专利名称：光折变长周期波导光栅滤波器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及集成光学领域与光通信无源器件领域，尤其涉及光折变长周期波导光栅滤波器及其制作方法。
背景技术：
光栅滤波器的功能是在多波长的输入光信号中，根据需要选择出特定波长的光信号，是实现大容量、高速率全光网通信的关键节点器件，在WDM光网络系统中有着广泛的应用。基于光栅结构的光滤波器按其光栅周期可分为布拉格光栅光滤波器和长周期光栅光滤波器。布拉格光栅滤波器显带阻特性，反射的中心波长是布拉格波长，布拉格波长满足λ = 2ηΛ，η表示光纤纤芯(波导)的平均折射率，A为光栅周期。长周期光栅滤波器则显带通特性，将波长满足相位匹配条件的光从光纤纤芯(波导)中耦合到包层中，其余波长的光继续在光纤纤芯(波导)内传播。基于光栅结构的光滤波器按其光栅的制作方法又可分为激光直写光栅、光刻光栅、声光调制光栅、电光调制光栅和热光调制光栅。激光直写光栅滤波器利用大功率脉冲激光，在包层上直接刻出光栅；光刻光栅滤波器通过在波导上旋涂光刻胶，然后用掩膜板盖在光刻胶层之上，再用激光照射，残留的光刻胶就形成光栅。用上述两种方法制作的光栅难以擦除，因此材料不能重复利用。声光调制光栅滤波器是利用晶体的声光效应通过超声波使晶体折射率产生周期性的改变以形成布拉格光栅；电光或热光调制光栅滤波器利用晶体的电光或热光效应，通过在波导上加装电极插指或热片插指(插指的间隙就是光栅周期Λ)， 然后施加电压或控制温度来制作折射率光栅。以上三种方法都需在波导上加装精细的装置，使整个制作工艺变得复杂。总之，目前的光栅滤波器存在着结构复杂、制作困难和材料重复利用率低等缺点。
发明内容
为了克服现有的光栅滤波器的结构复杂、制作困难和材料重复利用率低的不足， 本发明提供一种简化结构、制作方便、材料重复利用率较高的光折变长周期波导光栅滤波器及其制作方法。为了解决上述技术问题采用的技术方案为一种光折变长周期波导光栅滤波器，包括输入尾纤和输出尾纤，所述光折变长周期波导光栅滤波器还包括光折变长周期波导光栅，所述光折变长周期波导光栅包括基底， 所述基底为X或Y切Z传的LiNbO3晶体，所述基底上设置包层，所述包层上设置Z向布置的单模波导，所述单模波导上制作光折变全息光栅，所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤连接。进一步，所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤粘合固定连接。
再进一步，所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤通过夹具固定连接。更进一步，利用有效折射率法确定单模波导和包层的几何尺寸、导模参数和有效折射率。根据单模波导的有效折射率和包层的有效折射率，利用长周期波导光栅的相位匹配条件，确定对应各个滤波波长时的光栅周期，采用双光束干涉方法制作出全息光折变光栅。一种光折变长周期波导光栅滤波器的制作方法，所述制作方法包括以下步骤步骤I铌酸锂基底单模波导的制作步骤Ia :用有效折射率法确定出在通讯波段单模工作的钛扩散波导的几何尺寸、 导模的参数，并计算出各个需要滤波的波长入“下的导模的有效折射率凡。,^!!!=。]， 3…)；步骤Ib :用有效折射率法确定步骤Ia中包层的几何尺寸，使其只存在一阶包层模式，并计算出在各个谐振波长Xtl,_ 下，包层模式的有效折射率NnmOii = 1，2，3···)；步骤Ic :以铌酸锂晶体为基底，利用钛扩散工艺，经过第一次扩钛形成所述的包层，再经第二次扩钛形成所述的单模波导；步骤2光折变长周期波导光栅的制作步骤2a:根据单模波导的有效折射率N。。,m和包层的有效折射率Nel,u，利用长周期波导光栅的相位匹配条件λ"= (Nc^m-Nn JAm，确定对应各个滤波波长入“时的光栅周期Am ;步骤2b:采用双光束干涉方法制作光折变光栅，其光栅周期满足Am =71，Aw
m
为写入光波长，θπ为针对各个滤波波长Xtl,m时的写入角度，然后利用步骤2a中得到的Am 计算出Θ m ;步骤2c :记录光源采用蓝绿光激光器，波长为Xw的激光通过分束装置分成两束光，分别入射到LiNbO3基底的单模波导中，通过干涉形成了光强空间调制的条纹，再利用 LiNbO3的光折变效应调制晶体的折射率，即在晶体中写入了光折变光栅，其光栅矢量沿晶
体Z轴方向，光栅周期满足八 =，θπ为针对各个滤波波长Xtl, 1时的写入角度；
m步骤3 :输入尾纤、输出尾纤分别封装到所述单模波导的输入和输出端面。进一步，所述步骤2c中，采用氩离子激光器，或者532nm的倍频Nd = YAG激光器。再进一步，所述步骤3中，所述输入尾纤、输出尾纤直接对准并粘合固定在单模波导端面上；或者所述输入尾纤、输出尾纤通过夹具固定后、直接对准紧贴在单模波导端面上。本发明的技术构思为用双光束干涉方法制作光折变光栅，装置和工艺简单，而且利用光折变光栅在暗条件下可保持数年的特性，方便使用且性能可靠。另外，利用铌酸锂晶体中光折变光栅可以擦除和再建立的特点，通过改变记录角度，就可以得到新的光栅周期， 达到对不同波长滤波的目的，从而提高材料的重复利用率。本发明的有益效果主要体现在1、只需利用双光束干涉就可制作长周期波导光栅，不需要在铌酸锂晶体上加装电极等复杂结构，也避免了利用刻蚀等复杂的集成光学工艺制作光栅，使得制造技术简单；2、光折变光栅可以擦除和再建立，可提高材料的重复利用率。
图I是本发明光折变长周期波导光栅滤波器的结构示意图。图2是本发明双光束干涉法制作光折变全息光栅示意图。图3是本发明光折变长周期波导光栅滤波器应用装置示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。实施例I参照图I 图3，一种光折变长周期波导光栅滤波器，包括输入尾纤101和输出尾纤105，所述光折变长周期波导光栅滤波器还包括光折变长周期波导光栅，所述光折变长周期波导光栅包括基底103，所述基底103为X或Y切Z传的LiNbO3晶体，所述基底103上设置包层102，所述包层102上设置Z向布置的单模波导104，所述单模波导104上制作光折变全息光栅106,所述单模波导的104两个端面分别与所述输入尾纤101和输出尾纤105连接。所述单模波导104的两个端面分别与所述输入尾纤101和输出尾纤105粘合固定连接。利用有效折射率法确定单模波导104和包层102的几何尺寸、导模参数和有效折射率。根据单模波导104的有效折射率和包层的有效折射率，利用长周期波导光栅的相位匹配条件，确定对应各个滤波波长时的光栅周期，采用双光束干涉方法制作出全息光折变光栅。实施例2参照图I 图3，本实施例与实施例I的不同之处在于在制作成功的光折变长周期波导光栅的两端面分别加上输入尾纤101和输出尾纤105，就制成了光折变长周期波导光栅滤波器。尾纤101和105是通过夹具固定后、直接对准紧贴在波导端面上。本实施例的其他结构和实现方式与实施例I完全相同。实施例3参照图I 图3，一种光折变长周期波导光栅滤波器的制作方法，包括以下步骤步骤I铌酸锂基底单模波导的制作参照图1，本发明中使用的波导是以铌酸锂晶体103为基底，经过第一次扩钛形成包层102，再经第二次扩钛形成波导104 ;波导上制作的光栅106是光折变全息光栅。步骤2光折变长周期波导光栅的制作参照图2，记录激光201，优选的，可以是氩离子激光，或者532nm的倍频Nd: YAG激光，被分束镜202分成两束光，其中一束光经反射镜203反射后形成一路干涉光205入射到铌酸锂波导104上。通过分束镜202之后的另一束光经过反射镜204反射之后形成另一路干涉光206也入射到铌酸锂波导104上。两束光205和206在铌酸锂波导104上相遇，形成干涉条纹，最后通过光折变效应形成光折变长周期波导光栅106。步骤3滤波器的制作和应用参照图1，在制作成功的光折变长周期波导光栅的两端面分别加上输入尾纤101 和输出尾纤105，就制成了光折变长周期波导光栅滤波器。尾纤101和105是直接对准并粘合固定在波导上的。参照图3，波分复用信号光(其光谱如301)先耦合进输入尾纤101中，再耦合进波导；光通过长周期波导光栅后，与光栅发生谐振的波长被耦合进包层并损耗掉；其余波长耦合出波导，进入输出尾纤105，得到输出信号光(其光谱如302)。实施例4本实施例与实施例3的不同之处在于在制作成功的光折变长周期波导光栅的两端面分别加上输入尾纤101和输出尾纤105，就制成了光折变长周期波导光栅滤波器。尾纤101和105是通过夹具固定后、直接对准紧贴在波导端面上。本实施例的其他结构和实现方式与实施例3完全相同。
权利要求
1.一种光折变长周期波导光栅滤波器，包括输入尾纤和输出尾纤，其特征在于所述光折变长周期波导光栅滤波器还包括光折变长周期波导光栅，所述光折变长周期波导光栅包括基底，所述基底为X或Y切Z传的LiNbO3晶体，所述基底上设置包层，所述包层上设置 Z向布置的单模波导，所述单模波导上制作光折变全息光栅，所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤连接。
2.如权利要求I所述的光折变长周期波导光栅滤波器，其特征在于所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤粘合固定连接。
3.如权利要求I所述的光折变长周期波导光栅滤波器，其特征在于所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤通过夹具固定连接。
4.如权利要求I 3之一所述的光折变长周期波导光栅滤波器，其特征在于利用有效折射率法确定单模波导和包层的几何尺寸、导模参数和有效折射率。
5.如权利要求4所述的光折变长周期波导光栅滤波器，其特征在于根据单模波导的有效折射率和包层的有效折射率，利用长周期波导光栅的相位匹配条件，确定对应各个滤波波长时的光栅周期，采用双光束干涉方法制作出全息光折变光栅。
6.一种如权利要求I所述的光折变长周期波导光栅滤波器的制作方法，其特征在于 所述制作方法包括以下步骤步骤I铌酸锂基底单模波导的制作步骤Ia :用有效折射率法确定出在通讯波段单模工作的钛扩散波导的几何尺寸、导模的参数，并计算出各个需要滤波的波长X ^下的导模的有效折射率N。。,m，m= 1，2，3…； 步骤Ib :用有效折射率法确定步骤Ia中包层的几何尺寸，使其只存在一阶包层模式， 并计算出在各个谐振波长Xthm下，包层模式的有效折射率Nnni, m= 1，2，3…；步骤Ic :以铌酸锂晶体为基底，利用钛扩散工艺，经过第一次扩钛形成所述的包层，再经第二次扩钛形成所述的单模波导；步骤2光折变长周期波导光栅的制作步骤2a:根据单模波导的有效折射率N。。,m和包层的有效折射率Nd,u，利用长周期波导光栅的相位匹配条件入“ =(Nc^m-Nn J Am，确定对应各个滤波波长Athm时的光栅周期Am ;步骤2b :采用双光束干涉方法制作光折变光栅，其光栅周期满足Am =71，Xw为写m入光波长，0m为针对各个滤波波长X “时的写入角度，然后利用步骤2a中得到的Am计算出匕；步骤2c :记录光源采用蓝绿光激光器，波长为Xw的激光通过分束装置分成两束光，分别入射到LiNbO3基底的单模波导中，通过干涉形成了光强空间调制的条纹，再利用LiNbO3 的光折变效应调制晶体的折射率，即在晶体中写入了光折变光栅，其光栅矢量沿晶体Z轴方向，光栅周期满足八 =^^，em为针对各个滤波波长Xthm时的写入角度；m步骤3 :输入尾纤、输出尾纤分别封装到所述单模波导的输入和输出端面。
7.如权利要求6所述的光折变长周期波导光栅滤波器的制作方法，其特征在于所述步骤2c中，采用氩离子激光器，或者532nm的倍频Nd = YAG激光器。
8.如权利要求6或7所述的光折变长周期波导光栅滤波器，其特征在于所述步骤3 中，所述输入尾纤、输出尾纤直接对准并粘合固定在单模波导端面上；或者所述输入尾纤、 输出尾纤通过夹具固定后、直接对准紧贴在单模波导端面上。
全文摘要
一种光折变长周期波导光栅滤波器，包括输入尾纤和输出尾纤，所述光折变长周期波导光栅滤波器还包括光折变长周期波导光栅，所述光折变长周期波导光栅包括基底，所述基底为X或Y切Z传的LiNbO3晶体，所述基底上设置包层，所述包层上设置Z向布置的单模波导，所述单模波导上制作光折变全息光栅，所述单模波导的两个端面分别与所述输入尾纤和输出尾纤连接。同时提供一种光折变长周期波导光栅滤波器的制作方法。本发明简化结构、制作方便、材料重复利用率较高。
文档编号G02B6/02GK102590951SQ20121004905
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者乐孜纯, 张明, 王东旭, 陈刘伟 申请人:浙江工业大学