本发明涉及光纤通信、光纤传感、多波长光纤激光器等领域，具体涉及一种全保偏光纤干涉型梳状滤波器。
背景技术：
随着信息技术的飞速发展，语言、图像、视频等信息日益增多，各种信息之间的交换与交流也越来越多，这对通信网络的带宽和容量提出越来越严苛的要求。目前，光纤通信日趋成熟，密集波分复用(DWDM)技术的发展大大提高了通信网络的容量，成为光纤通信领域的主流技术。光纤梳状滤波器是一种优良的DWDM器件，可用于波分复用、解复用，恰当地选取梳状滤波器可以尽可能地扩充系统容量，提高信息传输能力。此外，将光纤梳状滤波器应用于光纤激光器中，可以实现多波长激光器；应用于光纤传感等领域。
性能优良的光纤梳状滤波器是DWDM技术的关键。滤波间隔、滤波带宽、中心波长等参数可调谐的梳状滤波器在动态DWDM系统中得到了广泛的应用。目前，常用的光纤梳状滤波器主要有：阵列波导光栅(AWG)、马赫-曾德(M-Z)干涉仪、Sagnac滤波器等。然而，阵列波导光栅的波长间隔和带宽不可调，无法满足动态DWDM系统的需求。M-Z光纤干涉仪结构简单，成本低，但对两臂的光程差要求很高。Sagnac滤波器中通常加入一段保偏光纤和一个偏振控制器来实现滤波作用，级联几个具有不同滤波特性的sagnac滤波器可以得到满足特殊滤波间隔、滤波带宽的滤波器，但环境稳定性较差。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于光纤通信等领域的结构简单、滤波带宽连续可调的全保偏光纤干涉型梳状滤波器，该光纤滤波器所使用的光纤均为保偏光纤，利用Sagnac干涉效应实现光谱滤波。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种全保偏光纤干涉型梳状滤波器，由光纤偏振分束器和线型臂组成，所述光纤偏振分束器包括a端口、b端口和c端口，a端口和b端口之间熔断形成有光纤环路，所述线型臂由依次设置的光纤准直器、非互易相位偏置器和偏振分束器组成，所述c端口与光纤准直器之间通过保偏光纤相连，c端口与光纤准直器之间的保偏光纤上设有带有对轴角度的熔接点，所述偏振分束器作为梳状滤波器的输入和输出器件，光信号从偏振分束器处入射，经过线型臂后被分解为沿光纤环路顺时针方向和逆时针方向传输的光信号，在光纤环路中传输一周后，合束至线型臂中，最终在偏振分束器处发生干涉。
进一步的，所述非互易相位偏置器为非互易光学器件，由法拉第旋光器、四分之一波片和半波片组成。
进一步的，所述光纤偏振分束器、光纤准直器均为保偏光纤器件。
进一步的，所述对轴角度的取值范围为0-90°。
进一步的，光纤环路内可加入一段增益光纤，用于为光信号提供放大。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明梳状滤波器结构简单，滤波间隔与一段特定保偏光纤的长度有关，可通过改变这一特定保偏光纤的长度实现滤波间隔的调节。该梳状滤波器具有透射方式和反射方式两种工作模式，可以根据应用需求选择工作模式。通过调节非互易相位偏置器和光纤熔接角度，通带3dB带宽连续可调，可实现大平坦度的光谱输出，且通带隔离度可高达22dB。插入损耗低，可与通信光纤兼容。全保偏光纤结构使其环境稳定性高，利于广泛推广。
附图说明
图1为本发明滤波器结构示意图。
图2为光纤偏振分束器的结构图。
图3-1至图5-2为在不同的保偏光纤熔接角度下，本发明滤波器的透射光谱和反射光谱图。
附图标记：1-光纤环路，2-光纤偏振分束器，3-保偏光纤，4-熔接点，5-保偏光纤，6-光纤准直器，7-非互易相位偏置器，8-偏振分束器；a、b、c分别是光纤偏振分束器的三个端口。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明实施方案作进一步详细的描述。
本专利所涉及的梳状滤波器的原理是Sagnac干涉效应。该梳状滤波器由光纤环路1和线型臂组成，如图1所示。光纤环路1由光纤偏振分束器(PBC)2的a端和b端直接熔接而成，光纤偏振分束器2的结构如图2所示。线型臂包括光纤准直器6、非互易相位偏置器7和偏振分束器(PBS)8。光纤偏振分束器2的c端与光纤准直器6尾纤熔接过程中，人为引入一个带有对轴角度的熔接点4，该对轴角度的取值范围为0-90°(不包括0°和90°)；熔接点4与光纤偏振分束器2的c端口之间通过保偏光纤3连接，熔接点4与光纤准直器6之间通过保偏光纤5连接。从c端入射光纤环路1的光信号快、慢轴分量经过光纤偏振分束器2分束后将分别沿顺时针和逆时针方向传输，且均沿环内光纤慢轴传输，因此在光纤环路1内传输的脉冲仅包含慢轴分量。而脉冲在线型臂中传输时同时包含快、慢轴分量。保偏光纤之间的对轴角度、非互易相位偏置器等非对称光学过程为相向传输的光信号提供一定的相位差，利用汇合处的干涉效应实现滤波作用。非互易相位偏置器7为非互易光学器件，可由法拉第旋光器、四分之一波片、半波片组合得到。梳状滤波器中的所有光纤器件均使用保偏光纤。
此外，还可以在光纤环路1内加入一段增益光纤，用于为光信号提供放大。
下面用琼斯矩阵理论对本专利所涉及的梳状滤波器的透过率函数进行分析计算。所用到的光学器件琼斯矩阵见表1所示。
表1光学器件的琼斯矩阵
任意偏振态的脉冲经偏振分束器8透射进入滤波器后，变为水平方向的线偏振光，因此入射光的琼斯矩阵可用表示。该线偏振光在非互易相位偏置器7作用下变为椭圆偏振光，沿着保偏光纤快、慢轴传输。经光纤偏振分束器2分束后，快、慢轴分量将分别沿顺时针和逆时针方向传输。传输一周后经光纤偏振分束器2合束至线型臂，分别成为慢、快轴分量。再次通过非互易相位偏置器7，并在偏振分束器8处汇合，发生干涉。用和分别表示在光纤环路中沿顺时针和逆时针方向传输的光信号。有：
上式中，指光纤准直器6与熔接点4之间的保偏光纤5对应的琼斯矩阵，表示光纤偏振分束器2的c端与熔接点4之间的保偏光纤3对应的琼斯矩阵。注意到，环内相向传输脉冲仅包含慢轴分量，因此光纤环路内保偏光纤快、慢轴的折射率差不会引入相向传输脉冲间的线性相移差。在计算时为简化起见，忽略脉冲在光纤环路1内传输时的保偏光纤琼斯矩阵。α为保偏光纤5与保偏光纤3之间的熔接角度，取值范围为0-90°。此外，由于光纤偏振分束器2的特殊性，原来在线型臂中传输的脉冲快轴分量经过光纤环路后会沿着线型臂光纤的慢轴传输，原来的脉冲慢轴分量将沿着线型臂光纤的快轴传输。因此在计算时引入矩阵
最后，和在偏振分束器8处汇合，并发生干涉，透射光场和反射光场分别用和表示，则有：
透射光场、反射光场及入射光场的功率可以表示为：
通过代数运算可得到所述梳状光纤滤波器的透过率和反射率，分别为：
由上式知，梳状滤波器的透过率、反射率与非互易相位偏置器7、保偏光纤5与保偏光纤3之间的熔接点的对轴角度、保偏光纤5的长度和双折射量有关，与入射光的偏振态和保偏光纤3无关。当这些参数固定时，透过率、反射率为入射光波长λ的函数，可视为波长滤波器。若相位偏置器引入的相移恰好使项系数为零，滤波周期为Δλ＝λ2/2BL1，否则滤波周期为Δλ＝λ2/BL1。滤波间隔与保偏光纤5的长度直接相关。
由透过率函数知，当α＝0°或α＝90°时，和的系数均为0，该梳状滤波器的响应与波长无关，无滤波效应。因此线型臂中保偏光纤5与保偏光纤3之间的熔接点的对轴角度是实现波长滤波效应的关键，必须保证α≠0且α≠90°。
选取λ0＝1550nm,β＝0,θ＝30°,L1＝0.46m,α＝20°，可以实现波长间隔为10nm的平顶滤波，透射光谱的3dB带宽为3nm，透射光谱和反射光谱如图3-1和图3-2所示。保持其他参数不变，若α＝35°，得到的透射光谱的3dB带宽变为2.5nm，透射光谱和反射光谱如图4-1和图4-2所示。
选取λ0＝1550nm,β＝0,θ＝30°,L1＝0.46m,α＝45°，滤波间隔变为5nm，透过率曲线和反射率曲线如图5-1和图5-2所示。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。