CN104111543A - 一种多波长光纤滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可编程的多波长光纤滤波器，包括光子晶体光纤、第一单模光纤、第二单模光纤、控制电路和热打印头阵列，光子晶体光纤的空气孔中充满酒精，第一单模光纤和第二单模光纤分别连接于光子晶体光纤两端，连接后的光子晶体光纤与热打印头阵列紧密贴合，热打印头阵列连接控制电路，控制电路连接有键盘，控制电路通过键盘的按键控制其相对应的热打印头阵列的阵列点。本发明实现了光谱自由范围可编程控制调谐，具有动态范围大、调谐精度高、调节灵活、灵敏度高等优点，是一种透射谱顶部平坦的全光纤型多波长滤波器。
Description
技术领域
本发明属于光纤器件、光通信领域，涉及一种光纤滤波器，尤其是涉及一种基于酒精填充的光子晶体光纤结合控制电路实现的光谱自由范围可调的多波长滤波器。
背景技术
全光纤型的功能器件是当前的研究热点，多波长滤波器是波分复用***中的关键器件之一。
多波长滤波器在波分复用***中具有广泛的应用，主要被用作多信道隔离滤波器和波长选择滤波器等。常用的多波长滤波器的实现方案包括晶体双折射、阵列波导光栅和马赫曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)等，其中全光纤型的马赫曾德干涉仪多波长滤波器可以很好的与现有的通信***兼容，***损耗较小，因而受到较多关注。
现有的信道频率间隔固定的滤波器无法适应动态的光通信***，导致技术发展受到限制，因而在实际使用中存在诸多不便。而动态可调的多波长滤波器由于能够实现灵活的滤波效果，所以它更能满足实际的应用需求，因此成为了当前的研究热点。一般的，实现滤波器可调的方案包括机械调节、液晶调节和利用晶体的电光效应进行调节等，此外也有人报道了基于热致调谐的滤波器方案。针对全光纤型的马赫曾德干涉仪这种结构，热致调谐是一种可靠的备选方案。已有人报道了利用微加热阵列对线性啁啾光纤光栅进行加热实现了可开关的、离散的带通滤波器，但是这种方案的缺点是信道数量很有限，而且其周期性也未必能得到很好的保证。另外一方面，出于对信号高保真度和大的信号波长漂移容忍度的要求，顶部平坦的滤波器是实际应用中所希望的，因为它可以提高信号的保真度以及增强对信号波长漂移的容忍度，以往的方案基本是通过并联或串联两个马赫曾德干涉仪来实现顶部平坦的滤波器，但是他们都没提到其调谐性，因此降低了器件的灵活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
一、如何增强多波长光纤滤波器的热敏性；
二、如何实现对滤波器自由光谱范围的调谐。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种多波长光纤滤波器，该滤波器实现了光谱自由范围控制调谐，具有动态范围大、调谐精度高、调节灵活、灵敏度高等优点，是一种透射谱顶部平坦的全光纤型多波长滤波器。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种多波长光纤滤波器，包括光子晶体光纤、第一单模光纤、第二单模光纤、控制电路和热打印头阵列，光子晶体光纤的空气孔中灌入酒精，第一单模光纤和第二单模光纤分别连接于光子晶体光纤两端，连接后的光子晶体光纤与热打印头阵列紧密贴合，热打印头阵列由密集的亚毫米量级的加热单元构成，热打印头阵列连接控制电路，由控制电路进行控制；
控制电路包括单片机、电压源、矩阵键盘和液晶显示器，电压源通过控制开关对单片机进行实时供电；单片机分别与热打印头阵列、矩阵键盘连接和液晶显示器连接，由矩阵键盘输入控制指令控制热打印头阵列上对应的发热元件发热，液晶显示器实时显示键盘输入的指令和工作状态；
针对要解决的第一个技术问题，在第一单模光纤与光子晶体光纤连接处，由于模场失配，来自单模光纤的光不仅会激发起光子晶体光纤内的基膜，也会有高阶模(包层模)产生，不同模式的有效折射率不同，经光子晶体光纤传输后不同模式间会存在相位差，随后它们耦合进第二单模光纤中，并在光子晶体光纤与第二单模光纤连接处发生干涉，形成周期性的梳状谱。相邻两个波峰或波谷之间的间隔为：ΔλFSR≈λ2/(Δneff·L)，其中Δneff为模式间的有效折射率差，L为干涉臂长。当给光子晶体光纤加热时，由于同时存在热光效应和热膨胀效应，所以Δneff和L都会发生改变，导致滤波器的自由光谱范围发生变化。为了增强器件的热敏性，本申请简单的在光子晶体光纤的空气孔内灌入酒精，由于酒精的热光系数(3.94x10-4/K)比二氧化硅(8.6x10-6/K)的高两个数量级，所以该器件能有效地增强外界温度变化对其输出光谱的影响，动态范围随之增大，实现自由光谱范围可调的多波长滤波器。
针对要解决的第二个技术问题，申请人在试验中发现，在输出光谱中每一个周期性的阻带波谷附近还有另一个消光比要小很多的波谷，正是由于这个波谷的出现使得光谱中波峰部位被拉平，实现了顶部相对平坦的多波长滤波器。由于这些旁瓣波谷消光比很低，而且其阻带很窄，所以只要信号不落在这些旁瓣阻带内都不会产生严重的信号功率衰减。本发明通过基于单片机的控制电路来控制每一个加热阵列点的开启或关闭，开启则加热，使信号不落在这些旁瓣阻带内，实现对滤波器自由光谱范围的调谐。
本发明进一步限定的技术方案是：
向前述光子晶体光纤的空气孔中充入酒精的方法为注射器注入。
前述光子晶体光纤、第一单模光纤和第二单模光纤通过毛细管构建空间耦合的方式连接。
前述键盘可设置热打印头阵列的阵列点的加热方式为：连续点阵加热、离散点阵加热或 者周期性加热。
本发明的有益效果是：
本发明采用注射器注入的方法将酒精灌入到光子晶体光纤的空气孔中，效率很高，且填充得较均匀；由于在光子晶体光纤空气孔内灌入酒精后，受益于酒精较高的热光系数，器件的热控性得到大大地增强，滤波器信道间隔的调谐范围也得到了有效的提高。
本发明的热打印头阵列通过电线与基于单片机的控制电路***相连，通过控制电路的按键输入，可实现对每一个阵列点开启或关闭的控制。并且通过控制电路***来设置阵列点的加热方式，包括加热连续的多个点，或离散的点，或周期性的点等，因此可以采用灵活多样的加热方式对输出光谱进行控制，实现了光电一体化的控制。
本发明的输出光谱中每一个周期性的阻带波谷附近还有另一个消光比要小很多的波谷，正是由于这个波谷的出现使得光谱中波峰部位被拉平，实现了顶部相对平坦的多波长滤波器。
综上所述，本发明实现了光谱自由范围控制调谐，透射谱顶部平坦的全光纤型多波长滤波器，且具有动态范围大，调谐精度高，调节灵活，灵敏度高等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明所用的光子晶体光纤截面图。
图3为本发明应用于试验中所得的波形图。
附图标记：1-第一单模光纤、2-光子晶体光纤、3-第二单模光纤、4-热打印头阵列、5-控制电路、6-空气孔。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种多波长光纤滤波器，结构如图1-2所示，包括光子晶体光纤2、第一单模光纤1、第二单模光纤3、控制电路5和热打印头阵列4，通过注射器向光子晶体光纤2的空气孔6中注入满酒精。
第一单模光纤1和第二单模光纤3分别连接于光子晶体光纤2两端，光子晶体光纤2、第一单模光纤1和第二单模光纤3通过毛细管构建空间耦合的方式连接。
连接后的光子晶体光纤2与热打印头阵列4紧密贴合，热打印头阵列4连接控制电路5， 控制电路5连接有键盘，控制电路5通过键盘的按键控制其相对应的热打印头阵列4的阵列点。键盘可设置热打印头阵列4的阵列点的加热方式为：连续点阵加热、离散点阵加热或者周期性加热。
控制电路5包括单片机、电压源、矩阵键盘和液晶显示器，电压源通过控制开关对单片机进行实时供电；单片机分别与热打印头阵列、矩阵键盘连接和液晶显示器连接，由矩阵键盘输入控制指令控制热打印头阵列上对应的发热元件发热，液晶显示器实时显示键盘输入的指令和工作状态；
本实施例的工作原理为：
来自第一单模光纤1的光束在与光子晶体光纤2的连接处，由于模场失配，会激发起光子晶体光纤2中的基膜和高阶模(包层模)，特别是灌入酒精后，由于“纤芯”与“包层”的有效折射率差减小了，所以这时可能存在多个高阶模；不同的模式，即基膜和包层模(高阶模)，具有不同的有效折射率，在光子晶体光纤2中传输后，不同模式间存在相位差，它们会耦合到第二单模光纤3中并形成干涉，形成周期性的梳状谱。
相邻两个波峰或波谷之间的间隔为：ΔλFSR≈λ2/(Δneff·L)，其中Δneff为模式间的有效折射率差，L为干涉臂长。
当给光子晶体光纤2加热时，由于同时存在热光效应和热膨胀效应，所以Δneff和L都会发生改变，导致滤波器的自由光谱范围发生变化。
为了增强器件的热敏性，我们在光子晶体光纤2的空气孔内灌入酒精，由于酒精的热光系数(3.94x10-4/K)比二氧化硅(8.6x10-6/K)的高两个数量级，所以能有效地增强外界温度变化对其输出光谱的影响，动态范围随之增大，实现自由光谱范围可调的多波长滤波器。
由于每一个周期性的阻带波谷附近都有一个消光比很低、带宽很窄的波谷，正是它的出现将透射光谱的波峰部位拉平，实现了顶部平坦的多波长滤波器。
本实施例为加热40个连续阵列点，得到如图3所示的滤波器透射谱，当改变加热长度时，模式间的光程差会发生变化，所以自由光谱范围也会随之改变，实现控制的滤波效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种多波长光纤滤波器，其特征在于：包括光子晶体光纤、第一单模光纤、第二单模光纤、控制电路和热打印头阵列，所述光子晶体光纤的空气孔中灌入酒精，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤分别连接于所述光子晶体光纤两端，所述连接后的光子晶体光纤与热打印头阵列紧密贴合，所述热打印头阵列由密集的亚毫米量级的加热单元构成，所述热打印头阵列连接控制电路，由控制电路进行控制；
所述控制电路包括单片机、电压源、矩阵键盘和液晶显示器，所述电压源通过控制开关对所述单片机进行实时供电；所述单片机分别与所述热打印头阵列、矩阵键盘连接和液晶显示器连接，由所述矩阵键盘输入控制指令控制所述热打印头阵列上对应的发热元件发热，所述液晶显示器实时显示键盘输入的指令和工作状态；
来自第一单模光纤的光束在与光子晶体光纤的连接处，由于模场失配激发起光子晶体光纤中的基膜和高阶模，光子晶体光纤的空气孔中灌入酒精后，由于光子晶体光纤的纤芯与包层的有效折射率差减小了，就存在多个高阶模，所述基膜和高阶模具有不同的有效折射率，所述基膜和高阶模在光子晶体光纤中传输后，不同模式间存在相位差，所述基膜和高阶模会耦合到第二单模光纤中并形成干涉。
2.根据权利要求1中所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：向所述光子晶体光纤的空气孔中充入酒精的方法为注射器注入。
3.根据权利要求1中所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：所述光子晶体光纤、第一单模光纤和第二单模光纤通过毛细管构建空间耦合的方式连接。
4.根据权利要求1中所述的多波长光纤滤波器，其特征在于：所述键盘可设置热打印头阵列的阵列点的加热方式为：连续点阵加热、离散点阵加热或者周期性加热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410251212.7A CN104111543A (zh) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | 一种多波长光纤滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201410251212.7A CN104111543A (zh) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | 一种多波长光纤滤波器 |
Publications (1)
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| CN104111543A true CN104111543A (zh) | 2014-10-22 |
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ID=51708383
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN104111543A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110119040A (zh) * | 2018-02-07 | 2019-08-13 | 桂林电子科技大学 | 基于电热效应的光纤调制芯片 |
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2014
- 2014-06-06 CN CN201410251212.7A patent/CN104111543A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110119040A (zh) * | 2018-02-07 | 2019-08-13 | 桂林电子科技大学 | 基于电热效应的光纤调制芯片 |
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