一種光控調諧光纖梳狀濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光控調諧光纖梳狀濾波器，它包括由兩只3dB光纖耦合器、一條長干涉臂和一條短干涉臂組成的M-Z干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂和短干涉臂至少有一條串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖，其中所述的雙波長波分復用器一個輸入口和輸出口串接在M-Z干涉儀型梳狀濾波器相應的干涉臂上，另一個輸入口上串接一LD泵浦源。本發(fā)明光控調諧光纖梳狀濾波器不僅中心波長連續(xù)可調，而且結構緊湊、制作簡單、調諧方便。
【專利說明】一種光控調諧光纖梳狀濾波器

【技術領域】
:
[0001]本發(fā)明涉及光耦合裝置，具體涉及帶有偏振選擇和調節(jié)裝置的光耦合裝置。

【背景技術】
:
[0002]梳狀濾波器是許多按一定頻率間隔相同排列的通帶和阻帶，只讓某些特定頻率范圍的信號通過，其特性曲線象梳子一樣，故稱為梳狀濾波器。梳狀濾波器作為波長選擇器件，在光網(wǎng)絡、通信、光傳感等領域有重要的應用。實現(xiàn)梳狀濾波器的技術有很多，其中光纖Mach-Zehnder(M-Z)干涉儀型梳狀濾波器是由兩個3dB光纖耦合器級聯(lián)構成的，具有結構簡單、插入損耗小、信道均勻性好、與光纖兼容、成本低等優(yōu)點，適用于光纖波分復用通信網(wǎng)絡、多波長光纖激光器、光纖傳感等領域。但普通的光纖M-Z型梳狀濾波器的中心波長不可調，因此在需要動態(tài)組網(wǎng)、可重構網(wǎng)絡、靈活調節(jié)中心波長的應用中受到限制。
[0003]在2005 年 Qun Li 等研究人員(《Demonstrat1n of high extinct1n rat1modal interference in a two-mode fiber and its applicat1ns for all-fiber combfilter and high-temperature sensor》Opt.Commun.25Opp: 280_285，2OO5)利用雙模光纖構成M-Z梳狀濾波器，并在雙模光纖上沉積薄膜微加熱器，通過調節(jié)電功率獲得波長可調諧操作。2009年北京交通大學Suchun Feng等研究人員(《Compact in-fiber Mach-Zehnderinterferometer using a twin-core fiber)) Proceedings of the communicat1ns andPhotonics Conference and Exhibit1n (ACP)，29Asia ;pp: 7630 - 4，2009)米用雙芯光纖結合普通單模光纖構成M-Z梳狀濾波器，通過溫控和應力的方法實現(xiàn)了濾波器波長可調諧功能。但這兩種方法需要額外的溫控或應力裝置，這使得濾波器的結構和調諧操作復雜。
[0004]為此有必要繼續(xù)研究新型的技術以獲得簡單結構、操作方便、成本低廉、插入損耗小、中心波長連續(xù)可調諧功能的平坦梳狀濾波器，以拓展其應用前景。


【發(fā)明內容】

:
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種光控調諧光纖梳狀濾波器，該光纖梳狀濾波器不僅中心波長連續(xù)可調，而且制作簡單、結構緊湊、調諧方便。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題的方案如下:
[0007]—種光控調諧光纖梳狀濾波器，它包括由兩只3dB光纖耦合器、一條長干涉臂和一條短干涉臂組成的M-Z干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于，
[0008]所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂和短干涉臂至少有一條串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖，其中所述的雙波長波分復用器一個輸入口和輸出口串接在M-Z干涉儀型梳狀濾波器相應的干涉臂上，另一個輸入口上串接一 LD泵浦源。
[0009]上述光控調諧光纖梳狀濾波器可以是中心波長可雙向漂移的光纖梳狀濾波器，也可以是中心波長往長波方向漂移的光纖梳狀濾波器或中心波長往短波方向漂移的光纖梳狀濾波器。
[0010]當所述光控調諧光纖梳狀濾波器是中心波長可雙向漂移的光纖梳狀濾波器時，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂和短干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖，且串聯(lián)在長干涉臂上的摻鐿光纖和串聯(lián)在短干涉臂上的摻鐿光纖的長度相等。
[0011]當所述光控調諧光纖梳狀濾波器是中心波長往長波方向漂移的光纖梳狀濾波器時，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖。
[0012]當所述光控調諧光纖梳狀濾波器是中心波長往短波方向漂移的光纖梳狀濾波器時，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的短干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖。
[0013]上述光控調諧光纖梳狀濾波器中，所述的LD泵浦源的波長為980nm。
[0014]上述光控調諧光纖梳狀濾波器中，所述的3dB光纖耦合器為1X2或2X2的3dB光纖稱合器。
[0015]本發(fā)明的上述方案中，所述的LD泵浦源產生泵浦光時，在摻鐿光纖中產生非線性相移，以調節(jié)梳狀濾波器的中心波長偏移量，該偏移量與非線性相移量直接相關，
中Y為摻鐿光纖的非線性系數(shù)，P為LD泵浦源的泵浦功率，L為摻鐿光纖的長度。
[0016]本發(fā)明所述的光控調諧光纖梳狀濾波器較現(xiàn)有技術不僅中心波長連續(xù)可調，而且具有結構緊湊、簡單，只需調節(jié)LD泵浦源的泵浦功率就可以實現(xiàn)調諧操作方便的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0017]圖1為本發(fā)明所述的光控調諧光纖梳狀濾波器的一個具體實施例的原理圖。
[0018]圖2為本發(fā)明所述的光控調諧光纖梳狀濾波器的第二個具體實施例的原理圖。
[0019]圖3為本發(fā)明所述的光控調諧光纖梳狀濾波器的第三個具體實施例的原理圖。
[0020]圖4為檢測圖3所示光控調諧光纖梳狀濾波器輸出特性的原理圖
[0021]圖5和圖6為圖3所不方案在不同泵浦功率下的輸出光譜,其中，圖5為泵浦第一摻鐿光纖4,圖6為泵浦第二摻鐿光纖7。
[0022]圖7和圖8為圖3所示方案的中心波長漂移隨著泵浦功率變化的曲線，其中，圖7為泵浦第一摻鐿光纖4,圖8為泵浦第二摻鐿光纖7。
[0023]圖9和圖10為圖3所示方案中的濾波器在泵浦功率固定的情況下其中兩個波長的功率波動(左圖)和波長偏移(右圖)的測試曲線，其中，圖9為泵浦第一摻鐿光纖4，圖10為泵浦第二摻鐿光纖7。

【具體實施方式】
[0024]例I
[0025]本例為本發(fā)明所述中心波長往長波方向漂移的光纖梳狀濾波器。
[0026]參見圖1，第一 3dB光纖耦合器1、第二 3dB光纖耦合器8、長干涉臂9和短干涉臂10組成常規(guī)的M-Z干涉儀型梳狀濾波器；其中，
[0027]長干涉臂9與其連接的第二 3dB光纖耦合器8的入口之間串聯(lián)有依次連接的第一雙波長波分復用器3和第一摻鐿光纖4 ;第一雙波長波分復用器3的一個輸入口和輸出口串接在所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂9上，另一個輸入口上串接第一 LD泵浦源2。
[0028]參見圖1，本例中，第一 3dB光纖耦合器I和第二 3dB光纖耦合器8均由常規(guī)兩段SMF-28單模光纖構成的I X 2的3dB光纖耦合器；第一 LD泵浦源2為980nm LD泵浦源；長干涉臂9由SMF-28單模光纖和摻鐿光纖組成，短干涉臂10為SMF-28單模光纖，二者的長度差，即Δ Lt = L1-Ls > O,式中的L1為長干涉臂9的長度，Ls為短干涉臂10的長度。
[0029]例2
[0030]本例為本發(fā)明所述中心波長往短波方向漂移的光纖梳狀濾波器。
[0031]參見圖2，第一 3dB光纖耦合器1、第二 3dB光纖耦合器8、長干涉臂9和短干涉臂10組成常規(guī)的M-Z干涉儀型梳狀濾波器；其中，
[0032]短干涉臂10與其連接的第二 3dB光纖耦合器8的入口之間串聯(lián)有依次連接的第二雙波長波分復用器6和第二摻鐿光纖7 ;第二雙波長波分復用器6的一個輸入口和輸出口串接在所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的短干涉臂10上，另一個輸入口上串接第二 LD泵浦源5。
[0033]參見圖2，本例中，第一 3dB光纖耦合器I和第二 3dB光纖耦合器8均由常規(guī)兩段SMF-28單模光纖構成的2X2的3dB光纖耦合器，第二 LD泵浦源5也為980nm LD泵浦源，長干涉臂9為SMF-28單模光纖，短干涉臂10由SMF-28單模光纖和摻鐿光纖組成，二者的長度關系與例I相同。
[0034]例3
[0035]本例為本發(fā)明所述中心波長可雙向漂移的光纖梳狀濾波器。
[0036]參見圖3，本例相當于例I和例2所述光控調諧光纖梳狀濾波器的組合。具體的組合方法如下所述:
[0037]長干涉臂9與其連接的第二 3dB光纖耦合器8的入口之間串聯(lián)有依次連接的第一雙波長波分復用器3和第一摻鐿光纖4 ;第一雙波長波分復用器3的一個輸入口和輸出口串接在所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂9上，另一個輸入口上串接第一 LD泵浦源2 ；
[0038]短干涉臂10與其連接的第二 3dB光纖耦合器8的入口之間串聯(lián)有依次連接的第二雙波長波分復用器6和第二摻鐿光纖7 ;第二雙波長波分復用器6的一個輸入口和輸出口串接在所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的短干涉臂10上，另一個輸入口上串接第二 LD泵浦源5 ；
[0039]上述串接在長干涉臂9上的第一摻鐿光纖4的長度與串接在短干涉臂10上的第二摻鐿光纖7的長度相等。
[0040]參見圖3，本例中，第一 3dB光纖耦合器1、第二 3dB光纖耦合器8與實施例1相同；第一 LD泵浦源2和第二 LD泵浦源5與例I和例2對應相同；長干涉臂9和短干涉臂10均由SMF-28單模光纖和摻鐿光纖組成，二者的長度差也為ALt。
[0041]以下結合附圖簡要說明本發(fā)明所述光控調諧光纖梳狀濾波器的工作原理。
[0042]參見圖3,信號光從輸入端口輸入,經(jīng)過第一個3dB光纖稱合器I后,被分成兩路光分別在M-Z干涉儀型梳狀濾波器的兩個臂9和10上傳輸，因為在M-Z干涉儀型梳狀濾波器的兩個臂9和10上分別熔接了一段第一摻鐿光纖4和第二摻鐿光纖7,所以在泵浦摻鐿光纖時會使信號光產生非線性相移，在第一摻鐿光纖4末端與第二個3dB光纖耦合器8的一個入口處的光場E1可由下式(I)表不,在第二摻鐿光纖7末端與第二個3dB光纖稱合器8的另一個入口處的光場E2可由下式(2)表示，
[0043]E1 ^ ^ Ait cxp(i+ifiL + ~iYP,L)(I)
II




I
[0044]E2^ ,.4, cxp(/β' L2 + i pL + -1yP2L)(2)
[0045]上式(I)和(2)中，i表示虛數(shù)，Atl為輸入光場的幅度，β ?為光在常規(guī)單模光纖中的傳輸常數(shù)，A= Oll為常規(guī)單模光纖中基模傳輸?shù)挠行д凵渎?，β為光在摻鐿光
Λ


2.7Γ
纖中的傳輸常數(shù)，β =Τ? (η為摻鐿光纖中基模傳輸?shù)挠行д凵渎?，L1為長干涉臂9中
SMF-28單模光纖的長度，L2為短干涉臂10中SMF-28單模光纖的長度J1為第一 LD泵浦源2所提供的泵浦功率，P2為第二 LD泵浦源5所提供的泵浦功率，Y為第一摻鐿光纖4與第二摻鐿光纖7的非線性系數(shù)，L為第一摻鐿光纖4與第二摻鐿光纖7的長度。上述符號的物理意義下述公式(3)?(7)繼續(xù)延用。
[0046]由上式(I)和(2)可知，兩路光在第二個3dB光纖耦合器8中發(fā)生干涉后的光場E為:
[0047]E = 4) cxpC/'/^L, + iβL + γP\L) — i^ipL +^iyP.L)(3)
[0048]由上式(3)可以求出兩路光在第二個3dB光纖耦合器8中發(fā)生干涉后的光強度I為:
[0049]I ^ExE =^4 1- cos(/?,AL + \yr\L~\ 7r\L)(4)
[0050]式⑷中，E*為E的共軛，AL = L1-L20
[0051]那么，當兩個LD泵浦源2和5交替工作時，圖3所示的光控調諧光纖梳狀濾波器輸出函數(shù)為:
[0052]T =冬=S —備cos(/\AL ± 備/PL)(5)
J0 2 22
[0053]式(5)中，I。為輸入光強度；P表示Pi*P2，即當土為+時，PSP1，當土為-時，P 為 p2。
[0054]同理，上述實施例1所述的光控調諧光纖梳狀濾波器(見圖1)的輸出函數(shù)為:
[0055]? ==^-+^-Y^L)(6)
1O 1 11
[0056]式(6)中AL = ALt。
[0057]上述實施例2所述的光控調諧光纖梳狀濾波器(見圖2)的輸出端上端口的輸出函數(shù)為:
[0058]T2 = |cos(/?丨 Δ[—.圣;//μ)(I)
[0059]式(7)中AL = ALt。
[0060]由公式(5)?(7)可以看出，本發(fā)明所述光控調諧光纖梳狀濾波器的傳輸函數(shù)是一個與波長相關的梳狀光譜，其中的非線性相移或可用來調節(jié)梳狀濾波器的中心波長偏移。泵浦第一摻鐿光纖4時,波長往長波方向漂移,泵浦第二摻鐿光纖7時,波長往短波方向漂移?？梢?，只需簡單調節(jié)泵浦功率即可實現(xiàn)波長連續(xù)調諧，而且可讓波長往兩個方向各漂移半個通道寬度，從而達到在低泵浦功率的情況下實現(xiàn)覆蓋整個通道寬度的調諧。
[0061]例4(效果實驗)
[0062]一、泵浦功率與中心波長漂移寬度的研究
[0063]參見圖4，在圖3所示的光控調諧光纖梳狀濾波器的入口連接寬帶光源ASE，出口連接光譜儀0SA,設定輸入光源為C波段光源(1530nm_1560nm)并進行光譜檢測。摻鐿光纖長度為16cm。參見圖4，分別將第一 LD泵浦源2功率調至0mW、8.6mff和17.2mff時，光譜儀OSA輸出光譜如圖5所示；分別將第二 LD泵浦源5功率調至0mW、8.6mff和17.2mff時，光譜儀OSA輸出光譜如圖6所示。由圖5和圖6可見，圖3所示的光控調諧光纖梳狀濾波器的泵浦功率為17.2mff時，中心波長就可漂移到半個通道寬度。而且綜合這兩個方向的波長漂移就可以使濾波器在低泵浦功率的情況下實現(xiàn)覆蓋整個通道寬度的中心波長漂移。
[0064]二、調諧特性的研究
[0065]參見圖4，設定輸入光源為C波段光源(1530nm-1560nm)，然后，在泵浦功率為30mW內自零開始等分為8個量級分別設定第一 LD泵浦源2和第二 LD泵浦源5的功率，進而獲得不同功率下所對應的輸出光譜的中心波長偏移量，最后利用所獲得不同功率下所對應的輸出光譜的波長偏移量在直角坐標中繪制出光控調諧光纖梳狀濾波器的調諧特性如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可見，在O?30mW范圍內，泵浦功率與輸出光譜的中心波長偏移量呈線性變化。
[0066]三、穩(wěn)定性的研究
[0067]參見圖4,設定輸入光源為C波段光源(1530nm-1560nm),然后分別測量了第一 LD泵浦源2和第二 LD泵浦源5的功率為17.2mff時濾波器的穩(wěn)定性(功率波動和波長偏移)。測量時間間隔為5分鐘，一共測量了一個小時，根據(jù)測量的光譜記錄下其中兩個波長的功率和波長位置，最后獲得的功率和波長的穩(wěn)定性如圖9和圖10所不，左圖為功率波動曲線，右圖為波長偏移中心位置的曲線。由圖9和圖10可見，濾波器的功率波動在一小時內低于0.25dB，波長偏移低于0.02nm，具有較好的穩(wěn)定性。
【權利要求】
1.一種光控調諧光纖梳狀濾波器，它包括由兩只3dB光纖耦合器、一條長干涉臂和一條短干涉臂組成的M-Z干涉儀型梳狀濾波器，其特征在于， 所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂和短干涉臂至少有一條串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖，其中所述的雙波長波分復用器一個輸入口和輸出口串接在M-Z干涉儀型梳狀濾波器相應的干涉臂上，另一個輸入口上串接一 LD泵浦源。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光控調諧光纖梳狀濾波器，其特征在于，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂和短干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖，且串聯(lián)在長干涉臂上的摻鐿光纖和串聯(lián)在短干涉臂上的摻鐿光纖的長度相等。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種光控調諧光纖梳狀濾波器，其特征在于，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的長干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光控調諧光纖梳狀濾波器，其特征在于，所述的M-Z干涉儀型梳狀濾波器的短干涉臂上串聯(lián)有依次連接的雙波長波分復用器和摻鐿光纖。
5.根據(jù)權利要求1?4之一所述的一種光控調諧光纖梳狀濾波器，其特征在于，所述的LD泵浦源的波長為980nm。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種光控調諧光纖梳狀濾波器,其特征在于,所述的3dB光纖耦合器是I X 2或2 X 2的3dB光纖耦合器。
【文檔編號】G02B6/26GK104199139SQ201410406289
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】羅愛平, 羅智超, 徐文成 申請人:華南師范大學