一种多通道微纳耦合式光纤滤波器及多通道选择滤波的方法与流程

1.本发明属于光电检测技术领域，更具体地，涉及一种多通道微纳耦合式光纤滤波器及多通道选择滤波的方法。


背景技术：

2.耦合器作为光无源器件之一，在光无源器件中具有重要的地位。在1975年kuwahara等人通过将两根光纤缠绕并放置在折射率溶液内制作了首个光纤耦合器。此后陆续出现了物理方法研磨的磨抛型光纤耦合器和熔融拉锥技术制作的熔锥型光纤耦合器。耦合器应用广泛，在光纤传感器、波分复用器、半导体激光器和光纤放大器中也是不可缺少的器件。
3.现有的通过熔锥工艺得到的微纳耦合器，谱形不均匀，结合图1发现无法作为梳状滤波器使用。目前微纳耦合器主要用于传感器检测折射率，温度，生物，化学，磁场，电流等。在通过简单拉锥方式得到的多通道梳状滤波器研究较少，无法实现灵活的波长切换。


技术实现要素：

4.本发明致力于实现多波长的灵活切换，满足不同条件下的波长滤波需求，提出了一种多通道微纳耦合式光纤滤波器及多通道选择滤波的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
5.为了实现上述目的1，本发明采用如下技术方案：
6.一种多通道切换组合式微纳光纤耦合滤波器，包括光源、探测器、多路微纳光纤耦合结构、第一及第二2
×
2光纤开关、光纤环路以及光纤偏振控制器，多路微纳光纤耦合结构由n根输入光纤和n根输出光纤构成，其中n≥3；
7.光源和探测器连接至第一2
×
2光纤开关的两个输入端口，第一2
×
2光纤开关的两个输出端口连接至所述多路微纳光纤耦合结构中任意两根输入光纤，选定与该两根输入光纤对应的两根输出光纤作为输出端口，分别连接至第二2
×
2光纤开关的两个输入端口，第二2
×
2光纤开关的两个输出端口连接一个固定长度的光纤环路，光纤环路内连接有光纤偏振控制器；
8.光源和探测器构成光电检测装置，用于将输出的光谱信息进行记录；
9.第一2
×
2光纤开关和多路微纳光纤耦合结构构成光纤环路滤波器切换装置，用于实现光耦合环路切换，进而实现耦合滤波器的波长、带宽及透射/反射率的切换；
10.光纤偏振控制器和光纤环路构成滤波透射/反射率调谐装置，用于实现每个光纤滤波器的光谱消光比可调。
11.为了实现上述目的2，本发明采用如下技术方案：
12.一种多通道选择滤波的方法，第二2
×
2光纤开关通过切换不同的输入和输出光纤对，实现不同滤波特性的调谐。
13.进一步地，光源发出的光经过多路微纳光纤耦合结构分成两路，一路光信号沿顺
时针方向经过光纤偏振控制器，另一路光信号沿逆时针方向经过光纤偏振控制器，光纤偏振控制器使两路光信号的光谱幅值发生变化，两路光信号回到多路微纳光纤耦合结构内耦合，最终输出至探测器。
14.进一步地，通过调谐光纤环路内光纤偏振控制器的偏振角度，实现滤波器消光比的连续可调，当偏振控制器的偏振角度达到90
°
时，透射谱和反射谱的消光比最大。
15.本发明所带来的有益技术效果：
16.本发明作为多通道的微纳耦合式滤波器件，可以通过切换不同的输入输出光纤对，来实现不同滤波特性的调谐，而且，对应同一滤波器，通过调节偏振控制器，还可以实现滤波器的消光比调谐，该发明器件的线性调谐效果好，能实现波长和带宽的灵活切换，在激光器中可以作为波长控制元件，实现不同波长输出，在放大器中可以用作功率均衡，在传感中可以用于各种物理量的传感和消除交叉敏感等。
附图说明
17.图1是现有技术中微纳光纤耦合器输出透射谱；
18.图2是本发明中多通道微纳耦合式光纤滤波器结构示意图；
19.其中，1-光源；2-探测器；3-第一2
×
2光纤开关；4-多路微纳光纤耦合结构；5-第二2
×
2光纤开关；6-光纤环路；7-光纤偏振控制器；
20.图3是本发明中微纳耦合式光纤滤波器透射谱和反射谱的输出光谱图；
21.其中，(a)为微纳耦合式光纤滤波器透射谱在偏振控制器角度-45
°
～0时的输出光谱图；
22.(b)为微纳耦合式光纤滤波器透射谱在偏振控制器角度0～45
°
时的输出光谱图；
23.(c)为微纳耦合式光纤滤波器透射谱消光比随偏振控制器旋转角度变化的曲线图；
24.(d)为微纳耦合式光纤滤波器反射谱在偏振控制器角度-45
°
～0时的输出光谱图；
25.(e)为微纳耦合式光纤滤波器反射谱消光比随偏振控制器旋转角度变化的曲线图；
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
27.一种多通道微纳耦合式光纤滤波器，如图2所示，包括光源1、探测器2、第一2
×
2光纤开关3、多路微纳光纤耦合结构4、第二2
×
2光纤开关5、光纤环路6、光纤偏振控制器7；多路微纳光纤耦合结构由n根输入光纤和n根输出光纤构成，其中n≥3；
28.光源1和探测器2连接至第一2
×
2光纤开关3的两个输入端口，第一2
×
2光纤开关3的两个输出端口连接至多路微纳光纤耦合结构4中任意两根输入光纤，选定与该两根输入光纤对应的两根输出光纤作为输出端口，分别连接至第二2
×
2光纤开关5的两个输入端口，第二2
×
2光纤开关5的两个输出端口连接固定长度的光纤环路5，光纤环路5内连接有光纤偏振控制器6；
29.具体地，光源1和探测器2构成光电检测装置，用于将输出的光谱信息进行记录；
30.具体地，第一2
×
2光纤开关3和多路微纳光纤耦合结构4构成光纤环路滤波器切换
装置，用于实现光耦合环路切换，进而实现耦合滤波器的波长、带宽及透射/反射率的切换；
31.具体地，光纤偏振控制器7和光纤环路8构成滤波透射/反射率调谐装置，用于实现每个光纤滤波器的光谱消光比可调。
32.具体地，光源1发出的光经过多路微纳光纤耦合结构4分成两路进入光纤环路6，这两束光分别经过光纤偏振控制器7再回到微纳光纤耦合机构4耦合，最终输出至探测器2。
33.该多通道微纳耦合式光纤滤波器的制备方法，包括以下步骤：
34.s1、将光纤剥去涂覆层，对光纤的输入端和输出端进行标记；
35.s2、将光纤缠绕后固定在位移平台上，设置拉锥机的拉锥长度为18000um，氢气流量为140scm，位移平台的速度为150um/s；
36.s3、对多路微纳光纤耦合结构4用石英玻璃管封装；
37.s4、多路微纳光纤耦合结构4的输入端通过第一2
×
2光纤切换开关3分别连接光源1和探测器2，第二2
×
2光纤切换开关5的输入端连接多路微纳光纤耦合结构4的输出端，第二2
×
2光纤切换开关5的输出端连接长度固定的光纤环路6，光纤环路6内连接有光纤偏振控制器7。
38.具体地，拉锥机的火头直径为6mm。
39.一种多通道选择滤波的方法，第二2
×
2光纤开关4切换不同的两根输入和输出光纤对，使多路微纳光纤耦合结构4和光纤偏振控制器7构成不同的环路x和环路y从而达到不同波长滤波的需求，光纤偏振控制器7连接在环内，得到其透射谱滤波特性。
40.通过理论研究提出的滤波器的滤波特性，光源通过微纳光纤耦合器3分别以顺时针方向和逆时针方向在环路内传输，其中偏振调控器5的传输矩阵方程如下：
[0041][0042][0043][0044]
逆时针方向：
[0045][0046]
顺时针方向：
[0047][0048]
其中，
[0049]
a＝cos 2(θ
1-θ2) cos 2(θ
3-θ2)
[0050]
b＝cos 2θ
2-cos 2(θ3 θ
1-θ2)
[0051]
c＝sin 2(θ
1-θ2)-sin 2(θ
3-θ2)
[0052]
d＝sin 2θ
2-sin 2(θ3 θ
1-θ2)
[0053]
那么透射谱和反射谱的输出函数为：
[0054][0055][0056]
其中，β＝2arctan(d/c)，β为诱导相移，为相位，δn，l，λ分别为有效折射率差，光纤长度和工作波长。为了使其光谱只受偏振角度影响，必须使诱导相移恒定即β为0或π。这时得到其中一种解为θ1＝θ3＝0，公式两边乘上耦合器矩阵得到其输出函数为：
[0057][0058][0059]
其中，k为耦合系数。
[0060]
由上述式子可以看出，滤波器的消光比与微纳光纤耦合器的耦合系数和偏振调控器旋转的角度有关，当微纳耦合器的耦合系数确定时，只跟偏振调控器旋转的角度有关。
[0061]
通过实验进一步研究滤波器的滤波性能，将光源1和探测器2分别连接环形器的两端，环形器的另一端连接多路微纳光纤耦合结构4的输入端口，探究反射谱的滤波特性；如图3所示，根据实际测量的透射光谱图、反射光谱图以及偏振角度与消光比关系图，调节光纤偏振控制器7的角度，滤波器的透射谱形仅发生消光比的变化，波长和透射强度基本不发生变化，反射谱形其透射强度和消光比的变化基本保持一致。透射谱和反射谱的消光比均在90
°
时取得最大值，验证了在实际测量中的可行性和准确性。
[0062]
以上为本实施例的完整实现过程。
[0063]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。