专利名称：具有带通在线滤波特性的w型色散光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有带通在线滤波特性的W型色散光纤，可用于光纤滤波器、放 大器，激光器等，属于光学纤维技术领域。
背景技术：
信息技术的飞速发展引起数据通信量的剧增，光纤通信的诞生与发展是电信史上 一次重要革命。光纤从理论提出到技术实现和今天的高速光纤通信也不过几十年的时间， 这样必然引起相应光学器件的要求。光滤波技术是光纤通信及光网络中最基础的也是最重 要的技术，应用范围十分广泛，它的水平及成本将对光网络的发展产生直接影响。现在常用 的光滤波技术有介质薄膜滤波，F-P腔型滤波，光栅型滤波，熔融拉锥型滤波，M-Z干涉滤 波，阵列波导光栅滤波，奇偶交错滤波，声光可调谐滤波等。随着光接入网技术的快速发展， 对光纤网络互联的要求越来越多，全光纤互联器件不仅可以很好的避免昂贵的光电和电光 转换，还可以提供高的数据传输速率和容量。而且全光纤滤波器具有无缝全光纤结构和低 的制作成本的优点，近年来受到了极大关注。因此，开展光滤波技术的研究、发展光滤波器 产业，特别是全光纤结构的光滤波技术，具有重要的意义。W型光纤作为一种双包层光纤是由Kawakami和Nishida在1974出版的期刊 ((Quantum Electronics〉〉第 12 期第 879 887 页上"Characteristics of a doubly clad optical fiber with a low-index inner cladding”一文中首先在提出的。该W型光纤与 一般阶跃光纤相比，在单模工作时，可以有相对较大的纤芯，基模能更好的束缚在纤芯中， 且在通信波长范围内具有低色散的优点。除此之外，W型光纤通过合适的参数设计，其内包 层折射率和厚度满足一定的条件时，会出现长波长截止的特性，是一种天然的高通滤波器。K. Morishita等人在1987年出版的杂志《ELECTRONICS LETTERS》第7期第5；34 535页上‘‘In-line optical fiber filters using dispersive materials”一文中公开了 多组分玻璃(multi-component glasses, MCG)作为纤芯和包层，利用两种不同MCG材料的 折射率随波长变化快慢不同的色散特性来实现光纤在线滤波，纤芯和包层的折射率曲线在 某个波长 I处相交，在4前后，纤
芯和包层折射率大小关系相反，从而可以得到结构简单的高通或低通滤波器。但是，上述多 组分玻璃MCG色散光纤的熔点与传统的单模光纤的熔点不同，因此二种光纤熔接时，熔接 和散射损耗很大，从而导致多组分玻璃MCG色散光纤不能在光纤通信和传感领域中实际应 用，而且多组分玻璃MCG色散光纤要实现带通滤波功能时，需要分别使用一个高通和低通 滤波器的进行串接，无疑增加其制作成本和连接损耗。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的具有滤波功能的色散光纤存在的缺点，提出了一种 具有带通在线滤波特性的W型色散光纤，该光纤结构简单，各部分分别采用纯石英、掺杂 B2O3或F元素的高硅石英，不仅可与传统的单模光纤熔接，而且实现带通滤波功能不需要分其中，ηι、η2、η3分别为纤芯、内包层、外包层的折射率， a、b分别为纤芯、内包层的半径。该具有带通在线滤波功能的W型色散光纤的带宽主要由短波和长波截止波长分
别决定，其中，短波截止波长由纤芯和外包层两种材料色散曲线的交点波长1决定，但
同时因为在交点波长附近纤芯和外包层折射率差很小，光还不能很好的被束缚在纤芯中，
损耗较大，所以其实际短波截止波长比交点波长值Λ大；长波截止波长主要是由w型结
构决定，在满足一定参数条件的基础上，通过光场的电磁边界连续条件建立解析模型得到 特征方程，通过求解特征方程可以得到截止波长。此外，纤芯半径对W型色散光纤滤波性能 也有影响，随着纤芯半径的减小，其短波截止波长变大，而长波截止波长变小，因此其通带 带宽减小。本发明的具有带通在线滤波特性的W型色散光纤与现有技术相比较，具有如 下显而易见的突出性特点和显著优点该W型色散光纤的材料没有采用多组分玻璃
别串接具有高通和低通滤波功能的色散光纤滤波器，从而降低了制作成本和熔接损耗。为达到上述目的，本发明的构思是该光纤结合色散光纤和W型光纤的性质，利用 W型光纤的长波截止特性，在短波截止的色散光纤中加入一个低折射率的内包层( 形成W 型色散光纤，实现带通在线滤波。根据上述构思，本发明采用下述技术方案
一种具有带通在线滤波特性的W型色散光纤，它包括纤芯、内包层和外包层，纤芯、内 包层和外包层构成同心圆柱体，其特征在于上述纤芯的材料是由折射率随波长变化较慢的 纯SiO2材料构成，具有纤芯折射率，记为Ii1，外包层的材料是由折射率随波长变化较快的 B2O3- SiO2材料构成，具有外包层折射率，记为n3，纤芯和外包层两种材料的色散曲线相交
于波长人处，纤芯和外包层分别形成了一个短波截止的低通滤波器；内包层夹在纤芯
和外包层之间，其材料是由满足W型光纤结构长波截止条件的材料构成，具有内包层折射 率，记为n2，其中，所述的纤芯、内包层和外包层的折射率能提供如下W型色散光纤的特性
在波长分别小于和大于式时，其折射率满足
(i)波长小于Jl时，外包层折射率n3>纤芯折射率H1>内包层折射率n2，
(ii)波长大于JiL时，纤芯折射率叫> 外包层折射率n3>内包层折射率n2;
在预选择的纤芯和内包层半径分别为a，b，满足W型光纤具有长波长截止性质的条件
权利要求
其中，ηι、η2、η3分别为纤芯(1)、内包层O)、外包层(3)的折射率，a、b分别为纤芯 (1)、内包层(2)的半径。
1. 一种具有带通在线滤波特性的W型色散光纤，它包括纤芯(1)、内包层⑵和 外包层(3)，纤芯(1)、内包层(2)和外包层(3)构成同心圆柱体，其特征在于上述 纤芯(1)的材料是由折射率随波长变化较慢的纯SiO2M料构成，具有纤芯折射率， 记为H1,外包层(3)的材料是由折射率随波长变化较快的化03_ SiO2材料构成，具 有外包层折射率，记为叫，纤芯(1)和外包层(3)两种材料的色散曲线相交于波长λ处，纤芯⑴和外包层⑶分别形成了一个短波截止的低通滤波器，内包层⑵夹在 S纤芯(1)和外包层(3)之间，其材料是由满足W型光纤结构长波截止条件的材料构成，具有 内包层折射率，记为η2，其中，所述的纤芯(1)、内包层( 和外包层C3)的折射率设定成能 提供W型色散光纤的特性在波长分别小于和大于时，其折射率满足⑴波长小于乂时，外包层⑶折射率n3 >纤芯⑴折射率Ii1 >内包层⑵折射 S率112( )波长大于JL时，纤芯⑴折射率Ii1 >外包层(3)折射率n3 >内包层(2)折射 S率 ；在预选择的纤芯(1)和内包层( 半径分别为a，b，满足W型光纤具有长波长截止性 质的条件
全文摘要
本发明公开了一种具有带通在线滤波特性的W型色散光纤，包括纤芯、内包层和外包层，纤芯是由纯SiO2材料构成，具有纤芯折射率，外包层是由折射率随波长变化较快的材料B2O3-SiO2构成，具有外包层折射率，纤芯和外包层两种材料的色散曲线相交于波长处，纤芯和外包层形成短波截止的低通滤波器，内包层由满足W型光纤结构长波截止条件的材料构成，具有内包层折射率，其中，所述的纤芯、内包层和外包层的折射率设定成能提供W型色散光纤的特性。该光纤可与传统的单模光纤熔接，在实现在线滤波功能时不需要串接分别具有高通和低通滤波功能的色散光纤，降低了其制作成本和连接损耗；此外，该光纤还具有结构简单、制造容易、成本低廉等特点。
文档编号G02B6/02GK102073094SQ201010564908
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者余燕, 季敏宁, 宋鹏, 袁晓月, 赵嫚 申请人:上海大学