全光纤滤波器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微光学元件，具体涉及一种基于微光纤"e"形谐振结构的全光纤滤波 器。
【背景技术】
[0002] 光学滤波器在激光器系统、光通信系统以及光学传感系统中都有着不可或缺的作 用。近年来，激光器系统、光通信系统和光学传感系统的集成化的发展趋势，使得光学滤波 器也朝着小型化的方向发展。光纤环形谐振腔是构建光学滤波器的重要元件，其原因在于， 一方面光纤环形谐振腔有利于实现光学系统的全光纤化，避免了块状器件引入的插入损耗 和耦合困难；另一方面光纤环形谐振腔的输出光谱的条纹精细度高且自由光谱范围可调， 易于实现滤波带宽的调谐。但由于普通光纤环形谐振腔的构建需要多个光纤光学元件如 2X2耦合器，偏振控制器等，它们的体积较大，不利于滤波器件的小型化和集成化。
[0003] 微纳光纤具有许多普通光纤无法比拟的优点。极好的柔韧性和良好的机械性能 使得它可以通过微操作形成各种几何结构，且具有很小的弯曲损耗；大比例倏逝场特性使 得它能与表面或附近的介质发生强耦合作用。因此，利用微纳光纤可以制作体积小、结构 紧凑的环形谐振腔，它的输出光谱损耗小、条纹精细度高，因而利用微纳光纤环形腔构建光 纤滤波器是一种很好的选择。目前，利用微纳光纤制作光学滤波器的技术和方法已经有 所报道。浙江大学童利民等人早在2007年就发明了"基于微光纤环形结谐振腔的全光纤 ADD-DR0P滤波器（专利号200710068171. 8) "，以第一根微光纤制备成环形结谐振腔，环形 结谐振腔的一段和单模光纤项链，环形结的另一端与第二根微光纤相耦合，用以引出非共 振的光信号，将第三根微光纤相切搭在环形结上，用以引出在环形结谐振腔中共振的光信 号。该环形单结谐振腔结构虽然能实现光的ADD-DR0P，但是谐振腔中的光为单向振荡，没 有反射光信号且每一个环形单结谐振腔只能实现一种滤波功能。2009年，童利民教授等 人又发明了一种"基于微光纤环形镜的全光纤Fabry-Perot谐振腔及其制作方法（专利号 200810163150. 9) "，它主要由一个Fabry-Perot谐振腔和两根用于输入和输出光信号的微 纳光纤组成，该谐振结构中的光虽然为双向振荡，但整个结构相当于一个Fabry-Perot腔， 只能实现单一梳状滤波器的特性，且使用了三根微纳光纤。华南理工大学杨中民教授等人 在"一种波长可调谐微型单模光纤激光器（专利号201310068660. 9) "中利用一个嵌套双环 微型谐振腔进行滤波，并实现了单模激光输出，但由于两个微型谐振腔是嵌套的，难以独立 调节它们的大小，且这个嵌套双环谐振腔也只能进行梳状滤波。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有的光纤滤波器存在的问题，提供一种基 于微光纤" 0 "形谐振结构的全光纤滤波器及其制备方法，本发明的滤波器可实现反射和透 射同时输出，且可实现多功能滤波，可调谐性强，结构紧凑、设计灵活。
[0005] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：全光纤滤波器包括第一微纳光纤、 第一微纳光纤所形成的微光纤"e"形谐振结构和第二微纳光纤，微光纤"e"形谐振结构 的一端通过第一微纳光纤与单模光纤相连，用以引出反射的光信号，微光纤"e"形谐振结 构的另一端与第二微纳光纤耦合，用以引出透射的光信号。
[0006] 所述的滤波器，微光纤"e"形谐振结构包括第一环状和第二环状，第一环状靠近 第二微纳光纤，第二环状靠近第一微纳光纤，第一环状和第二环状之间设有公共微光纤。
[0007] 所述的滤波器，公共微光纤的一端与第一微纳光纤之间接有第一耦合区域；第二 环状的延长端作为第一微纳光纤自由端，与公共微光纤的另一端之间接有第二耦合区域。
[0008] 所述的滤波器，其特征在于：微光纤" 0 "形谐振结构和第二微纳光纤之间接有第 三耦合区域。
[0009] 全光纤滤波器的制备方法，包括第一微纳光纤、第二微纳光纤和微光纤" 0 "形谐 振结构的制备过程，以及微光纤" 9 "形谐振结构与第二微纳光纤的连通过程。
[0010] 所述的方法，第一微纳光纤、第二微纳光纤和微光纤"e"形谐振结构的制备过程 包括：
[0011] 1)通过氢氧火焰加热法把标准通信光纤的中部拉细至微米尺度直径，得到两根微 纳光纤，其中一根作为第一微纳光纤，另一根作为第二微纳光纤；
[0012] 2)将第一微纳光纤的细端从中间截断，形成截断端一侧的第一微纳光纤自由端和 远离截断端一侧的第一微纳光纤非微纳端；
[0013] 3)先将第一微纳光纤非微纳端固定在底座一侧，将第一微纳光纤自由端自身弯曲 并缠绕形成第一环状，缠绕处为第一耦合区域，再用剩余的第一微纳光纤自由端第二次弯 曲并在第一环状上绕一个或复数个结形成第二环状，绕结处为第二耦合区域，第一环状和 第二环状之间存在公共微光纤，整个结构形成微光纤" 0 "形谐振结构，最后保留一部分剩 余的第一微纳光纤自由端。
[0014] 所述的方法，微光纤"e"形谐振结构与第二微纳光纤的连通过程包括：
[0015] 4)按照步骤2)的方法处理第二微纳光纤，得到第二微纳光纤自由端、第二微纳光 纤非微纳端；
[0016] 5)将第二微纳光纤非微纳端平行地固定在底座上第一微纳光纤非微纳端的对 侧；
[0017] 6)将第二微纳光纤自由端与步骤3)剩余的第一微纳光纤自由端相缠绕，形成第 三耦合区域，完成微光纤" 0 "形谐振结构与第二微纳光纤的连通过程。
[0018] 所述的方法，还包括调整第一耦合区域和第二耦合区域的耦合系数，从而调谐滤 波器的滤波功能的过程，以及调整微光纤" 9 "形谐振结构的腔长大小，从而调谐滤波器的 滤波特性的过程。
[0019] 所述的方法，分别调整第一耦合区域和第二耦合区域的耦合系数ki、匕的具体过 程包括：通过利用第一光纤探针和第二光纤探针分别调整第一耦合区域和第二耦合区域的 长度及光纤缠绕的角度至满足以下条件：
[0020] 1)0 < (k1=k2) < 0. 17,全光纤滤波器的反射光谱和透射光谱的功能均为梳状滤 波；
[0021] 2)0. 17 < (k1=k2)彡0. 2,全光纤滤波器的反射光谱的功能为梳状滤波，透射光