微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器及其制備方法，該濾波器由微納光纖環(huán)和側(cè)邊拋磨光纖所組成，所述微納光纖環(huán)包括環(huán)形微納光纖及與其相連的第一端口和第二端口，所述環(huán)形微納光纖由微納光纖繞成環(huán)形而制成，所述微納光纖的直徑為3～10mm，環(huán)形微納光纖的外徑為300～1500mm；所述側(cè)邊拋磨光纖是在圓形普通光纖上，其中一段長度為5～30mm的區(qū)域設(shè)為拋磨區(qū)，與拋磨區(qū)相連的兩端分別為第三端口和第四端口，拋磨區(qū)的部分包層被去除，拋磨區(qū)的橫截面為“D”型，拋磨面與纖芯界面的距離為1～10μm，環(huán)形微納光纖與拋磨面相接觸。本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、制作簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。
【專利說明】微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信、光纖傳感和光信息【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會進入信息時代，作為信息傳遞主要手段之一的光通信技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展。為了克服傳統(tǒng)通信系統(tǒng)受到電子電路處理速率限制的瓶頸，充分開發(fā)光纖的帶寬優(yōu)勢，迫切要求對目前的光纖通信系統(tǒng)進行擴容，而光纖密集波分復用(DWDM)被認為是增加通信傳輸系統(tǒng)容量以滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求的一種行之有效的技術(shù)。在DWDM系統(tǒng)節(jié)點中有一關(guān)鍵器件-光學上下載濾波器(即光分插復用器，0ADM)，它可以根據(jù)需要將網(wǎng)絡(luò)中的某路(或某幾路)信道下載到本地或?qū)⒈镜匦盘柹陷d到網(wǎng)絡(luò)中，在光域上實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)容量的分配與管理。它使光纖通信網(wǎng)具有靈活性、選擇性和透明性等優(yōu)越功能。利用OADM還能提聞網(wǎng)絡(luò)的可罪性，降低節(jié)點成本，提聞網(wǎng)絡(luò)運彳丁效率，因此是組建全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]2003年,童利民在Nature上發(fā)表了基于微納光纖結(jié)構(gòu)以及傳輸光場的論文,證明了光場在微納光纖中傳輸?shù)目赡苄?，并提出用微納光纖可制作微納光纖環(huán)以實現(xiàn)環(huán)型諧振腔的功能。近年來環(huán)型諧振腔(直徑從幾十微米到幾百微米)在基礎(chǔ)科學研究領(lǐng)域和光子學集成應(yīng)用領(lǐng)域均引起了人們越來越廣泛的關(guān)注，基于環(huán)型諧振腔的光學濾波器已經(jīng)被廣泛研究，其種類有:第一類是基于微機電系統(tǒng)技術(shù)制作的光分插復用器(如CN 1396738 A);第二類是基于環(huán)形諧振腔的可調(diào)光學濾波器(如CN 101046531 A);第三類是基于二維光子晶體表面模的微環(huán)共振濾波器(如CN 101697023 A);第四類是多重嵌入式微型諧振腔濾波器(如CN 101915963 A)。以上專利均能實現(xiàn)良好的濾波特性，但其制作工藝比較復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有基于環(huán)形諧振腔的濾波器制作困難的不足，本發(fā)明提供一種制作簡單的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器。
[0005]本發(fā)明還提供上述光學上下載濾波器的制造方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，其特征在于該濾波器由微納光纖環(huán)和側(cè)邊拋磨光纖所組成，所述微納光纖環(huán)包括環(huán)形微納光纖及與其相連的第一端口和第二端口，所述環(huán)形微納光纖由微納光纖繞成環(huán)形而制成，所述微納光纖的直徑為3?IOmm,環(huán)形微納光纖的外徑為300?1500mm ;所述側(cè)邊拋磨光纖是在圓形普通光纖上，其中一段長度為5?30mm的區(qū)域設(shè)為拋磨區(qū)，與拋磨區(qū)相連的兩端分別為第三端口和第四端口，拋磨區(qū)的部分包層被去除，拋磨區(qū)的橫截面為“D”型，拋磨面與纖芯界面的距離為I?10 μ m，環(huán)形微納光纖與拋磨面相接觸。頻率分量豐富的光信號通過第一端口輸入到濾波器結(jié)構(gòu)中，其中滿足諧振條件的光信號在諧振腔內(nèi)形成諧振，最終在第三端口輸出，實現(xiàn)了本地信號的下載；其余頻率分量的光信號由于不滿足諧振條件，沿著第二端口輸出；對于本地上傳的光信號在第四端口輸入，光信號經(jīng)由側(cè)邊拋磨光纖與環(huán)形微納光纖接觸部分耦合進環(huán)形微納光纖，一部分頻率分量滿足諧振條件在環(huán)形微納光纖內(nèi)形成諧振，這部分信號最終在第二端口輸出，實現(xiàn)了本地信號的上載。
[0007]進一步的，環(huán)形微納光纖與側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面相垂直，環(huán)形微納光纖的軸向與拋磨區(qū)的光纖軸向相垂直。
[0008]進一步的，環(huán)形微納光纖為單結(jié)型。
[0009]一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的上下載濾波器的制造方法，其特征在于包括下列步驟:
(1)將一段圓形普通光纖拉制成光纖拉錐區(qū)直徑為3?10_、長度為I?3cm的微納光纖；將拉制好的微納光纖繞制成環(huán)外徑為300?1500_的單結(jié)型環(huán)形微納光纖，在環(huán)靠近結(jié)點處設(shè)置一根金屬微絲進行輔助固定；環(huán)形微納光纖的兩端分別為第一端口和第二端Π ；
(2)對另一段圓形普通光纖拋磨處理成側(cè)邊拋磨光纖，拋磨區(qū)的總長度為5?30mm，拋磨區(qū)的橫截面為“D”型，拋磨面與纖芯界面的距離為I?10 μ m;側(cè)邊拋磨光纖的兩端分別為第三端口和第四端口；
(3)將環(huán)形微納光纖與拋磨面相接觸，環(huán)形微納光纖與側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面相垂直，環(huán)形微納光纖的軸向與拋磨區(qū)的光纖軸向相垂直；
(4)將第一端口連接至光源，在第三端口和/或第四端口進行光譜檢測，調(diào)節(jié)微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖的相對位置使微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖達到較強的耦合，然后用封裝材料對環(huán)形微納光纖及拋磨區(qū)進行固定。將光學上下載濾波器接入測試系統(tǒng)時，由可調(diào)激光光源TLS發(fā)出波長范圍為1520nm-1620nm的連續(xù)光通過第一端口進入器件，然后利用光譜分析儀OSA測量器件第二端口、第三端口以及第四端口的光譜，當?shù)诙丝?、第三端口測量的光譜曲線出現(xiàn)周期性的諧振峰時，則表明微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖已經(jīng)發(fā)生共振耦合，且產(chǎn)生了上下載的濾波功能。
[0010]進一步的，步驟(I)拉制時采用明火加熱。
[0011]進一步的，所述圓形普通光纖為單模光纖。
[0012]在Marcatili提出微環(huán)波導結(jié)構(gòu)后，人們就已經(jīng)注意到了其優(yōu)異的濾波特性。對于現(xiàn)今超大容量的通信系統(tǒng)，由微環(huán)的濾波特性而實現(xiàn)的上下載器件其設(shè)計簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)。接著，微環(huán)結(jié)構(gòu)被大量的應(yīng)用于設(shè)計與制作Add/drop濾波器。同時，微環(huán)結(jié)構(gòu)還可被設(shè)計成全通濾波器，其能夠?qū)崿F(xiàn)相位濾波、色散補償?shù)裙δ?，因此基于微環(huán)(環(huán)形諧振器)的濾波器備受關(guān)注，但是這類器件制作工藝復雜，實用化價值不高。目前仍未見利用微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合實現(xiàn)光學上下載濾波器的報道和專利。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
(I)微納光纖環(huán)可采用單結(jié)型或非結(jié)型，采用單結(jié)型微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖進行耦合；器件更加牢固，性能更穩(wěn)定。
[0014](2)制作簡單，成本低廉。
[0015](3)結(jié)構(gòu)緊湊，實用化價值高。器件是將微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖進行直接耦合制備而成，側(cè)邊拋磨光纖不僅作為耦合元件，也同時作為微納光纖環(huán)的支撐平臺，該器件具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，為微納光纖器件與標準光纖集成提供了可能性，大大縮短了微納光纖器件實用化的進程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器結(jié)構(gòu)的不意圖；
圖2是本發(fā)明的另一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3是本發(fā)明微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器的側(cè)邊拋磨光纖拋磨區(qū)的示意圖；
圖4是制備的一個微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器的顯微鏡照
片;
圖5是按實施例1制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器下載濾波功能的測試結(jié)果；
圖6是按實施例1制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器上載濾波功能的測試結(jié)果；
圖7是按實施例2制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器下載濾波功能的測試結(jié)果；
圖8是按實施例2制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器上載濾波功能的測試結(jié)果；
圖9是按實施例3制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器下載濾波功能的測試結(jié)果；
圖10是按實施例3制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器上載濾波功能的測試結(jié)果；
圖11是按實施例4制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器下載濾波功能的測試結(jié)果；
圖12是按實施例5制備的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器下載濾波功能的測試結(jié)果。
【具體實施方式】
[0017]如附圖1所示，一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，由微納光纖環(huán)和側(cè)邊拋磨光纖所組成。微納光纖環(huán)包括環(huán)形微納光纖5及與其相連的第一端口I和第二端口 2，而側(cè)邊拋磨光纖包括第三端口 3和第四端口 4及拋磨區(qū)6，拋磨區(qū)6與環(huán)形微納光纖5相接觸。圖1所示結(jié)構(gòu)的環(huán)形微納光纖由圓形普通光纖拉制成錐形，當然，整個微納光纖環(huán)均可由微納光纖構(gòu)成，如圖2所示。
[0018]圖3是側(cè)邊拋磨光纖的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括拋磨區(qū)6，其又分為平坦區(qū)61和過渡區(qū)62，當拋磨深度7接近纖芯時，停止繼續(xù)拋磨，拋磨面與纖芯界面的距離即剩余包層厚度63為I?ΙΟμπι。拋磨區(qū)橫截面類似于“D”型光纖。[0019]在第一端口 I輸入光源進行在線監(jiān)測，觀察微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖的相對位置并進行調(diào)節(jié)，使微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖緊密接觸并實現(xiàn)耦合，制作的光學上下載濾波器的顯微鏡照片如附圖4所示。
[0020]以下實施例的光學上下載濾波器均采用圖1所示結(jié)構(gòu)。
[0021]實施例1
環(huán)形微納光纖5的直徑為6mm、環(huán)外徑為300mm、側(cè)邊拋磨光纖拋磨區(qū)的長度為IOmm,剩余包層厚度63為6μπι。在器件中的第一端口 I輸入中心波長1577.5nm、具有一定頻譜寬度的光源，經(jīng)由環(huán)形微納光纖5、第二端口 2傳輸，在經(jīng)過環(huán)形微納光纖5與拋磨面6時，部分滿足諧振條件的輸入光波在環(huán)形諧振腔內(nèi)形成諧振，在第三端口 3輸出，實現(xiàn)了下載濾波功能，用光譜儀測量第三端口 3的光譜，其結(jié)果如附圖5所示。圖5中包括兩個y軸，兩條曲線分別對應(yīng)于兩個y軸，用圓圈及箭頭指向來說明(下同)。在第四端口 4輸入中心波長1577.5nm、具有一定頻譜寬度的光源，經(jīng)由環(huán)形微納光纖5、第三端口 3傳輸，在經(jīng)過環(huán)形微納光纖5與拋磨面6時，部分滿足諧振條件的輸入光波在環(huán)形諧振腔內(nèi)形成諧振，在第二端口 2輸出，實現(xiàn)了上載濾波功能，用光譜儀測量第二端口 2的光譜，其結(jié)果如附圖6所示。由附圖5、6可見，本實施例的器件可以實現(xiàn)良好的光學上下載功能。
[0022]實施例2
與實施例1不同的是，環(huán)形微納光纖的外徑為900_，在器件中的第一端口 I輸入中心波長1575nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第三端口 3的光譜，其結(jié)果如附圖7所示。在第四端口 4輸入中心波長1575nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第二端口 2的光譜，其結(jié)果如附圖8所示。由附圖7、8可見，本實施例的器件可以實現(xiàn)良好的光學上下載功能。
[0023]實施例3
與實施例1不同的是，環(huán)形微納光纖的外徑為1500_，在器件中的第一端口 I輸入中心波長1572.5nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第三端口 3的光譜，其結(jié)果如附圖9所示。在第四端口 4輸入中心波長1572.5nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第二端口 2的光譜，其結(jié)果如附圖10所示。由附圖9、10可見，本實施例的器件可以實現(xiàn)良好的光學上下載功能。
[0024]實施例4
與實施例1不同的是，圖1中微納光纖的直徑為3_、環(huán)外徑為500_，拋磨區(qū)的長度為5mm,剩余包層厚度63為I μ m,在器件中的第一端口 I輸入中心波長1550nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第三端口 3的光譜，其結(jié)果如附圖11所示。由附圖11可見，本實施例的器件可以實現(xiàn)良好的光學上下載功能。
[0025]實施例5
與實施例1不同的是，圖1中微納光纖的直徑為10mm、環(huán)直徑為600mm，拋磨區(qū)的長度為30mm，剩余包層厚度63為10 μ m，在器件中的第一端口 I輸入中心波長1555nm、具有一定頻譜寬度的光源，用光譜儀測量第三端口 3的光譜，其結(jié)果如附圖12所示。由附圖12可見，本實施例的器件可以實現(xiàn)良好的光學上下載功能。
【權(quán)利要求】
1.一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，其特征在于該濾波器由微納光纖環(huán)和側(cè)邊拋磨光纖所組成，所述微納光纖環(huán)包括環(huán)形微納光纖及與其相連的第一端口和第二端口，所述環(huán)形微納光纖由微納光纖繞成環(huán)形而制成，所述微納光纖的直徑為3?IOmm,環(huán)形微納光纖的外徑為300?1500mm ;所述側(cè)邊拋磨光纖是在圓形普通光纖上，其中一段長度為5?30mm的區(qū)域設(shè)為拋磨區(qū)，與拋磨區(qū)相連的兩端分別為第三端口和第四端口，拋磨區(qū)的部分包層被去除，拋磨區(qū)的橫截面為“D”型，拋磨面與纖芯界面的距離為I?10 μ m，環(huán)形微納光纖與拋磨面相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，其特征在于環(huán)形微納光纖與側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面相垂直，環(huán)形微納光纖的軸向與拋磨區(qū)的光纖軸向相垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，其特征在于環(huán)形微納光纖為單結(jié)型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的光學上下載濾波器，其特征在于圓形普通光纖為單模光纖。
5.一種微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖耦合的上下載濾波器的制造方法，其特征在于包括下列步驟: (1)將一段圓形普通光纖拉制成光纖拉錐區(qū)直徑為3?10mm、長度為I?3cm的微納光纖；將拉制好的微納光纖繞制成環(huán)外徑為300?1500_的單結(jié)型環(huán)形微納光纖，在環(huán)靠近結(jié)點處設(shè)置一根金屬微絲進行輔助固定；環(huán)形微納光纖的兩端分別為第一端口和第二端Π ； (2)對另一段圓形普通光纖拋磨處理成側(cè)邊拋磨光纖，拋磨區(qū)的總長度為5?30mm，拋磨區(qū)的橫截面為“D”型，拋磨面與纖芯界面的距離為I?10 μ m ;側(cè)邊拋磨光纖的兩端分別為第三端口和第四端口； (3)將環(huán)形微納光纖與拋磨面相接觸，環(huán)形微納光纖與側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面相垂直，環(huán)形微納光纖的軸向與拋磨區(qū)的光纖軸向相垂直； (4 )將第一端口連接至光源，在第三端口和/或第四端口進行光譜檢測，調(diào)節(jié)微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖的相對位置使微納光纖環(huán)與側(cè)邊拋磨光纖達到較強的耦合，然后用封裝材料對環(huán)形微納光纖及拋磨區(qū)進行固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于所述圓形普通光纖為單模光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于步驟(I)拉制時采用明火加熱。
【文檔編號】G02B6/26GK103995318SQ201410162616
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】余健輝, 陳哲, 金紹深, 盧惠輝, 衛(wèi)青松, 何小莉, 唐潔媛 申請人:暨南大學