专利名称：多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感和光纤通信技术领域，特别涉及一种多信道可调谐长周期光纤光栅 滤波器。(二) 背景技术长周期光纤光栅(long period fiber grating, LPFG)是一种将纤芯的导波基模耦合 到正向传播的包层模的传输型带阻滤波器件，其栅格周期比光纤布拉格光栅大很多(几十微 米到几百微米)。LPFG具有插入损耗小、波长编码、无后向散射、不受电磁干扰、兼容于光 纤等优点，在光纤通信和光纤传感领域均具有重要的应用价值。长周期光纤光栅的制作方法主要有紫外光写入法、C02激光写入法、腐蚀刻槽法、电弧 放电法和离子束注入法等等。其中，最常用的是紫外激光通过振幅掩模板曝光载氢惨锗光敏 光纤引起纤芯折射率周期性调制而形成长周期光纤光栅，该写入系统的造价和模板都比较昂 贵，而且光栅波长比较固定，难以适应研究、设计和实验的需要。另一种C02激光写入法也 存在类似的问题。腐蚀刻槽法是直接利用氢氟酸把光纤腐蚀出来周期性环槽结构而形成长周 期光纤光栅，该长周期光纤光栅由于腐蚀部分与未腐蚀部分的直径不同，对光栅施加一定应 力将引起较大的折射率变化，从而形成强耦合的长周期光纤光栅，然而若光栅两端没有应力， 则其纤芯基模和包层模之间的耦合一般较弱。离子束写入法是用氦或氢离子束沿轴向周期性 注入到包层和纤芯，使其折射率发生周期性改变，从而在光纤中写入长周期光纤光栅。但由 于离子束在注入过程中能量会逐渐减弱，因此该方法写入的长周期光纤光栅一般来说是不均 匀的。文献"Tunable mechanically induced long-period fiber gratings"中，Savin. S 等人提出了机械微弯变形法，该方法是通过机械压力的方式使光纤发生周期性的物理微弯， 进而使光纤产生周期性的折射率调制而形成长周期光纤光栅，而且写入的长周期光栅具有较 好的温度稳定性和可擦除性。无论采用上述哪种光栅写入方法，它们都只针对一根光纤进行光栅写入。(三) 发明内容为克服现有技术的不足，本发明提供一种成本低、可调谐性强、操作方便的多信道可调 谐长周期光纤光栅滤波器。一种多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，包括盖板、压力模板、底板及其施力装置， 其特征在于盖板、压力模板和底板均为面积相同的圆盘形，压力模板上带有周期性排列的矩 形凹槽；底板上带有发散形的光纤槽，光纤可置于底板上的光纤槽内，压力模板带凹槽面放 置在底板上并对光纤槽内的光纤施加压力，压力模板可绕圆心水平旋转；盖板覆盖在压力模 板上，由施力装置通过盖板间接对压力模板施力，以保证施力均匀。所述的压力模板上周期性排列的矩形凹槽的占空比为1: 1。所述的压力模板的放置位置应使矩形凹槽与底板上光纤汇聚槽的轴方向垂直。此处所述 光纤汇聚槽为光纤放入本滤波器后呈发散状之前的位置。所述的底板上的光纤槽是同光纤半径相同的半圆形光纤槽。本发明涉及的滤波器，是将多条普通单模光纤分别置于同一圆形底板上有固定偏转角度的光纤槽内，用相同面积的带有均匀周期矩形凹槽的模板覆盖(如图l、 2示)。用模板挤压 单模光纤使其发生物理形变时，通过光弹效应使折射率发生周期性的调制引起纤芯模与包层 模式的耦合而形成光栅效应；由于各个光纤的偏转角度不同，从而同时产生了多个不同的倾 斜长周期光纤光栅。不同的倾斜长周期光纤光栅对应不同的光谱(如图3示)。所形成的每 个光栅既可以独立使用，又可以对多个不同的波长同时进行滤波。如果设计的光栅的谐振波长不能满足频谱需要，则可绕圆心水平旋转压力模板，即改变 底板上光纤槽与压力模板上的凹槽之间的相对偏转角度。此时，形成新的一组长周期光纤光 栅，即可得到需要的滤波波段。另外，对模板施加压力的大小对波长移动也有一定的影响。 实验得知，在一定的压力范围内(在不过耦合的情况下)，随着压力的增大，谐振波长向长 波方向有少许漂移。长周期光纤光栅损耗峰的大小与模板施加压力的大小有关。随着压力的增大，损耗峰逐 渐明显增大，同时带宽逐渐减小。因此，该滤波器可以通过调节压力来控制其频谱调制深度。如图2中左图所示，由于光纤密集，将底板光纤槽聚合处开口增大，形成一个矩形条状 的光纤汇聚口，保证光纤不重叠。如果需要，光纤槽的数目也可以改变，从而增加滤波器模 块的滤波波长。而压力模板的凹槽是采用成熟的机械线加工技术直接刻写在一定厚度的碳素 钢板上的，整个刻写过程由电脑程控保证了槽的指标均匀性；碳素钢具有较好的机械韧性保 证了挤压光纤过程的稳定性；加工成本低廉；在施加的压力取消后，光栅消失，实现了光栅 的可擦写。本发明基于机械微弯变形法，提供一种可同时写入多个光栅的多信道可调谐长周期光纤 光栅滤波器。该方法制作的长周期光纤光栅谐振波长具有较好的稳定性，并可以通过调节微 弯光纤的有效周期，以及施加不同的应变外力，或改变光纤光栅的偏转角度，制作成谐振波 长和损耗峰振幅都可以调节的长周期光纤光栅。本发明制作成本低、可调谐性强、同时提供 多个长周期光栅滤波器。
图l是滤波器整体结构示意图；图2左、右两部分分别为滤波器底板4和压力模板2的俯视图；图3是偏转角度从左到右依次增大(本图中角度为0°， 5°， 10°， 15°， 2(T)得到的5个长周期光纤光栅的频谱特性图，横坐标为波长，纵坐标为透射谱。其中，l.盖板，2.压力模板，3.矩形凹槽，4.底板，5.光纤槽，6.光纤汇聚槽。
具体实施方式
具体实施方式
实施例本发明实施例如图1和图2所示，包括盖板1、压力模板2和底板4，其特征在于盖板 1、压力模板2和底板4均为面积相同的圆盘形，压力模板2上带有周期性排列的矩形凹槽 3;底板4上带有发散状的光纤槽5，光纤可置于底板4上的光纤槽5内，压力模板2带凹 槽面放置在底板4上并对光纤槽5内的光纤施加压力，压力模板2可绕圆心水平旋转；盖板 l覆盖在压力模板2上，通过盖板l间接对压力模板2施力，以保证施力均匀。所述的压力模板2上周期性排列的矩形凹槽3的占空比为1:1。所述的压力模板2的放置位置应使矩形凹槽3与底板上光纤汇聚槽6的轴向方向垂直。所述的光纤槽5是同光纤半径相同的半圆形光纤槽。本实施例中的滤波器的盖板1、压力模板2和底板4的半径均为60ram，盖板1和底板4 均是厚度为6mm的平滑钢板，压力模板2的厚度为3mm;底板4上光纤槽5的深度由光纤半径决定。对于标准单模光纤，其包层直径为125um，则光纤槽5深度约为62. 5um。光纤槽偏 转角度确定(如压力模板2放置位置使矩形凹槽3与底板上光纤汇聚口的轴向方向垂直，则从左到右5个光纤的偏转角度依次为20'， 10°， (T， 5°， 15°);压力模板2上矩形凹槽3的周期为600um，占空比为l: 1，槽深lmm。I. 将普通光纤置于底板4上的光纤槽5上，光纤两端分别熔接有光纤连接头， 一端接入 宽带光源(如EDFA的荧光谱)，另一端接入光谱分析仪；II. 将盖板1平放在压力模板2上后再由施力装置对盖板1施加压力，保证底板上各个 光纤受力均匀，光纤发生物理形变，形成长周期光纤光栅；in.接入光信号后，通过光谱分析仪可观测各长周期光纤光栅的光谱特性，根据光谱需 要接入相应的长周期光纤光栅；通过旋转压力模板2的方向和改变压力大小等方式可以得到 所需的目标光谱。由图3可以看出，本实施例中对应的5个长周期光纤光栅的透射谱，在偏转角为『 2(T范围内，不同光栅的峰值波长可以跨越近100nm。因而，在常用的波段内，总可以调试得到 需要的长周期光纤光栅。
权利要求
1. 一种多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，包括盖板、压力模板、底板及其施力装置，其特征在于盖板、压力模板和底板均为面积相同的圆盘形，压力模板上带有周期性排列的矩形凹槽；底板上带有发散形的多个光纤槽，光纤可置于底板上的光纤槽内，压力模板带凹槽面放置在底板上并对光纤槽内的光纤施加压力，压力模板可绕圆心水平旋转；盖板覆盖在压力模板上，由施力装置通过盖板间接对压力模板施力，以保证施力均匀。
2. 如权利要求1所述的多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，其特征在于所述的压力 模板上周期性排列的矩形凹槽的占空比为l: 1。
3. 如权利要求1所述的多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，其特征在于所述的压力 模板的放置位置应使矩形凹槽与底板上光纤汇聚槽的轴向方向垂直。
4. 如权利要求1所述的多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，其特征在于所述的光纤 槽是同光纤半径相同的半圆形光纤槽。
全文摘要
多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器，包括盖板、压力模板、底板及其施力装置，其特征在于盖板、压力模板和底板均为面积相同的圆盘形，压力模板上带有机械线加工出来的周期性排列的矩形凹槽；底板上带有发散形的光纤槽，光纤可置于底板上的光纤槽内，压力模板带凹槽面放置在底板上并对光纤槽内的光纤施加压力而形成长周期光栅。本发明制作成本低、可调谐性强，是一种多信道可调谐长周期光纤光栅滤波器。
文档编号G02B6/02GK101251615SQ200810014908
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者冯德军, 姜明顺, 隋青美, 霞 高 申请人:山东大学