光纤器件、制造方法及光纤内声致马赫曾德干涉仪技术

本发明专利技术公开了光纤器件、制造方法及光纤内声致马赫曾德干涉仪，光纤器件包括：单模光纤以及形成于单模光纤一段区域上的三明治结构，三明治结构用于产生声光效应；三明治结构包括与单模光纤同轴的第一声光作用区、第二声光作用区和干涉臂区，干涉臂区位于第一声光作用区和第二声光作用区之间；第一声光作用区与第二声光作用区的直径相等，第一声光作用区的直径小于单模光纤中包层的直径且大于单模光纤中纤芯的直径；干涉臂区的直径小于第一锥区的直径且大于单模光纤中纤芯的直径。实现使光纤内声致马赫曾德干涉仪的结构紧凑、调谐快速、性能稳定、易于制备并降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】
光纤器件、制造方法及光纤内声致马赫曾德干涉仪
本专利技术涉及光信息处理领域，更具体地，涉及一种光纤器件、制造方法及光纤内声致马赫曾德干涉仪。
技术介绍
由于其与光纤系统极好的兼容性，良好的环境适应能力，低插损和多通道滤波特性，全光纤马赫曾德干涉仪已经被广泛应用到湿度、温度、应变、溶液浓度等传感和通信领域。与双臂独立型全光纤马赫曾德干涉仪相比，紧凑的同轴单根光纤式马赫曾德干涉仪更加受到研究者们的关注。到目前为止，多种方法已经被用来构建全光纤同轴马赫曾德干涉仪，包括模场失配熔接技术、由飞秒激光制备的倾斜光束分束法，级联光栅长度相等的或者不匹配的长周期光纤光栅，接入特种光纤的方法，基于微纳结构结合光纤内空气腔等。其中，光纤横向错位焊接技术不仅费时并且重复性较差，插损大。基于飞秒激光写入法构建的光纤内倾斜分束法光学器件都是分离的元件，这就要求精确的光路对准及较高的机械稳定性。基于级联长周期光纤光栅对具有较高的模式耦合效率，但是，制备一对相同的长周期光纤光栅通常是具有挑战性的。级联非对称长度的长周期光纤光栅对，可以部分消除上述对称长周期光纤光栅对制备上的难题，但是，基于温度、应力或手动偏振的改变带来的梳状滤波谱的调谐性，很难满足光谱快速响应的要求，特别是难以满足在光通信领域快速路由的需求。考虑到声光效应具有快速调谐和宽的光谱响应范围的特征，基于声光作用在光纤中构建全光纤同轴马赫曾德干涉仪在近年来越来越引起人们的关注。一些好的想法被相继提出，包括声光可调谐滤波器和锥形熔融光纤的平行贴合，两段由刻蚀或者高温熔锥技术制备的凸形三明治结构等。尽管凸形三明治样品响应时间缩短到了370μs，但仍然显现出制备工艺上的繁琐，结构上的脆弱和尺寸上的庞大的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种光纤器件、制造方法及光纤内声致马赫曾德干涉仪，使光纤内声致马赫曾德干涉仪的结构紧凑、调谐快速、性能稳定、易于制备，降低了制造成本，由于其中心直径更小，质量更轻，其具有更加牢固耐用的特点。第一方面，本专利技术提出了一种应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件，包括：单模光纤以及形成于所述单模光纤一段区域上的三明治结构；所述三明治结构包括与所述单模光纤同轴的第一声光作用区、第二声光作用区和干涉臂区，所述干涉臂区位于所述第一声光作用区和所述第二声光作用区之间；所述第一声光作用区与所述第二声光作用区的直径相等，所述第一声光作用区的直径小于所述单模光纤中包层的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；所述干涉臂区的直径小于所述第一声光作用区的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；所述第一声光作用区的一端与所述单模光纤之间形成第一锥形过渡区，所述第一声光作用区的另一端与所述干涉臂区的一端之间形成第二锥形过渡区，所述干涉臂区的另一端与所述第二声光作用区的一端之间形成第三锥形过渡区，所述第二声光作用区的另一端与所述单模光纤之间形成第四锥形过渡区。第二方面，本专利技术提出一种第一方面所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，包括：提供单模光纤，将所述单模光纤上一段预设区域的涂覆层去除，作为所述三明治结构的制备段；通过刻蚀液刻蚀所述制备段，使所述制备段的直径减小至第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；再次通过所述刻蚀液刻蚀所述制备段的中间区域，使所述中间区域的直径减小至第二预设直径，所述第二预设直径小于所述第一预设直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；刻蚀完成后，所述制备段中直径为所述第二预设直径的部分为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一直径的区域分别为所述第一声光作用区和所述第二声光作用区。第三方面，本专利技术提出第二种第一方面所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，包括：提供单模光纤，将所述单模光纤上一段预设区域的涂覆层去除，作为所述三明治结构的制备段；通过刻蚀液刻蚀所述制备段，使所述制备段的直径减小至第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；通过氢氧焰高温熔融拉锥法将所述光纤制备段的中间区域拉制为双锥结构，所述双锥结构中间直径均匀区域的直径为第二预设直径，所述第二预设直径小于所述第一预设直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；所述制备段中直径为所述第二预设直径的区域为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一预设直径的区域分别为所述第一声光作用区和所述第二声光作用区。第四方面，本专利技术提出另一种第一方面所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，包括：提供单模光纤，通过氢氧焰高温熔融拉锥法将所述单模光纤上的预设区域拉制为第一双锥结构，所述第一双锥结构中间直径均匀区域的直径为第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；再次通过氢氧焰高温熔融拉锥法将所述第一双锥结构的中间区域拉制为第二双锥结构，所述第二双锥结构中间直径均匀区域的直径为第二预设直径，所述第二预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；拉制完成后，直径为所述第二预设直径的区域为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一直径的区域分别为所述第一声光作用区和所述第二声光作用区。第五方面，本专利技术提出第三种第一方面所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，包括：提供单模光纤，通过氢氧焰高温熔融拉锥法在所述单模光纤上的预设区域内拉制出第一双锥结构和第二双锥结构，其中，所述第一双锥结构和所述第二双锥结构之间设有间隔区域，所述第一双锥结构和所述第二双锥结构中直径均匀区域的长度相同且及直径均为第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；通过刻蚀液刻蚀所述间隔区域，使所述间隔区域形成直径减小并形成第三双锥结构，所述第三双锥结构中间直径均匀区域的直径为第二预设直径，所述第二预设直径小于所述第一预设直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；刻蚀完成后，直径为所述第二预设直径的区域为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一预设直径的区域分别为所述第一声光作用区和所述第二声光作用区。第六方面，本专利技术还提出一种光纤内声致马赫曾德干涉仪，包括第一方面所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件通过在单模光纤上形成第一声光作用区、干涉臂区和第二声光作用区，其中第一声光作用区与第二声光作用区的直径相等并且干涉臂区直径小于第一声光作用区和第二声光作用区的直径，形成了独特的同轴凹型三明治结构，与现有均匀直径分布的类三明治结构的马赫曾德全光纤器件相比，不再需要引入光纤布拉格光栅，降低了成本，并且得到的结构，仍然具有结构紧凑的特征，与基于凸形三明治结构的全光纤同轴马赫曾德干涉仪相比，因为本专利技术中干涉臂区的直径更小，因此在干涉臂区区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件，其特征在于，包括：单模光纤以及形成于所述单模光纤一段区域上的三明治结构；/n所述三明治结构包括与所述单模光纤同轴的第一声光作用区、第二声光作用区和干涉臂区，所述干涉臂区位于所述第一声光作用区和所述第二声光作用区之间；/n所述第一声光作用区与所述第二声光作用区的直径相等，所述第一声光作用区的直径小于所述单模光纤中包层的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；所述干涉臂区的直径小于所述第一声光作用区的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；/n所述第一声光作用区的一端与所述单模光纤之间形成第一锥形过渡区，所述第一声光作用区的另一端与所述干涉臂区的一端之间形成第二锥形过渡区，所述干涉臂区的另一端与所述第二声光作用区的一端之间形成第三锥形过渡区，所述第二声光作用区的另一端与所述单模光纤之间形成第四锥形过渡区。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件，其特征在于，包括：单模光纤以及形成于所述单模光纤一段区域上的三明治结构；
所述三明治结构包括与所述单模光纤同轴的第一声光作用区、第二声光作用区和干涉臂区，所述干涉臂区位于所述第一声光作用区和所述第二声光作用区之间；
所述第一声光作用区与所述第二声光作用区的直径相等，所述第一声光作用区的直径小于所述单模光纤中包层的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；所述干涉臂区的直径小于所述第一声光作用区的直径且大于所述单模光纤中纤芯的直径；
所述第一声光作用区的一端与所述单模光纤之间形成第一锥形过渡区，所述第一声光作用区的另一端与所述干涉臂区的一端之间形成第二锥形过渡区，所述干涉臂区的另一端与所述第二声光作用区的一端之间形成第三锥形过渡区，所述第二声光作用区的另一端与所述单模光纤之间形成第四锥形过渡区。


2.根据权利要求1所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件，其特征在于，所述第一声光作用区、所述第二声光作用和所述干涉臂区的长度之和为7-25cm；所述第一声光作用区的长度为2-8cm，所述干涉臂区的长度为3-9cm。


3.根据权利要求1所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件，其特征在于，所述第一声光作用区的直径范围为43-47μm，所述干涉臂区的直径范围为22-26μm。


4.一种如权利要求1-3任意一项所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供单模光纤，将所述单模光纤上一段预设区域的涂覆层去除，作为所述三明治结构的制备段；
通过刻蚀液刻蚀所述制备段，使所述制备段的直径减小至第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；
再次通过所述刻蚀液刻蚀所述制备段的中间区域，使所述中间区域的直径减小至第二预设直径，所述第二预设直径小于所述第一预设直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；
刻蚀完成后，所述制备段中直径为所述第二预设直径的部分为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一直径的区域分别为所述第一声光作用区和所述第二声光作用区。


5.一种如权利要求1-3任意一项所述的应用于光纤内声致马赫曾德干涉仪的光纤器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供单模光纤，将所述单模光纤上一段预设区域的涂覆层去除，作为所述三明治结构的制备段；
通过刻蚀液刻蚀所述制备段，使所述制备段的直径减小至第一预设直径，所述第一预设直径小于所述单模光纤的包层直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；
通过氢氧焰高温熔融拉锥法将所述光纤制备段的中间区域拉制为为双锥结构，所述双锥结构中间直径均匀区域的直径为第二预设直径，所述第二预设直径小于所述第一预设直径且大于所述单模光纤的纤芯直径；
所述制备段中直径为所述第二预设直径的区域为所述干涉臂区，所述干涉臂区两侧直径为所述第一预设直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，韩小芳，许京军，张国权，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12