[发明专利]一种基于选择性填充的类双芯光子晶体光纤可调谐滤波器

说明书

技术领域

 本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域，涉及光子晶体光纤的选择性填充，得到一类双芯光子晶体光纤可调谐滤波器。该滤波器的主要特点在于工作波长范围广、波长调谐速快、调谐手段简便易行，此外该结构在波分复用/解复用、多参量同时感测以及光纤矢量传感等领域也具有很好的潜在应用价值。

背景技术

光子晶体光纤（Photonics Crystal Fiber，PCF）又称微结构光纤（Microstructured Optical Fiber，MOF），是基于光子晶体理论提出的一类新型光纤。由于其光纤截面存在周期性的空气微孔，与传统光纤相比，其结构设计更为灵活，且具有传统光纤无法比拟的无截止单模传输、大模场尺寸/小模场尺寸、高非线性以及色散可控等一系列新奇的光学特性，近年来成为光纤光学领域的研究热点，极大地促进了光纤通信和光纤传感领域的发展和进步。

光子晶体光纤根据其导光机理可分为两类：折射率引导型和光子带隙引导型。折射率引导型是纤芯折射率大于包层折射率的一类光纤，其传导机制类似于传统光纤，是由全内反射形成波导，被广泛应用于色散控制 、非线性光学、多芯光纤 、有源光纤器件和光纤传感等领域。光子带隙引导型是利用光子带隙效应把光场束缚在比包层折射率低的纤芯内传播的一类光纤，可用于高功率导光等。本发明中使用的光子晶体光纤属于上述第一类光纤，即折射率引导型光纤，其光场能量能被很好地限制在光纤纤芯中传播。通过对其次近邻包层中的一个空气微孔进行选择性填充高折射率液体，不会改变光在纤芯中的传输方式，此外由于液体折射率远高于光纤基底折射率，因此液体柱也能形成一个光学波导，且同样具有折射率引导型的导光机制，因此通过上述选择性填充过程固芯光子晶体光纤会转变为同时具有固芯和液芯的类双芯光子晶体光纤，其与常规的双芯光子晶体光纤传导特性的不同之处在于由于液体对光的吸收作用，在满足折射率匹配耦合条件下其透射光谱会在多个波段同时出现耦合谐振峰。

随着光纤通信技术和光纤传感技术的迅速发展，波分复用（WDM）技术被广泛使用，而光纤滤波器是波分复用系统中的关键器件之一。在光纤传感网络中，可调谐滤波器可用于WDM的解复用和信号解调等，具有极其重要的作用，此外可调谐滤波器还可用于半导体激光器或光纤激光器中的腔反射镜和窄带滤波、光放大器中的噪声抑制、波长选择器、波长转换器以及色散补偿器等，近年来可调谐光纤滤波器一直是光纤光学领域的研究热点之一，如声、光、电致可调谐滤波器等。目前为止已报道的可调谐光纤滤波器普遍存在波长调谐速率较慢、调谐范围窄、调谐线性度较差等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有可调谐光纤滤波器普遍存在波长调谐速率较慢、调谐范围窄、调谐线性度较差等问题，提供一种基于选择性填充的类双芯光子晶体光纤可调谐滤波器，通过控制光纤的环境温度和施加于光纤上的应力可实现调谐滤波功能。该滤波器可在多波段同时工作，具有波长调谐速率高、调谐范围广以及光谱稳定性高等优点，可用于对温度、应力等参量的同时感测。

本发明提供的基于选择性填充的类双芯光子晶体光纤可调谐滤波器的实现手段是，对固芯光子晶体光纤（PCF）次近邻包层的一个空气微孔选择性填充高折射率液体，形成兼具液体柱和石英柱波导的类双芯光子晶体光纤结构；在满足折射率匹配耦合条件（Δβ=β₁-β₂=0，β₁、β₂分别为纤芯和液柱中模式的传输常数）的情况下，这种光纤在多个波段同时具有多组不同温度、应力特性的谐振峰，能够实现基于温度或应变调谐的可调谐滤波，也能够应用于对温度、应力等外界参量的同时感测。

本发明所使用的PCF基底材料为纯石英，包层空气孔形状为圆形，直径为3.67微米，相邻空气孔的间距为6.36微米，且按六角形网格状排列；纤芯位于六角形网格的结点处，同时位于所述PCF截面的几何中心区域。