一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器制造技术

本发明专利技术属于纳米光纤带通滤波器技术领域，具体涉及一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器。目的是为了解决在现有光纤系统的带通滤波器主要是基于干涉、光栅、耦合等技术手段实现，存在带宽窄、应用波段固定、无法调谐且大多现有光纤带通滤波器无法在百纳米的范围实现带通滤波的作用的问题。本发明专利技术包括宽谱光源、纳米光纤、光谱仪和光纤针。本发明专利技术纳米光纤和光纤针采用普通光纤制作，成本低、加工难度也低；通过移动光纤针来改变其与纳米光纤的接触位置，从而实现对纳米光纤透射光谱的调节，而且光谱调节只需要两者相对位置变化，不受外界环境条件的影响，如温度、湿度等参数。

A Tunable Broadband Nano-Fiber Bandpass Filter

The invention belongs to the technical field of nano-optical fiber band-pass filter, in particular to a tunable nano-optical fiber band-pass filter with large bandwidth. The purpose of this paper is to solve the problem that the band-pass filters in existing optical fiber systems are mainly based on interference, grating, coupling and other technical means. They have narrow bandwidth, fixed application band, and can not be tuned. Most of the existing optical fiber band-pass filters can not achieve the function of band-pass filters in the range of 100 nanometers. The invention comprises a broad spectrum light source, a nanometer optical fiber, a spectrometer and an optical fiber needle. The nano-optical fiber and the optical fiber needle of the invention are made of ordinary optical fibers with low cost and low processing difficulty; the transmission spectrum of the nano-optical fiber can be adjusted by moving the optical fiber needle to change its contact position with the nano-optical fiber, and the spectral adjustment only needs the relative position change of the two, and is not affected by the external environmental conditions, such as temperature, humidity and other parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器
本专利技术属于纳米光纤带通滤波器
，具体涉及一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器。
技术介绍
光纤波导不仅在网络通信、医学治疗、光纤传感和众多关乎国计民生重要领域诸如半导体工业、航天、国防都有着广阔的应用，而且在半导体研究、表面科学、量子物理，光与物质相互作用等基础学科也有着重要的作用。而其中用于光纤系统的滤波器是将不同波长的光波中选出或滤除特定波长光波的光纤器件。光纤滤波器在光纤通信、光谱测试、光纤传感器、激光光学、原子光学和光纤激光器放大器等应用中具有重要的应用。阶跃型光纤波导一般情况是由高折射率的纤芯和低折射率的包层构成。激光被束缚在纤芯中传输，光纤包层对激光传输起到了很好的保护作用，激光无法受到外界影响。而相反当将光纤波导的直径通过微加工过程制做成光纤直径在微米以下的光纤，原有的光纤包层成为光传输通道，外部自由空间成为包层，这种光纤被称为纳米光纤。通常纳米光纤由普通光纤熔融拉伸而成，光纤沿其轴向逐渐变细直至直径达到波长量级，直径再逐渐增大过度到普通光纤，整体光纤呈现锥状，故称为锥形纳米光纤。由于纳米光纤直径接近或者小于光波长，其内部传输光在光纤表面形成倏逝场的能量不可忽略甚至所占比重更大，与此同时，倏逝场在光纤外部空间传输，与外界接触，所以此类结构可以与其他微纳结构耦合制作加工成为特定作用的光纤器件。在纳米光纤与微纳结构结合后，微纳结构可以直接与传输在纳米光纤表面的倏逝场接触，这样对倏逝场直接产生影响从而改变纳米光纤的传输特性，构成特定的光纤器件。在现有光纤系统的带通滤波器主要是基于干涉、光栅、耦合等技术手段实现，存在带宽窄、应用波段固定、无法调谐的问题。大多现有光纤带通滤波器无法在百纳米的范围实现带通滤波的作用，如果同时可以进行波段调谐就更加困难。另外基于干涉、光栅、耦合等技术手段的带通滤波器在加工、耦合器件、调节使用等方面存在成本高、加工复杂等问题。因此亟需一种可调谐大宽带光纤带通滤波器。而本申请基于纳米光纤为基本器件提供一种可调谐大宽带的纳米光纤带通滤波器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，解决现有光纤带通滤波器无法应用于带宽高于百纳米、带宽应用范围固定无法调谐的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，包括宽谱光源、纳米光纤、光谱仪和光纤针，所述宽谱光源与纳米光纤的输入端连接，所述纳米光纤的输出端与光谱仪的输入端连接，用来测量纳米光纤输出的透射光谱，所述光纤针的尖端设置在纳米光纤的表面且可以沿纳米光纤的表面移动，用来对带通滤波器的带宽进行大范围调节。纳米光纤和光纤针采用普通光纤制作，成本低、加工难度也低；通过移动光纤针来改变其与纳米光纤的接触位置，从而实现对纳米光纤透射光谱的调节，而且光谱调节只需要两者相对位置变化，不受外界环境条件的影响，如温度、湿度等参数。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述纳米光纤为锥形纳米光纤，其直径从输入端到锥腰沿着轴向逐渐减小直至小于1微米，从锥腰到输出端沿着轴向逐渐增大到正常直径。纳米光纤由普通单模光纤熔融拉伸而成，纳米光纤两端直接与锥形光纤连接并过渡到普通光纤，且光可由普通光纤直接输入纳米光纤，再由普通光纤输出，次结构可以与其他光纤器件直接连接使用。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述光纤针的尖端为半球形。光纤针的尖端做成半球形，这样半球形尖端与纳米光纤接触时为点接触，接触面积小，不易对纳米光纤造成损伤，另外光纤针加工过程中利用光纤材料二氧化硅的本身的表面张力可以很容易获得半球形尖端，因此加工难度低。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述光纤针半球形尖端直径为52微米。当光纤针直径大于50微米时，光纤光谱的性质不受光纤针直径的影响，同时直径较大的光纤针加工相对于直径小的加工难度低。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述宽谱光源为卤钨灯。卤钨灯价格便宜，光谱范围大。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器的制备方法，包括以下步骤：1)采用二氧化硅材质的单模裸光纤加工光纤针使其尖端为半球形，加工纳米光纤；2)将光纤针半球形尖端接触纳米光纤表面；3)将宽谱光源输出光耦合进入纳米光纤；4)将纳米光纤输出端与光谱仪连接，测量纳米光纤输出的透射光谱；5)调整光纤针与纳米光纤接触的位置，接触位置沿着纳米光纤轴向定位为0.5、1.0、1.75、3.0、3.5毫米，来调节此带通滤波器的带宽和中心波长等光谱参数。光纤针接触位置沿着纳米光纤轴向定位为0.5、1.0、1.75、3.0、3.5毫米，这几个位置由纳米光纤的形状所决定，不同位置对应纳米光纤不同直径，当光纤针接触不同直径的纳米光纤时，会得到不同的透射光谱。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤1)中光纤针的加工过程为：1)将芯径为5.6微米二氧化硅材质的单模裸光纤两端固定在两个背向运动的平移台上，两个固定点中心位置的光纤放置在二氧化碳激光器光束聚焦焦点处；2)激光加热裸光纤并拉伸裸光纤；3)关闭激光，利用光纤切割刀将拉细后的光纤切断；4)将二氧化碳激光器的激光聚焦至断面处形成半球形尖端光纤针，使光纤针的半球形尖端直径为52微米。利用二氧化碳激光器加工光纤针，二氧化碳激光波长为10.6微米，光纤材料二氧化碳对其吸收剧烈，因此可以集聚大量热量使得光纤熔融并利用二氧化碳自身张力形成半球形光纤针，此技术加工难度低、容易控制、清洁不对光纤器件产生污染。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤1)中纳米光纤是由芯径为5.6微米、波长850nm光适用的单模光纤利用氢氧混合气体产生的高温火焰熔融拉伸得到。利用氢氧混合气体产生的高温火焰熔融拉伸获得纳米光纤，氢氧混合气体产生的高温火焰温度高，可以充分熔融光纤，同时氢氧混合气体产生的高温火焰可以利用平移台移动以控制加热长度，更加容易获得特定形状的纳米光纤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术纳米光纤和光纤针采用普通光纤制作，成本低、加工难度也低；通过移动光纤针来改变其与纳米光纤的接触位置，从而实现对纳米光纤透射光谱的调节，而且光谱调节只需要两者相对位置变化，不受外界环境条件的影响，如温度、湿度等参数。2、本专利技术所述纳米光纤为锥形纳米光纤，其直径从输入端到锥腰沿着轴向逐渐减小直至小于1微米，从锥腰到输出端沿着轴向逐渐增大到正常直径，做成这样不仅可以使锥形纳米光纤在不同直径处表面的倏逝场强度不同，也可以使尖端为半球形的光纤针与锥形纳米光纤接触时，在不同波长的传输光造成的损耗不同，因此其输出的光谱也会发生变化。3、本专利技术纳米光纤由普通单模光纤熔融拉伸而成，纳米光纤两端直接与锥形光纤连接并过渡到普通光纤，且光可由普通光纤直接输入纳米光纤，再由普通光纤输出，次结构可以与其他光纤器件直接连接使用。4、本专利技术光纤针的尖端做成半球形，这样半球形尖端与纳米光纤接触时为点接触，接触面积小，不易对纳米光纤造成损伤，另外光纤针加工过程中利用光纤材料二氧化硅的本身的表面张力可以很容易获得半球形尖端，因此加工难度低。5、本专利技术光纤针直径大于50微米，光纤光谱的性质不受光纤针直径的影响，同时直径较大的光纤针加工相对于直径小的加工难度低。6、本专利技术所述宽谱光源为卤钨灯，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：包括宽谱光源(1)、纳米光纤(2)、光谱仪(3)和光纤针(4)，所述宽谱光源(1)与纳米光纤(2)的输入端连接，所述纳米光纤(2)的输出端与光谱仪(3)的输入端连接，用来测量纳米光纤(2)输出的透射光谱，所述光纤针(4)的尖端设置在纳米光纤(2)的表面且可以沿纳米光纤(2)的表面移动，用来对带通滤波器的带宽进行大范围调节。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：包括宽谱光源(1)、纳米光纤(2)、光谱仪(3)和光纤针(4)，所述宽谱光源(1)与纳米光纤(2)的输入端连接，所述纳米光纤(2)的输出端与光谱仪(3)的输入端连接，用来测量纳米光纤(2)输出的透射光谱，所述光纤针(4)的尖端设置在纳米光纤(2)的表面且可以沿纳米光纤(2)的表面移动，用来对带通滤波器的带宽进行大范围调节。2.根据权利要求1所述的一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：所述纳米光纤(2)为锥形纳米光纤，其直径从输入端到锥腰沿着轴向逐渐减小直至小于1微米，从锥腰到输出端沿着轴向逐渐增大到正常直径。3.根据权利要求2所述的一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：所述光纤针(4)的尖端为半球形。4.根据权利要求3所述的一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：所述光纤针(4)半球形尖端直径为52微米。5.根据权利要求4所述的一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器，其特征在于：所述宽谱光源(1)为卤钨灯。6.一种制备权利要求1-5任一项所述可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)采用二氧化硅材质的单模裸光纤加工光纤针(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏飞，李刚，张天才，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14