[发明专利]一种基于空芯光子晶体光纤的光纤光栅器件

说明书

本发明提供了一种基于空芯光子晶体光纤的光纤光栅器件。其特征是：所述器件主要由一根空芯光子晶体光纤1构成；其中该光纤主要包含周期性分布的空气孔2、中空纤芯3以及环绕中空纤芯3的一层或多层微孔阵列4，通过加热的方式在微孔阵列4上制作周期性的微形变5，通过在时间和空间位置上控制绕着光纤中轴线(或平行于中轴线的其他偏轴线)的转动量和沿着光纤中轴线方向的平移量，就能制作出多种不同结构的周期性微形变，形成光纤光栅器件6，从而实现对空芯光子晶体光纤1传导光波的调制，实现光滤波功能。本发明可用于光通信、光滤波、光传感等领域，具有性能稳定，结构灵活等优点。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于空芯光子晶体光纤的光纤光栅器件，可用于光通信、光 滤波、光传感等，属于光纤技术领域。具有性能稳定，结构灵活等优点。

(二)背景技术

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤长度方向的折射率、形状、应力等参数 发生周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。短周期光纤光栅的原 理是：当一束宽光谱光经过光纤光栅时，将产生模式耦合，满足光纤光栅布拉格 条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。而长周期光栅的原 理是：当一束宽光谱光经过光纤光栅时，向前传输的纤芯模式与同向的各阶次的 高阶包层模式之间进行耦合，由于其对传导光场进行周期性调制，使基模和高阶 模在满足谐振条件的情况下发生能量转换，高阶模在传输一段距离之后被衰减掉， 形成损耗峰。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智 能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化 比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

基于空芯光子晶体光纤光栅的制备方法有很多。最常用的紫外曝光技术要求 在纤芯掺杂稀土元素以增强其光敏性，Jeremy Flannery等人基于这种技术提出了 两种空芯光子晶体光纤光栅的写入方法(Flannery,J.,et al.Optical Materials Express,2017,7(4),1198-1210)：一种是基于在纤芯内壁涂上光阻剂，另一种是在 光子晶体区域的一个或多个孔中填充紫外敏感环氧树脂，以周期性的紫外固化形 成光纤光栅。然而，这种方式需要在空芯光子晶体光纤内添加涂覆或填充树脂， 制作过程复杂，温度稳定性较差。S.Savin等人(Savin,S.,et al.Optics letters,2000, 25(10),710-712)提出了利用机械应力来制作长周期光纤光栅的方法，但这种方 法形成的光栅结构会随着长时间多次使用而发生改变，稳定性不好。N.Groothoff 等人(Groothoff,N.,et al.Optics Letters,2003,28(4),233-235)利用双光子吸收的 方法，在纯硅纤芯上写入光子晶体光纤短周期光栅，该法对写制环境要求较高。 发明专利(CN201410173103.8)提出了一种基于光子晶体光纤的膨胀型周期光纤 光栅及其制作方法，该方法通过在光子晶体光纤的包层空气孔上制作周期性的膨 胀结构来形成长周期光纤光栅，然而由于这种方式是针对整个包层进行膨胀，因此形变量较大，不能形成更加精细的光栅结构。

与现有技术相比，本发明通过设计空芯光子晶体光纤的结构，加入环绕中空 纤芯的微孔阵列，不需要在已制备好的光纤中进行涂覆或填充操作，光纤结构更 加稳定；可采用激光刻写的方式实现光纤光栅器件的刻写，在实际使用该光纤光 栅的过程中不易受外界环境影响，并且由于微孔在光纤长度上的形变量可以很小 (小于微孔大小量级)，可以写入具有更加精细空间结构的光栅；此外，由于微 孔的层数、孔径距比等参数对传导光场的影响非常显著，因此可根据这些参数设 计出多种不同的空芯光子晶体光纤，采取不同的激光刻写方式可刻写出多种类型 的光纤光栅器件，具有极大的灵活性。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空芯光子晶体光纤的光纤光栅器件及其制 备方法。

本发明的目的是这样实现的：