本發(fā)明專利技術涉及光子晶體光纖和選擇性填充技術的結合，通過在光子晶體光纖中填充兩種不同折射率的液體，可以得到一種類三芯結構的光子晶體光纖(PCF)。這種新型PCF可用于1.31微米和1.55微米通信波段可調諧濾波、光纖通信波分復用/解復用以及矢量傳感等技術領域。這種類三芯的PCF特征在于該結構工作在常溫(28.0℃)附近，在1.31微米和1.55微米通信波段具有兩個對溫度具有高敏感性的諧振峰，可同時進行溫度調諧濾波，并且具有良好的線性調諧度。相比于以往報道的光纖型可調諧濾波器，這種類三芯PCF能夠極大提高調諧速率，調諧范圍寬，插入損耗小，實現方式簡便，穩(wěn)定性更高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光子晶體光纖和選擇性填充技術的結合，通過填充兩種不同折射率的液體進入光子晶體光纖可得到一種類似三芯的光纖結構，可用于雙波段的調諧濾波，該濾波器的主要特點在于工作在室溫附近，調諧速率快，調諧手段簡便易行，此外該結構在光纖通信波分復用/解復用和光纖多參數矢量傳感等
也具有一定的潛在應用價值。背景介紹光子晶體光纖(Photonics Crystal Fiber,簡稱PCF)又被稱為微結構光纖(Microstructure Optical Fiber)或多孔光纖(Holey Fiber),是近年來受到很多關注的一種新型光纖。由于其具有傳統光纖所無法比擬的導光和控光特性(如無截止波長單模傳輸、色散特性可控及高數值孔徑等)而受到廣泛的研究。光子晶體光纖按導光機理的不同可分為折射率引導型光子晶體光纖和光子帶隙型光子晶體光纖，前者是通過在固體的纖芯和多層的空氣孔包層之間的全內反射實現導光，后者則是利用光子帶隙效應對特定波段的光實現在低折射率纖芯處傳導。本專利用到的光纖即是折射率引導型光子晶體光纖。光子晶體光纖在設計上具有很大的靈活性，其后續(xù)的再處理方式也非常豐富比如選擇性填充、拉錐、寫制光柵等，近年來對光子晶體光纖進行選擇性填充是光纖研究領域的一個熱點，因為填充不同性質的物質能極大的豐富光纖的傳光性能，并且能夠發(fā)現一系列新的特性，因而基于選擇性填充光子晶體光纖的光電子器件被廣泛研究從而應用于光通信和光傳感等
可調諧濾波器是光纖通信系統中的一種重要光學器件，一直是人們研究的熱點。隨著光纖通信和光纖傳感技術的發(fā)展，在復用和解復用以及傳感系統中需要大量的濾波器，用來選擇特定的波長，因而可調諧濾波器已經成為光纖網絡中不可或缺的關鍵器件。此夕卜，可調諧濾波還可以用于半導體激光器或光纖激光器的反射腔鏡和窄帶濾波、光放大器中的噪聲抑制、波長選擇器、波長轉換器以及色散補償器等。當前，可調諧濾波器雖然種類很多，但是可同時工作在1.31微米和1.55微米通信波段的可調諧濾波尚未見報道。本專利技術提供了一種可在上述雙波段同時工作的可調諧濾波技術。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術 要解決的技術問題是理論設計并且實際制作出一個雙通道的PCF可調諧濾波器。通過控制溫度變化實現PCG調諧濾波功能，并且具有調諧速率高、實現方式簡便以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點。該濾波器的實現手段是在折射率引導型的光子晶體光纖的包層中選擇兩個空氣孔，將不同折射率的折射率匹配液(1.454,1.456)分別進行填充，從而實現了一個類三芯的PCF，并可用于調諧濾波。對于這種新型光纖結構，其工作原理如下:PCF纖芯中能傳輸基模LPtll和高階模LPno由于填充的液體折射率大于基底折射率，因此在有液體的兩個空氣孔附近及其中心也能夠激起局域包層LPtll和LP11模式。因為該PCF高階模能量很小，所以僅需要考慮其纖芯基模LPtll和兩個局域包層模LPtll的相互耦合。通過選擇合適的折射率匹配液，可以使得該PCF兩個局域包層基模和纖芯基模的有效折射率在不同波長處相等。并且，基于折射率匹配耦合原理，在該PCF兩個不同的波長處可得到兩個性質不同的諧振峰。根據這一機理，能夠設計出基于上述雙通道的PCF可調諧濾波器。本專利技術所述的雙通道可調諧濾波器的兩個諧振波長，可以設計成分別位于1.31微米和1.55微米波段內，該濾波器工作在常溫附近(28°C)。并且，它們的兩個諧振峰具有不同的溫度靈敏度。相比于以往報道的光纖型可調諧濾波器，這種類三芯PCF具有調諧速率快、工作范圍寬、插入損耗小、實現方式簡便、穩(wěn)定性更高等優(yōu)點。附圖說明圖1是本專利技術的光纖橫截面的理論結構示意圖以及填充前后的光纖端面圖，圖1(a)是理論設計，圖1(b)是填充前的光纖端面圖，圖1(c)是填充后的光纖端面圖，填充以后的小孔用紅色箭頭標明了位置和折射率值，光纖結構參數為Λ = 5.8微米，d = 3.5微米，填充的折射率匹配液分別為1.456和1.454，填充1.456的液柱用紅色表示并簡稱為液柱1，填充1.454的液柱用綠色表示并簡稱為液柱2。圖2是28.2°C下的纖芯和兩個液柱內的LPtll的色散曲線以及在兩個諧振耦合點附近的模場分布圖。圖3是本專利技術中選擇性填充以后的光纖結構在28.2°C下的透射光譜圖。圖4是本專利技術的類三芯結構在不同溫度下的光譜變化圖，圖4(a)是在27.0-29.(TC下的兩個諧振峰的漂移圖；圖4(13)是兩個諧振峰漂移量的線性擬合圖。下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做進一步說明:本專利技術的雙波段PCF可調諧濾波器，它是基于選擇性填充兩種不同折射率的液體進入PCF，光纖包層由石英玻璃構成的基底材料上按六角對稱形網格結構排列的空氣孔形成，空氣孔的形狀是圓形，直徑在微米量級，中間纖芯由實心石英柱形成，位于六角形網格的結點上，同時位于所述光子晶體光纖的幾何中心區(qū)域。填充以后的光纖的特征在于:在纖芯中能激起基模LPtll和高階模LP11,但是高階模LP11能量非常低，所以耦合主要是發(fā)生在纖芯基模和局域包層模式之間，其中存在一點不足就是如果光纖端面和單模光纖熔接不好的時候，纖芯中的兩個模式可能會發(fā)生干涉，這在一定程度上會影響透射譜的平滑度。上述橫截面結構沿光纖軸向不發(fā)生變化。圖1為本專利技術所述的理論設計和填充前后的光纖結構。其中，紅色柱表示填充1.456的液體，綠色柱表示填充1.454的液體。由填充后的光纖橫截面圖可以看出，此時光纖已變成一個類三芯結構的PCF，即在三個芯(包括光纖纖芯和兩個液體柱)中均能激起LP01和LP11模式。由于LP11模式的能量非常低，因此光波耦合主要發(fā)生在三個芯中激起的LP01模式之間，這也是本專利技術PCF濾波器調諧速率快的原因所在。圖2為本專利技術在溫度為28.2°C時的理論計算色散曲線圖及其模場圖。圖中三條色散曲線之間存在兩個交點，分別為纖芯的LPtll模式色散曲線與液柱I的LPtll模式色散曲線相交于1.38微米附近，與液柱2的LPtll模式色散曲線交于1.55微米附近。圖3為本專利技術在溫度為28.2°C時的實驗測量透射譜圖。對比圖2和圖3可以看出，實驗結果與理論分析是相符的。圖4為本專利技術在溫度27.0-29.(TC區(qū)間變化時，實驗測量的諧振峰變化圖。從圖4(a)可見，上述兩個諧振峰均發(fā)生紅移；從圖4(b)可見，兩個諧振峰均具有很高的溫度靈敏度，二者存在一定差異但均具有很好的線性響應。調控溫度，能夠使兩個諧振峰分別位于1.31微米和1.55微米波段。由圖4(b)實驗測量曲線可知，當溫度為27.47°C時，液柱I與纖芯基模耦合產生的諧振峰位于1.31微米；而在當溫度為28.32°C時，液柱2與纖芯基模耦合產生的諧振峰位于1.55微米。理論和實驗表明，本專利技術PCF濾波器具有很高的調諧速率，由于工作在常溫條件下且具有良好的線性響應，因此其調諧手段很簡便。并且，因其調諧精度很高，溫度微小變化可產生明顯反應。雖然結合目前認為最實際且最佳的實施例描述了本專利技術，但本專利技術不限于所公開的實施例，而意在覆蓋所附權利要求的精神和范圍之內所包括的多種變型及其等效裝置。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可同時工作在1.31微米和1.55微米雙波段的可調諧濾波器，通過對光子晶體光纖(PCF)包層中兩個小孔進行選擇性填充不同折射率的液體，得到的類三芯PCF具有可調諧濾波功能。基于光波諧振耦合原理，這種類三芯PCF在1.31微米和1.55微米通信波段分別產生兩個具有不同特性的諧振峰，雙峰均具有很高的溫度靈敏度但有一定差異。
【技術特征摘要】
1.一種可同時工作在1.31微米和1.55微米雙波段的可調諧濾波器，通過對光子晶體光纖(PCF)包層中兩個小孔進行選擇性填充不同折射率的液體，得到的類三芯PCF具有可調諧濾波功能。基于光波諧振耦合原理，這種類三芯PCF在1.31微米和1.55微米通信波段分別產生兩個具有不同特性的諧振峰，雙峰均具有很高的溫度靈敏度但有一定差異。2.根據權利要求1所述的雙波段PCF可調諧濾波器，其特征在于:所使用的PCF基底材料為石英玻璃，包層空氣孔形狀是圓形，直徑在3.5微米左右，按六角形網...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張偉剛，梁鵠，耿鵬程，嚴肅源，嚴鐵毅，
申請(專利權)人：南開大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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