專利名稱：基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾波器，尤其涉及一種超窄雙信道光學(xué)濾波器。
背景技術(shù)：
布拉格光纖光柵(FBG)已應(yīng)用于眾多光纖光學(xué)器件中，如光學(xué)濾波器、光學(xué)傳感器等。同時FBG具有產(chǎn)生多信道的能力。但是傳統(tǒng)的取樣布拉格光纖光柵(SFBG)是用簡單的二進制采樣進行的，其實現(xiàn)的多信道長度和帶寬不同。盡管復(fù)雜的sinC取樣函數(shù)技術(shù)能夠克服這些問題并且能實現(xiàn)相同的多信道布拉格光柵濾波器，但是每一信道帶寬很大，通常為100pm-300pm。同時在均勻光纖光柵的中心位置引入一個空間π相移，該光柵的抑制頻帶能夠獲得超窄傳輸窗口，但是僅僅只能得到一個單信道響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波器，其解決了背景技術(shù)中傳統(tǒng)SFBG實現(xiàn)的多信道強度和帶寬不同、多信道布拉格光柵濾波器每一信道帶寬很大以及只能得到一個響應(yīng)的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特殊之處是，其包括3端口光環(huán)形器A以及連接在3端口光環(huán)形器A上的0到π取樣布拉格光柵SFBG1、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2，所述對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2的具體結(jié)構(gòu)是取樣長度為L1的均勻光纖光柵和無光柵部分交替分布，無光柵部分有兩個寬度，分別為L2、L3以長度來代表各段光柵和無光柵部分，使有光柵部分和無光柵部分按…L1L2L1L3…L3L1L3…L3L1L2L1…方式排列，這種排列方式關(guān)于中心對稱；所述0到π取樣布拉格光柵SFBG1的具體結(jié)構(gòu)是取樣長度為L1的均勻離散光纖光柵和無光柵部分交替分布，無光柵部分有兩個寬度，分別為L2、L3，以長度來代表各段光柵和無光柵部分，使有光柵部分和無光柵部分按…L1L2L1L3L1L2…方式排列；其中L2＝mΛ，L3＝(n+0.5)Λ，Λ為布拉格周期，m，n分別代表整數(shù)。
上述3端口光環(huán)形器A、0到π取樣布拉格光柵SFBG1、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2之間的連接關(guān)系是0到π取樣布拉格光柵SFBG1與3端口光環(huán)形器A的中間端口A2連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2與3端口光環(huán)形器A的輸出端口A3連接。
上述3端口光環(huán)形器A、0到π取樣布拉格光柵SFBG1、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2之間的連接關(guān)系還可以是0到π取樣布拉格光柵SFBG1與3端口光環(huán)形器A的中間端口A2連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2與3端口光環(huán)形器A的輸入端口A1連接。
上述制作光柵3所用的光纖為鉺鐿共摻光纖。
上述布拉格周期Λ＝534.2nm，m＝600，n＝584。
本發(fā)明具有的優(yōu)點是1、每個信道的3dB帶寬大約為1pm(10-12m)，比傳統(tǒng)FBG濾波器少兩個數(shù)量級(10-10m)。
2、兩個信道傳輸特性幾乎相同。理論上兩個信道應(yīng)一樣，理論和實驗的主要差別源于在實驗中光譜分析儀分辨率極限為0.01nm。
3、當(dāng)改變?yōu)V波器的兩個信道時，其空間信道不變。實驗結(jié)果如圖5所示，濾波器波長以0.3nm為間距，當(dāng)波長改變時濾波器的信道間隔保持為440pm。


圖1(a)為本發(fā)明超窄雙信道濾波器中0到π取樣的布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為本發(fā)明超窄雙信道濾波器中對稱結(jié)構(gòu)布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖，其中橫軸(Z軸)為光柵長度方向，縱軸為折射率調(diào)制；圖2(a)為0到π取樣布拉格光纖光柵的傳輸光譜示意圖，圖2(b)為對稱結(jié)構(gòu)布拉格光纖光柵的傳輸光譜示意圖，橫軸為波長，縱軸為功率；圖3(a)和圖3(b)為本發(fā)明超窄雙信道濾波器的兩種結(jié)構(gòu)形式，其中SFBG1為0到π取樣布拉格光纖光柵，SFBG2為對稱結(jié)構(gòu)布拉格光纖光柵；A為3端口光環(huán)形器，輸入光波從此光環(huán)形器的輸入端口A1輸入，到達中間端口A2，經(jīng)SFBG1反射后其反射波從輸出端口A3輸出；圖4為傳輸光譜，虛線為理論值，實線為實驗結(jié)果；橫軸為波長，縱軸為功率；圖5是以約0.3nm間隔調(diào)諧SFBG得到的5組傳輸光譜。
具體實施例方式
本發(fā)明超窄雙信道濾波器的結(jié)構(gòu)詳見圖3，主要由一個3端口光環(huán)形器、一個0到π取樣布拉格光柵SFBG1和一個對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2組成。其連接關(guān)系有兩種第一種連接關(guān)系見圖3(a)，0到π取樣布拉格光柵SFBG1與3端口光環(huán)形器A的中間端口A2連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2與3端口光環(huán)形器A的輸出端口A3連接。輸入光波從3端口光環(huán)形器的輸入端口A1輸入，到達中間端口A2，經(jīng)SFBG2反射后其反射波經(jīng)過對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2后從輸出端口A3輸出。第二種連接關(guān)系見圖3(b)，0到π取樣布拉格光柵SFBG1與3端口光環(huán)形器A的中間端口A2連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2與3端口光環(huán)形器A的輸入端口A1連接，從輸出端口A3輸出。輸入光波從3端口光環(huán)形器的輸入端口A1輸入，經(jīng)過對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵SFBG2后到達中間端口A2，經(jīng)SFBG2反射后其反射波從輸出端口A3輸出。
SFBG的具體結(jié)構(gòu)見圖1，均勻光纖光柵(長度為L1)被周期性無光柵部分L2和L3分隔，其中L1為取樣長度，L2和L3為間隙長度，構(gòu)成SFBG。在圖1(a)中，整個光柵被0到π周期取樣，構(gòu)成一個0到πSFBG。在圖1(b)中，當(dāng)其達到光柵中間時，0到π周期取樣順序變成π到0的周期取樣順序，構(gòu)成一個對稱結(jié)構(gòu)SFBG。在制作SFBG過程中，布拉格周期Λ是534.2nm。通過調(diào)整隔L2和L3的長度，使他們分別滿足L2＝mΛ，L3＝(n+0.5)Λ，這里的m、n都是整數(shù)。L2、L3分別對應(yīng)2mπ、(2n+1)π相位，相當(dāng)于“0”和“π”相位。簡單起見，分別命名L2和L3為0取樣和π取樣。
光纖光柵是用倍頻氬離子激光器產(chǎn)生的紫外光刻制，它的功率約為130mW，波長244nm，刻制精度為10納米，Λ＝534.2nm，L1＝0.64104nm，L2＝0.32052mm(即L2＝600Λ)，L3＝0.31224mm(即L3＝584.5Λ)。在制作過程中，光纖在模板固定的平臺上運動，即光纖橫向移動，模板固定，光柵總長度約為57mm。L2和L3部分沒有紫外照射，因此我們的光柵一步做成而無需后處理。
本發(fā)明中SFBG的傳輸譜線如圖2所示，圖2(a)和圖2(b)分別對應(yīng)圖1(a)和圖1(b)的實驗結(jié)果。結(jié)果是由ADVANTEST Q8384光譜分析儀(OSA)測到，OSA的分辨率極限為0.01nm，超窄雙信道峰值為-45dBm，其理論值為-33dBm，見圖4。
從圖2(a)和圖2(b)可以看出(1)圖2(a)的雙信道損耗因子為32dB，圖2(b)的雙信道損耗因子為為30dB。
(2)兩個信道的間隔Δλ為440pm.
(3)1548.8nm的信道光譜特點與1549.2nm的信道光譜特點接近。
(4)3dB帶寬的窄傳輸譜線(圖2(b))約為1pm。與圖2(a)中0到π取樣的譜線相比，圖2(b)中的對稱SFBG譜線在兩個衰減帶中打開兩個超窄通帶。
從物理學(xué)角度來說，提出的SFBG可被認為兩個級連的SFBG。因此Δλ接近傳統(tǒng)取樣FBG的兩倍Δλ=λ22neff(2L1+L2+L3)≅λ24neff(L1+L2)]]>其中neff為有效折射率。
根據(jù)實驗有關(guān)參數(shù)，由上公式得到Δλ＝440pm。理論值與實驗結(jié)果的非常符合。因此，圖2(b)中的兩個窄信道近似于兩個傳統(tǒng)的π相移FBG的級聯(lián)。
連接圖1(a)0到π取樣SFBG和圖1(b)中的對稱結(jié)構(gòu)SFBG，就可得到一種新型超窄雙信道濾波器。在圖3中，SFBG1和SFBG2分別采用圖1(a)和圖1(b)的結(jié)構(gòu)。這種新型濾波器的譜線如圖4所示。虛線為理論值，實線為實驗結(jié)果。從圖4可看出這種新型濾波器有以下優(yōu)點(1)每個信道的3dB帶寬大約為1pm，比傳統(tǒng)FBG濾波器少兩個數(shù)量級(10-10m)。
(2)兩個信道傳輸特性幾乎相同。
(3)理論上兩個信道應(yīng)一樣。理論和實驗的主要差別源于在實驗中，OSA分辨率只能達到0.01nm.
另外，本發(fā)明濾波器獨特之處在于改變波長其信道間隔不變。實驗結(jié)果如圖5所示，濾波器波長以0.3nm為間距，當(dāng)波長改變時濾波器信道間隔不變，仍為440pm。
本發(fā)明的工作原理本發(fā)明基于0到π取樣和對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計出了衰減帶和超窄雙信道SFBG，并由對稱FBG和0到π取樣FBG組成一種新型超窄雙信道濾波器。其中一個SFBG是以0到π周期取樣，另一個是對稱空間取樣。前者在其譜線上產(chǎn)生兩個抑制頻帶，后者產(chǎn)生兩個通頻帶。這種濾波器可獲得對稱光譜，其信道也加倍，其光柵可視為兩個SFBG的級聯(lián)。當(dāng)改變?yōu)V波器的兩個信道時，其空間信道不變。這種濾波器3dB帶寬約1pm，其值比傳統(tǒng)SFBG濾波器少兩個數(shù)量級。這個濾波器顯著優(yōu)點是改變?yōu)V波器其Δλ不變，而且在實驗中通過改變?nèi)娱L度L1和間距L2、L3，可使Δλ在0.01nm到2nm范圍內(nèi)調(diào)諧。
這種超窄雙信道濾波器將在雙波長單縱模(SLM)光纖激光器、微波信號的產(chǎn)生、光學(xué)單邊調(diào)制、微波圖片信號處理等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特征在于，其包括3端口光環(huán)形器(A)以及連接在3端口光環(huán)形器(A)上的0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)，所述對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)的具體結(jié)構(gòu)是取樣長度為L1的均勻光纖光柵和無光柵部分交替分布，無光柵部分有兩個寬度，分別為L2、L3，以長度來代表各段光柵和無光柵部分，使有光柵部分和無光柵部分按…L1L2L1L3…L3L1L3…L3L1L2L1…方式排列，這種排列方式關(guān)于中心對稱；所述0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)的具體結(jié)構(gòu)是取樣長度為L1的均勻離散光纖光柵和無光柵部分交替分布，無光柵部分有兩個寬度，分別為L2、L3，以長度來代表各段光柵和無光柵部分，使有光柵部分和無光柵部分按…L1L2L1L3L1L2…方式排列；其中L2＝mΛ，L3＝(n+0.5)Λ，Λ為布拉格周期，m，n分別代表整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特征在于，所述3端口光環(huán)形器(A)、0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)之間的連接關(guān)系是0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)與3端口光環(huán)形器(A)的中間端口(A2)連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)與3端口光環(huán)形器(A)的輸出端口(A3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特征在于，所述3端口光環(huán)形器(A)、0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)、對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)之間的連接關(guān)系還可以是0到π取樣布拉格光柵(SFBG1)與3端口光環(huán)形器(A)的中間端口(A2)連接，對稱結(jié)構(gòu)布拉格光柵(SFBG2)與3端口光環(huán)形器(A)的輸入端口(A1)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特征在于，所述制作光柵(3)所用的光纖為鉺鐿共摻光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一權(quán)利要求所述的基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波，其特征在于，所述布拉格周期Λ＝534.2nm，m＝600，n＝584。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于對稱取樣光柵結(jié)構(gòu)的超窄雙信道濾波器，該濾波器是通過兩個取樣布拉格光柵(SFBG)和一個3端口光環(huán)形器組合而成。其中一個布拉格光柵是以0到π周期取樣，另一個布拉格光柵是對稱空間取樣。前者在其譜線上產(chǎn)生兩個抑制頻帶，后者產(chǎn)生兩個通頻帶。本發(fā)明濾波器3dB帶寬約1pm，這個值比傳統(tǒng)的SFBG濾波器帶寬少兩個數(shù)量級。這種濾波器獨特優(yōu)點是當(dāng)改變?yōu)V波器時其信道空間不變。
文檔編號G02B6/34GK101022314SQ20071001753
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者劉雪明, 宮永康, 王雷然, 王濤, 趙衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所