基于微纳光纤多环谐振器的周期性通带滤波器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微纳光纤多环谐振器，包括第一、第二微纳光纤，第一微纳光纤包括第一锥形末端、第一拉锥区直线段、谐振环、马赫‑曾德干涉、第二拉锥区直线段，第二微纳光纤包括第二锥形末端、第三拉锥区直线段，第一、第二微纳光纤并排设置，第一锥形末端和第一拉锥区直线段相连接，第二锥形末端和第三拉锥区直线段相连接，第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段平行设置，第二拉锥区直线段和第三拉锥区直线段顺向耦合，第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段通过谐振环和马赫‑曾德干涉相连接。还公开了其制作方法及基于此的周期性通带滤波器的制作方法。本发明专利技术具有结构简单、易于制备、成本低廉等优点，可作为通带噪声滤波器应用于光通信系统中。

【技术实现步骤摘要】
基于微纳光纤多环谐振器的周期性通带滤波器及制作方法
本专利技术涉及光纤通信
，尤其涉及一种基于微纳光纤多环谐振器的周期性通带滤波器及制作方法。
技术介绍
光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用。笼统地讲，凡是能够选择光频的技术，原则上都可用于制造光滤波器。光滤波器与电域的滤波器十分相似，按照选频特性也可以分为带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器及高通滤波器。光滤波器的类型按照原理可以分为两大类。第一类是利用相干光干涉的原理实现滤波，如利用熔锥光纤的声光、电光或磁光效应等各种模式耦合的模式耦合滤波器；在玻璃衬底上镀多层电介质薄膜，通过控制沉积在衬底上薄膜的层数制成的各种多层介质膜滤波器；法布里-珀罗滤波器由平行放置的两块镀有多层介质膜或金属膜的平行板组成，可提高端面的反射率，平行板的间隔亦可改变；马赫-曾德干涉滤波器通过分裂输入光束以及在一条通路上引入一个相移，重组的信号将在一个输出端产生相长干涉，而在另一个输出端产生相消干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。第二类是利用光的衍射实现的光滤波器，传统光栅利用入射光入射到光栅表面时，不同波长的光衍射角不同，从而实现滤波应用，这种类型的滤波技术比较成熟，在光信息处理、可调谐激光器等诸多领域得到广泛应用；光纤光栅滤波器是一种无光源器件，利用光纤材料的热敏性，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期变化，从而实现滤波功能。按照是否可调谐也分为两大类，固定滤波器允许一个固定的、预先确定的波长通过，而可调谐滤波器可动态地选择波长。全光通信网络以光纤作为基本传输介质，在节点处采用光交换，即数据从源节点到目的节点的传输过程始终在光域内。这样的全光通信网络具有优良的品质：通信频带宽、误码率低、协议透明度高、线路可靠性强。光滤波器是光纤通信及光网络中最基础也是最重要的元器件之一，不仅用量大且应用范围广泛。因此，光滤波器是光无源器件的一个重要领域，其技术水平、产量大小及价格对光网络的发展产生直接影响。微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的波导，由物理拉伸方法制得，具有表面光滑、直径均匀性好、机械性能高、强光场约束、强倏逝场、表面场增强效应及反常波导色散等特性，在光通信、激光、传感检测、非线性光学、量子光学等领域具有重要的应用前景。由于微纳光纤的直径通常接近或小于传输的光波长，而且纤芯包层折射率差很大，具有下列新颖的光学传输特性：第一，微纳光纤具有强光场约束能力，在低阈值非线性效应及低功耗光子器件等方面得到了广泛关注和研究。同时，强光场约束使得微纳光纤具有微米量级的低损耗弯曲半径，在器件小型化及高密度、短距离光互联等方面具有潜在优势。此外，亚波长尺度上的强光场约束能够显著改变微纳光纤表面的光子态密度，调控光纤表面发光原子等的自发辐射几率或量子状态。第二，微纳光纤的超低表面粗糙度使其可以支持大比例（比如>90%）倏逝场的低损耗传输，有利于增强微纳光纤与其他结构的光学近场耦合，并提高微纳光纤传感器的灵敏度。同时，强约束的强倏逝场能在微纳光纤表面形成大梯度的空间光场，产生较大的光学梯度力，用于操控冷原子或纳米颗粒。在单模条件附近，微纳光纤芯内外能量比例随直径和波长变化剧烈，为大范围调控波导群速度、波导色散及光脉冲传输特性提供了可能。第三，由于微纳光纤的质量很小，传输光的动量变化就有可能引起光纤明显的机械状态变化，可用于灵敏检测其中传输光子的动量变化，以及实现高效的光子和声子耦合或转换。对于微纳光波导而言，表面光滑度和几何结构的均匀度直接影响其传输损耗，因而其制备方法非常重要。相比于光刻、电子束刻蚀、化学生长及纳米压印等方法，利用火焰、激光或电加热拉伸玻璃光纤制得的微纳光纤的表面光滑度和结构均匀度在所有微纳波导中是最好的（比如，典型的石英玻璃微纳光纤的表面粗糙度低达0.2nm量级），因而微纳光纤的传输损耗在所有同等直径或线宽的光波导中是最低的，机械强度（比如抗张强度、弯曲性能等）也很高。利用微纳光纤操作简单、倏逝波耦合等特性，目前研究者们成功研制出多种基于微纳光纤的谐振腔。根据谐振腔结构大致可分为三类：圈型谐振腔、环型谐振腔和卷型谐振腔。由于圈型结构耦合区是通过相互作用力来保持，容易受到外界环境干扰，结构不够稳定，Tong等人通过将微纳光纤相互缠绕，增加微纳光纤间的摩擦力，形成结构更为稳定的环型谐振腔。Jiang等人所制作的环型谐振腔的品质因子（Q-factor）可达10000以上。环型谐振腔可通过拉拽微纳光纤的一端来改变谐振腔的大小，而且谐振腔可以在低折射率衬底表面或者液体中稳定工作。Jiang等人用环型谐振腔实现了稀土掺杂的微型激光器，实验中使用975nm波长激光作为泵浦光，当最大泵浦功率为12.8mW时，最大输出功率约为8μW。此后他又实现了基于倏逝波增益的微纳光纤环型染料激光器。近期，肖尧等人在光学显微镜下将单根CdS纳米线折叠成微环反射镜，形成耦合的复合谐振腔结构，并通过游标效应选模，实现其稳定的低阈值单模激光输出。目前，环型谐振腔已经得到了飞速的发展，单个的环型谐振腔已应用于温度传感、湿度传感、激光器、通信系统等方方面面，比较复杂的多环型谐振腔也逐渐出现并正在研究中。不同结构的多环型谐振腔的特性与单个的环型谐振腔大有不同，是值得深入探索的研究方向。2011年张振宇等人利用单个的环型谐振腔对马赫-曾德干涉型滤波器的滤波特性进行了改善，然而这种方法涉及到的结构复杂，成本也高。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于微纳光纤多环谐振器的周期性通带滤波器及制作方法，多环型谐振腔具有结构简单、易于制备、成本低廉等优点，并研究了其结构特性与输出光谱之间的关系，可以作为通带噪声滤波器使用，并应用于光通信系统中。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、易于制备、成本低廉的通带噪声滤波器应用于光通信系统中。为实现上述目的，本专利技术提供了一种微纳光纤多环谐振器，包括第一微纳光纤和第二微纳光纤，所述第一微纳光纤包括第一锥形末端、第一拉锥区直线段、谐振环、马赫-曾德干涉、第二拉锥区直线段，所述第二微纳光纤包括第二锥形末端、第三拉锥区直线段，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤并排设置，所述第一锥形末端和第一拉锥区直线段相连接，所述第二锥形末端和第三拉锥区直线段相连接，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段平行设置，所述第二拉锥区直线段和第三拉锥区直线段顺向耦合，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段通过所述谐振环和马赫-曾德干涉相连接。进一步地，所述谐振环包括依次绕成的第一环和第二环，所述第一环的直径小于所述第二环的直径。进一步地，所述马赫-曾德干涉为弯曲光纤结构，所述谐振环和马赫-曾德干涉位于同一平面，由内向外相连接。本专利技术还提供了一种微纳光纤多环谐振器的制作方法，所述微纳光纤多环谐振器的制作方法包括以下步骤：步骤1、将单模光纤加热至熔融状态并拉制成第一微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳光纤多环谐振器，其特征在于，包括第一微纳光纤和第二微纳光纤，所述第一微纳光纤包括第一锥形末端、第一拉锥区直线段、谐振环、马赫-曾德干涉、第二拉锥区直线段，所述第二微纳光纤包括第二锥形末端、第三拉锥区直线段，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤并排设置，所述第一锥形末端和第一拉锥区直线段相连接，所述第二锥形末端和第三拉锥区直线段相连接，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段平行设置，所述第二拉锥区直线段和第三拉锥区直线段顺向耦合，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段通过所述谐振环和马赫-曾德干涉相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种微纳光纤多环谐振器，其特征在于，包括第一微纳光纤和第二微纳光纤，所述第一微纳光纤包括第一锥形末端、第一拉锥区直线段、谐振环、马赫-曾德干涉、第二拉锥区直线段，所述第二微纳光纤包括第二锥形末端、第三拉锥区直线段，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤并排设置，所述第一锥形末端和第一拉锥区直线段相连接，所述第二锥形末端和第三拉锥区直线段相连接，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段平行设置，所述第二拉锥区直线段和第三拉锥区直线段顺向耦合，所述第一拉锥区直线段和第二拉锥区直线段通过所述谐振环和马赫-曾德干涉相连接。


2.如权利要求1所述的微纳光纤多环谐振器，其特征在于，所述谐振环包括依次绕成的第一环和第二环，所述第一环的直径小于所述第二环的直径。


3.如权利要求1所述的微纳光纤多环谐振器，其特征在于，所述马赫-曾德干涉为弯曲光纤结构，所述谐振环和马赫-曾德干涉位于同一平面，由内向外相连接。


4.如权利要求1所述的微纳光纤多环谐振器的制作方法，其特征在于，所述微纳光纤多环谐振器的制作方法包括以下步骤：
步骤1、将单模光纤加热至熔融状态并拉制成第一微纳光纤和第二微纳光纤；
步骤2、将所述第一微纳光纤一端固定并在拉锥的末端剪断，将拉锥部分连续缠绕两次，形成一个大环套小环的谐振环；
步骤3、将所述第一微纳光纤另一端沿其轴逆时针旋转180度，以确保所述第一微纳光纤保持直的形状没有交叉；
步骤4、将所述第一微纳光纤的拉锥末端一侧部分移动朝向锥形末端，以使锥形部分由于内部应力而相交；
步骤5、将所述谐振环两侧的拉锥部分相对彼此方向移动，以使所述第一微纳光纤形成两个回路；
步骤6、引导包含所述谐振环的回...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，易雅婷，
申请(专利权)人：苏州凯文堡尼光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32