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，其特征在于通过在固芯光子晶体光纤包层空气孔中填充高折射率液体得到一种类双芯结构，在液体柱和石英纤芯区域构成两个波导，在满足折射率匹配耦合条件时能够实现从纤芯到液柱的光场能量耦合，进而在透射光谱中产生一系列的谐振峰。该装置可应用于多波段可调谐滤波、波分复用/解复用、多参量同时感测以及矢量传感等领域。与以往报道的基于液体填充的光子晶体光纤滤波器相比，本发明专利技术具有对外界参量的感测范围广、在多个波段同时存在具有不同温度和应力特性的谐振峰、良好的谐振波长线性调谐度等特点，并具有谐振波长调谐速率高、调谐范围宽、插入损耗低、实现方式简便、光谱稳定性高等优点。
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于光纤通信和光纤传感
，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。
技术介绍
光子晶体光纤(Photonics Crystal Fiber, PCF)又称微结构光纤(Microstructured Optical Fiber,M0F),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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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(Δ ^=^r^2=0, βρ @2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。本专利技术所使用的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。这种新型光纤结构的工作原理如下:基于全内反射原理，在光子晶体光纤纤芯中可同时传输LPtll基模和LP11高阶模，但与纤芯基模相比，纤芯LP11高阶模式的能量很弱，可以忽略，因此仅考虑纤芯基模的作用。由于填充液体的折射率远大于石英基底的折射率，即满足全内反射传输条件，因此在液体柱区域能够激起多个局域化包层模式。理论计算表明液柱区域存在包括UV、LPn、LP02, LP31和LP21等系列模式。比较光纤纤芯基模和液柱中的局域化包层模式的色散曲线可以发现，能够满足折射率匹配耦合条件的包层模式只有LPc^LP31和LP21模式，并且在三个波段理论上存在数个谐振耦合峰。由于来源于纤芯基模和不同高阶液柱模式之间的谐振耦合，这些谐振峰对温度、应力等参量具有不同的传感特性，利用这一特点可以实现基于类双芯光子晶体光纤的温度/应力调谐的光纤滤波器，也可将其应用于对温度、应力等外界参量的同时感测。实验研究结果表明在800nnTl400nm的波长范围内可以获得4个谐振耦合峰，且各谐振波长的位置及温度灵敏度与理`论计算符合。与已有报道的其它类型可调谐光纤滤波器相比，这种基于类双芯PCF的可调滤波器具有调谐速率快、调谐范围宽、插入损耗小、实现方式简便、稳定性高以及多波段滤波等优良特性。本专利技术的优点和有益效果: 该滤波器的波长调谐范围非常广，可达lOOnm，并随观测条件改善还可进一步提高；且调谐线性度很高，光谱稳定性好。能够实现基于温度、应力调谐的高灵敏度光学滤波和对温度、应力的外界参量的同时感测。【附图说明】图1为本专利技术中光子晶体光纤截面的结构示意图，其中黑色标注为选择性填充液体的空气微孔，即在光子晶体光纤次近邻空气孔包层中选择其中一个微孔进行填充。该光纤的结构参数为Λ =6.36微米，d=3.67微米。图2为理论计算得到的25.0°C时光纤纤芯和液柱区域各阶模式色散曲线以及液柱附近局域化包层模式的模场分布图。图3为本专利技术中选择性填充后的类双芯光子晶体光纤在25.0° C时的透射光谱图。图4为本专利技术中类双芯光子晶体光纤在不同温度下的光谱图，其中(a)是温度分别为25° C、30° C、35° C、40° C时的透射光谱图；(b)是各谐振峰波长随温度变化的线性拟合图。图5为本专利技术的类双芯光子晶体光纤在不同应力下的透射光谱图，(a)为光纤轴向应力分别为0.41376N、0.51176N、.0.60976N、0.70776N时的透射光谱图；(b)为各谐振峰波长随应力变化的线性拟合图。下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做进一步i兑明。_【具体实施方式】本专利技术通过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折射率为1.52的温敏液体，如Cargille Labs公司生产的标准折射率匹配液，实现类双芯光子晶体光纤结构；在满足折射率匹配耦合条件的情况下，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。与以往报道的基于液体填充的光子晶体光纤滤波器相比，本专利技术具有对外界参量的感测范围广、在多个波段同时存在具有不同温度和应力特性的谐振峰、良好的谐振波长线性调谐度等特点，并具有谐振波长调谐速率高、调谐范围宽、插入损耗低、实现方式简便、光谱稳定性高等优点。本专利技术所用光子晶体光纤包层由石英构成的基底材料上按六角对称形网格结构排列的空气孔形成，空气孔为圆形，直径在微米量级，光纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于通过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，实现类双芯光子晶体光纤结构；在满足折射率匹配耦合条件时，即Δβ=β1?β2=0，β1、β2分别为纤芯和液柱中模式的传输常数，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。
【技术特征摘要】
1.一种基于选择性填充的类双芯光子晶体光纤可调谐滤波器，其特征在于通过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，实现类双芯光子晶体光纤结构；在满足折射率匹配耦合条件时，即Λ ^=^r^2=0, β ρ β 2分别为纤芯和液柱中模式的传输常数，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。2.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其特征在于所使用的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...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，刘波，杨春雪，梁鹄，苗银萍，王志，刘艳格，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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