设置椭圆孔或在中央的纤芯设置小圆孔以破坏对称性的结构，分别如附图2和附图3所示，附图2中在包层中具有椭圆形的空气孔，附图3在纤芯处设置有三个用于破坏对称性的小圆孔，都是为了破坏对称性，其中的Λ表示周期，a和b分别表示短长轴方向的直径。
同时，在本领域中，使用光纤激光器或者光纤发生器以光学的方法来产生微波或毫米波以其成本低廉，方法简单而广泛引起人们的注意，一种典型的产生微波毫米波的方式就是使用在保偏光纤中制作的光栅作为光纤激光器的反射或透射光栅，由于保偏光纤的双折射特性，从而使得在保偏光纤中制作的光栅具有了相互垂直的两个振荡光，这两个振荡光由于频率较为接近，可以利用两者的拍频在光电探测器上产生微波或毫米波，但是，在这种方法中，如果想实现可调的微波毫米波输出是困难的，一般都会伴随着复杂的结构，从而使得成本增加，调节困难。
针对上述问题，我们提交申请号为201110162832.X的发明专利申请，但是，在该发明中，还存在需要改进的地方，那就是温度调节的过程中，由于双折射光子晶体光纤本身对于温度的变化缺乏足够的敏感性，在调节过程中需要进行较大的温度范围变化，其结果是调节过程费时费力。
发明内容
本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种光子晶体光纤可调微波毫米波发生器，很好的解决现有技术中所存在的问题，其能够在较小温度变化的情况下实现微波毫米波的调谐。
本发明的思路是在双折射光子晶体光纤中添加光纤匹配液，由于光纤匹配液具有较高的折射率温度系数，从而能够大幅提高双折射光子晶体光纤的温度系数，从而敏感的改变光电探测器上微波或毫米波的频率，从而简单实现了输出微波或毫米波的调谐。
以上述思想构建的光子晶体光纤可调微波毫米波发生器，具有调节简单，结构简单，成本低廉等优点，很好的解决了现有技术中的问题。
根据本发明的一实施例，提供一种双折射光子晶体光纤微波毫米波发生器，该发生器包括：泵浦源，用于将泵浦源的泵浦光耦合进入谐振腔的光纤耦合器，以及所述谐振腔，其特征在于：所述谐振腔由光纤光栅和组合光纤形成，所述组合光纤是由有源光纤与双折射光子晶体光纤串接而成，并且至少一根双折射光子晶体光纤上设置有加热器或制冷器，用于改变所述双折射光子晶体光纤的双折射程度，所述双折射光子晶体光纤中填充有光纤匹配液。
根据本发明的另外一实施例，所述组合光纤包括一根有源光纤和一根双折射光子晶体光纤。
根据本发明的另外一实施例，所述组合光纤包括多根有源光纤和多根双折射光子晶体光纤。
根据本发明的另外一实施例，所述有源光纤为掺铒，掺镱或铒镱共掺光纤。
根据本发明的另外一实施例，所述双折射光子晶体光纤为包层中具有椭圆空气孔的光子晶体光纤。
根据本发明的另外一实施例，所述双折射光子晶体光纤的纤芯中具有用于破坏对称性结构的小圆孔。
根据本发明的另外一实施例，所述双折射光子晶体光纤的纤芯中具有用于破坏对称性结构的椭圆孔。
附图说明
附图1是现有技术中一普通光子晶体光纤的结构示意图；
附图2是现有技术中包层中具有椭圆空气孔的双折射光子晶体光纤的结构示意图；
附图3是现有技术中纤芯设置有用于破坏对称性结构的小圆孔的双折射光子晶体光纤的结构示意图。
附图4是根据本发明一实施例的光子晶体光纤可调微波毫米波发生器的示意图。
在上述的附图中，d表示光子晶体光纤中圆形空气孔的直径，人表示周期，b和a分别表示椭圆孔的长短轴直径，1表示泵浦源，2表示光纤耦合器，3和4分别表示光纤光栅，5表示有源光纤，6表示包层中具有椭圆空气孔并填充有光纤匹配液的双折射光子晶体光纤，7表示加热器或制冷器，8表示光电探测器。
具体实施方式
下面以具体实施方式来详细说明本发明的光纤可调微波毫米波发生器。
附图2示出了本发明所使用的光子晶体光纤，也即是在包层中具有椭圆空气孔的双折射光子晶体光纤，从图中可以看出，在该光子晶体光纤中，其中包层中的空气孔是椭圆形的，而不是圆形的。
下面在结合附图4的基础上来说明本发明所提出的微波毫米波发生器，附图4示出的微波毫米波发生器中，包括泵浦源1，该泵浦源可以是半导体激光器或者其他合适类型的泵浦源，还包括光纤耦合器2，用于将泵浦源发出的泵浦光耦合进入由光纤光栅3和4，组合光纤所组成的谐振腔内，所述组合光纤由有源光纤5和双折射光子晶体光纤6串接在一起形成，光纤光栅3和4分别位于所述组合光纤的两端，其中双折射光子晶体光纤6上设置有加热器或制冷器7，在该谐振腔的输出端设置有光电探测器8。所述有源光纤5为掺杂光纤，包括掺铒，掺镱，铒镱共掺等常用的有源光纤，所述双折射光子晶体光纤6为包层中具有椭圆空气孔的光子晶体光纤。
上述微波毫米波发生器的工作原理如下，当泵浦源通过光纤耦合器对由光纤光栅和组合光纤组成的谐振腔进行泵浦时，就会在该谐振腔内产生激光振荡，由于该谐振腔中包括一段双折射光子晶体光纤，就会产生相互垂直的两个偏振激光，并且由于双折射效应，这两个偏振光之间具有一定的频率差，这两个偏振光的拍频光在从谐振腔的输出端输出后入射到光电探测器上，从而产生相应的毫米波或微波，如果使用双折射光子晶体光纤上的加热器或制冷器对所述光子晶体光纤进行加热或制冷，则由于热胀冷缩的原因，会导致包层内椭圆空气孔的体积或椭圆率发生变化，并且由于光纤匹配液的作用，会将这种作用增强，从而极大的改变双折射程度，进而改变两个偏振激光之间的频率差，从而最终实现了微波或毫米波的调谐。
可以理解，所述组合光纤不仅可以采用附图4中所示的由一段有源光纤5和一段双折射光子晶体光纤串接而成组合光纤，还可以其他多种形式，例如是分别位于两侧的两段双折射光子晶体光纤和位于中间有源光纤串接而成的组合光纤，所述光纤光栅3和4分别制作在所述的两侧的双折射光子晶体光纤上，也可以位于两侧的两段有源光纤和位于中间的双折射光子晶体光纤串接而成的组合光纤，还可以是多根双折射光子晶体光纤和多根有源光纤交错串接而形成的组合光纤，只要其中至少有一段双折射光子晶体光纤上设置有加热器或制冷器即可。
对于另外一种双折射光子光纤，也即在纤芯设置有若干个小圆孔或椭圆形小孔以破坏结构的对称性，其包层中的空气孔依然为圆形，如附图3所示。对于这种双折射光子晶体光纤来说，同样可以应用于上面所述的微波毫米波发生器，因为热胀冷缩同样会使位于纤芯的用于破坏对称结构的小圆孔或椭圆孔的体积或椭圆率发生变化，同样会影响并改变该光子晶体光纤的双折射程度，只是由于所述的小圆孔或椭圆孔位于纤芯处，外部加热器或制冷器所施加的温度变化对其中纤芯所造成的影响不会像包层那样及时，灵敏，所以虽然这种双折射光子晶体光纤是可以采用的，但是优选采用如附图2所示的双折射光子晶体光纤。
最后，需要说明的是，本发明中所采用的双折射光子晶体光纤并非只限于具有椭圆形空气孔的双折射光子晶体光纤，任何具有双折射特性的光子晶体光纤都是可以的，因为双折射光子光纤对于温度的变化都具有响应特性，而添加了光纤匹配液之后就会把这种响应的灵敏度提高，从而获得更好更快捷的调谐方式。
Claims (1)
1.一种双折射光子晶体光纤微波毫米波发生器，该发生器包括：泵浦源，用于将泵浦源的泵浦光耦合进入谐振腔的光纤耦合器，以及所述谐振腔，其特征在于：所述谐振腔由光纤光栅和组合光纤形成，所述组合光纤是由有源光纤与双折射光子晶体光纤串接而成，并且至少一根双折射光子晶体光纤上设置有加热器或制冷器，用于改变所述双折射光子晶体光纤的双折射程度，所述至少一根双折射光子晶体光纤中填充有光纤匹配液，用于提高所述双折射光子晶体光纤的双折射温度系数，所述组合光纤包括一根有源光纤和一根双折射光子晶体光纤，或者所述组合光纤包括多根有源光纤和多根双折射光子晶体光纤，所述有源光纤为掺铒，掺镱或铒镱共掺光纤，所述双折射光子晶体光纤为包层中具有椭圆空气孔的光子晶体光纤，所述双折射光子晶体光纤的纤芯中具有用于破坏对称性结构的小圆孔，或者所述双折射光子晶体光纤的纤芯中具有用于破坏对称性结构的椭圆孔。
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