[发明专利]一种基于光纤光栅自啁啾效应实现带宽调谐的滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带宽可调谐滤波器，属于光纤滤波器领域，特别涉及一种基于光纤光栅自啁啾效应实现带宽调谐的滤波器。

背景技术

光纤光栅因其优异的选频特性以及容易实现全光纤网络，在光纤通信领域得到广泛的应用。由于外界环境的温度和应变均会引起光纤光栅中心波长的漂移，因此，光纤光栅可作为波长可调谐滤波器应用在光纤通信与传感网络中。此外，通过在光纤光栅的栅区建立应变或温度梯度场，也可以实现对光纤光栅的带宽调谐，即可得到带宽可调谐滤波器，且带宽的调谐范围与应变或温度场的梯度成正比。利用折射率调制周期或调制深度不均匀的啁啾光纤光栅，通过啁啾率调谐，同样可以实现带宽的可调滤波，但是啁啾光纤光栅比均匀光纤光栅的制作工艺要复杂得多。目前，已经有许多相关的利用光纤光栅啁啾化实现带宽可调谐滤波器，这些滤波器应用了力学、电磁学、热学等方法，其中包括多种梁型结构，为了产生梯度应变分布，通常需要制作成特殊的梁型结构，因此其制作工艺相对较复杂；还有在光纤光栅外镀上不等厚的金属薄膜，通过改变金属薄膜的电流使得光纤光栅产生啁啾现象，其镀膜工艺本身就比较复杂，成本较高，且在带宽调谐的同时中心波长也会发生改变；采用步进电机驱动两端固定压杆的啁啾光纤光栅带宽调谐，若要获得高精度的带宽调谐，需采用高精度的步进电机驱动，其价格比较昂贵。因此，采用以上各种结构制成的光纤光栅带宽调谐滤波器，有些制作工艺要求较高，有些操作复杂或成本较高，或者在带宽调谐的同时中心波长也会发生改变，从而限制了其实际应用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种基于光纤光栅自啁啾效应实现带宽调谐的滤波器，通过改变作用在聚合物上的压力，引起光纤光栅产生啁啾效应，从而达到光纤光栅反射谱带宽可调谐的目的，最终实现一种中心波长不变的带宽可调谐滤波器。

本发明的思想在于：将光纤光栅封装在聚合物的中心轴线上，聚合物侧面与两段金属套筒紧密连接，外界均匀分布的压力作用于聚合物和金属套筒，由于聚合物部分受限于金属套筒，因此沿光纤光栅轴向会产生梯度应变，且应变值大小由中心向两边递减，从而使得光纤光栅反射光谱产生啁啾现象和带宽的展宽。当光纤光栅的栅区部分中点封装在零应变处时，光纤光栅反射光谱的中心波长不变，带宽随着压力的增加而展宽。

技术方案

一种基于光纤光栅自啁啾效应实现带宽调谐的滤波器，其特征在于：包括光纤光栅1、聚合物2、两段金属套筒3和金属软管4；光纤光栅1同轴穿入两段金属套筒3之中，光纤光栅1与两段金属套筒3之间填充聚合物2，光纤光栅1两端与聚合物2衔接的界面套装用于保护光纤光栅尾纤的金属软管4；所述两段金属套筒3的内径为16～20mm，长度为15mm，相距10mm。

所述的光纤光栅的栅区距聚合物一端的端面10～20mm。

所述的光纤光栅采用两个相互串联的光纤光栅，两光纤光栅的栅区分别距聚合物的不同端面10～20mm。两光纤光栅的中心反射波长间隔大于每个光纤光栅的最大带宽展宽量。

在两段金属套筒3的中间加入一段金属套筒，与两端金属套筒相距10mm；光纤光栅采用4个相互串联的光纤光栅，两端的光纤光栅的栅区分别距聚合物的不同端面10～20mm，中间两根光纤光栅栅区部分与对应两端的光纤光栅栅区相连。每两根光纤光栅之间的中心反射波长间隔大于每个光纤光栅的最大带宽展宽量。

所述光纤光栅为折射率调制周期均匀的光纤布拉格光栅，其栅区长度为10mm，反射率大于90％。

有益效果

本发明提出的一种基于光纤光栅自啁啾效应实现带宽调谐的滤波器，当外界环境温度一定时，随着压力的增加仅会引起光纤光栅反射谱带宽的展宽，而中心波长不会发生变化，提高了滤波的稳定性和精确性。采用两个中心波长不同的光纤光栅封装在聚合物中，可实现在相同压力的作用下产生双波长通道的带宽可调谐滤波器。同时，容易将该结构扩展到聚合物受限于相距恒定距离的多段相同金属套筒中，并且选择中心波长相距一定值的光纤光栅封装在聚合物中，从而实现多波长通道的带宽可调谐滤波器或梳状滤波器。此外，该滤波器具有带宽调谐范围大，结构简单小巧，易于系统集成等优点，可广泛应用于光纤通信和光纤传感系统中。

附图说明

图1是基于单光纤光栅的带宽可调谐滤波器结构剖面示意图。

图2是采用有限元方法模拟仿真基于图1中滤波器结构，封装聚合物在外界均匀分布压力作用下的中心轴向应变分布曲线，光纤光栅处于a点和b点之间应变区域。