[发明专利]一种基于单模-多模光纤光栅的双重滤波微结构分束器

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种具有双重滤波功能的光纤光栅微结构分束器。

背景技术

光子代替电子，集成光路代替集成电路将极大的提高人类处理信息的速度和能力。而研究和制作各种功能型光学器件并最终实现光学集成是光学领域研究者的重要目标之一。多模光纤是科学家们最早研制应用的光纤结构，其内部的模式干涉导致多模光纤径向光场分布随光纤轴向距离变化而呈周期变化。多模光纤内多模式干涉效应最为广泛的研究是基于单模-多模-单模（SMS）光纤结构，即利用单模光纤作为引入端将光引入到多模光纤内，接着再次利用单模光纤将光从多模光纤的另外一端引出。利用SMS结构可实现位移、折射率以及多参量同时的测量，并可以研究应变响应。在光纤通讯中，SMS结构被期望实现滤波功能，2006年Optics Letters上发表了加拿大Toronto大学的Waleed S.Mohammed博士等的利用SMS中模式干涉效应实现带通滤波的论文，展示了13nm的3dB带宽，该滤波器相对于传统的滤波器具有0.4dB低插入损耗、结构简单和成本低廉等特点。

另一方面，自从K.O.Hill等人于1978年首次研制出世界上第一个光纤光栅，即光纤布拉格光栅以来，无论是光纤光栅的写入方法、理论研究还是应用都获得了飞速发展。在光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的基础上人们已先后研制出一些具有特殊结构的光纤光栅，比如啁啾光纤光栅、高斯光纤光栅、高斯变迹光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤光栅、倾斜光纤光栅、长周期光纤光栅等。新型光子晶体光纤和微纳光纤的出现，更加为光纤光栅的发展增添了新元素，可以相信，光纤光栅必将在通信、传感及其相关领域获得进一步的发展和更加广泛的应用。通常意义上的光纤光栅一般都是在单模光纤内制作，多模光纤内制作光栅光谱响应相对复杂，不能够制作传统意义上的滤波器，但在光纤传感领域，多模光纤内写入光栅可以具有不同于单模光栅光谱响应的特点，可以用于多参量传感。多模光纤光栅还被用来提供特定要求的光纤激光反馈。但多模光纤中各种模式分布会随着激励条件、光纤弯曲等因素发生变化，因而多模光纤光栅光谱无法稳定。如果能够控制多模光纤内模式分布情况，将使得利用多模光纤光栅的光谱响应相对稳定，从而使多模光纤光栅像单模光纤光栅那样应用广泛。

本发明将SMS结构与光纤光栅技术相结合，提出一种具有双重滤波功能的光纤光栅微结构分束器。该器件不同于简单的多模光纤光栅器件，构造具有横向滤波特性的单模-多模-单模光纤结构，并在该结构中的多模光纤内写入纵向滤波光栅，实现横纵双重光纤滤波。该滤波器件在能够具备了多模光纤光栅的光谱响应特性的同时，保证了器件的稳定和可控性。利用这种结构在多模光纤段稳定激励起的数个模式与光栅的相互作用以及模式相干效应实现微结构分束，可广泛应用于光纤通信领域，作为用于波分复用的前置器件。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构简单、具有双重滤波功能的光纤光栅微结构分束器。

本发明的目的是这样实现的：

宽谱光源（1）连接单模光纤（2）的输入端，单模光纤（2）的输出端连接多模光纤（4）的输入端，在多模光纤中写入长周期光栅，多模光纤（4）的输出端连接CCD探测器。

多模光纤纤芯直径为125μm＞d≥105μm。

单模光纤与多模光纤可以通过错位焊接连接在一起。

多模光纤还可以由包括双芯光纤、环形芯光纤和三芯光纤在内的特种光纤代替。

本发明的有益效果在于：

本发明能够通过控制单模-多模-单模光纤结构的横向滤波特性来控制多模光纤中激励的模式，相对于简单的在多模光纤内写入光栅将具有极高的稳定性和可控性。采用的光纤材料和器件均为标淮光纤通信元件，相对于以往的分束器具有结构简单、体积小、成本低、精度高的优点。

附图说明

图1是基于单模-多模光纤光栅的双重滤波微结构分束器的结构示意图；

图2是多模光纤内部激励起的模式振幅仿真结果；

图3是单模光纤和大芯径多模光纤错位焊接示意图；

图4是单模光纤和特种光纤的双芯光纤耦合连接示意图；

图5是单模光纤和多模光纤之间的偏轴量为3μm时不同模式的激励系数仿真结果示意图。

具体实施方式

基于单模-多模光纤光栅的双重滤波微结构分束器的结构如图1所示，包括宽谱光源1、单模光纤2、单模与多模光纤对接面3、多模光纤4、写入长周期光栅5、CCD探测装置6。