基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器及其制作方法

摘要

一种基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器及其制作方法，滤波器包括通过环形谐振器相连的两根锥形微纳光纤；两根锥形微纳光纤上分别固接有另外的锥形微纳光纤。将两段普通单模光纤拉直成具有拉锥区微纳光纤，将其中一段微纳光纤的一端绕光纤轴旋转180°；两端对齐放置，在中间部位形成第一环，拉动第一环与两根直光纤相交，形成第二环和第三环，第三环穿入第二环，形成环形谐振器和U型反馈区，剪断反馈区，将另一段微纳光纤从中剪断，形成两根锥形微纳光纤，通过范德瓦尔斯力分别与剪断的反馈区的两端固接，制成基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器。该滤波器具有性能稳定、损耗低、消光比高、品质因数高的特点。

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信、光纤传感和光信息技术领域，涉及一种基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器；本发明还涉及一种该滤波器的制作方法。

背景技术

随着人类社会进入信息时代，作为信息传递主要手段之一的光通信技术取得了突飞猛进的发展。为了克服传统通信系统受电子电路处理速率限制的瓶颈，充分开发光纤的宽带优势，迫切要求对目前的光纤通信系统进行扩容，而光纤密集波分复用（DWDM）被认为是增加通信传播系统容量以满足日益增长的业务需求的一种行之有效的技术。光学上下载滤波器（即光分插复用器，OADM）作为DWDM系统节点中的关键器件，可以根据需要将网络中的某路或某几路信道下载到本地，或者将本地信号上载到网络中，在光域中实现对网络容量的分配与管理。OADM使光纤通信网具有灵活性、选择性和透明性等优越功能。利用OADM还能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率，因此是组建全光网的关键技术之一。

2003年，童利民在Nature上发表了基于微纳光纤结构以及传输光场的论文，证明了光场在微纳光纤中传输的可能性，并提出用微纳光纤可制作微纳光纤环以实现环形谐振腔的功能。近年来基于环形谐振腔的上下载滤波器已经被广泛研究，其种类有：基于环形谐振器的可调光学滤波器（如CN101046531 A）、基于二维光子晶体表面模的微环共振谐振器（如CN101697023 A）以及基于微环光纤环和侧边抛磨光纤耦合的光学上下载滤波器（如CN103995318 A）等。这些以上专利公开的器件均能实现滤波功能，但损耗和品质因数需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作简易、损耗低、品质因数高的基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器。

本发明的另一个目的是提供一种上述上下载滤波器的制作方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器，包括并排设置的第一锥形微纳光纤和第三锥形微纳光纤，第一锥形微纳光纤的拉锥区和第三锥形微纳光纤的拉锥区同向设置，第一锥形微纳光纤的拉锥区和第三锥形微纳光纤拉锥区通过环形谐振器相连；第一锥形微纳光纤上固接有第二锥形微纳光纤，第一锥形微纳光纤的拉锥区与第二锥形微纳光纤的拉锥区固接，第三锥形微纳光纤上固接有第四锥形微纳光纤，第三锥形微纳光纤的拉锥区与第四锥形微纳光纤的拉锥区固接。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器的制作方法，具体按以下步骤进行：

1）将一段普通单模光纤拉直成具有拉锥区的第一微纳光纤，将第一微纳光纤的一端绕光纤轴旋转180°；

2）将步骤1）的第一微纳光纤的两端对齐并平行放置；形成第一环、第一直光纤和第二直光纤；

3）将第一环远离直光纤端头的一侧沿朝向直线光纤端头的方向拉动，使第一环与两根直光纤相交，第一直光纤与拉动后的第一环围成第二环，第二直光纤与拉动后的第一环围成第三环；

4）将第三环从第二环（9）的下方穿入第二环，形成具有一个环形谐振器和U型反馈区的结构，环形谐振器位于第一直光纤和第二直光纤之间；

5）将U型反馈区从中间剪断，形成通过环形谐振器相连的第一锥形微纳光纤和第三锥形微纳光纤；

6）取另外一段普通单模光纤拉直成具有拉锥区的第二微纳光纤，将该第二微纳光纤从中间剪断，形成两根锥形微纳光纤，将其中的一根锥形微纳光纤的拉锥区通过范德瓦尔斯力与第一锥形微纳光纤的拉锥区相连接，将另一根锥形微纳光纤的拉锥区通过范德瓦尔斯力与第三锥形微纳光纤的拉锥区相连接，制成基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器。

本发明上下载滤波器制作工艺简单、性能稳定；具有器件损耗低、消光比高、品质因数高的特点。

附图说明

图1是本发明上下载滤波器的示意图。

图2是将普通单模光纤拉直成微纳光纤的示意图。

图3是将图2所示的微纳光纤的两端对齐放置的示意图。

图4是将图3所示的对折的微纳光纤的连接处向端头拉伸后的示意图。

图5是将图4所示的结构中的第二环从第一环下方穿过后形成的具有环形谐振器和U型反馈区的结构的示意图。

图6是本发明上下载滤波器的显微照片。

图7是本发明上下载滤波器中环形谐振器锥形径为1000μm时，直通端（第二端口）和下载段（第三端口）的输出谱线图。

图8是本发明上下载滤波器中环形谐振器锥形径为740μm时，直通端（第二端口）和下载段（第三端口）的输出谱线图。

图中：1.第一锥形微纳光纤，2.第二锥形微纳光纤，3.第三锥形微纳光纤，4.第四锥形微纳光纤，5.环形谐振器，6.第一环，7.第一直光纤，8.第二直光纤，9.第二环，10.第三环，11.反馈区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明上下载滤波器包括并排设置的第一锥形微纳光纤1和第三锥形微纳光纤3，第一锥形微纳光纤1的拉锥区和第三锥形微纳光纤3的拉锥区同向设置，第一锥形微纳光纤1和第三锥形微纳光纤3之间设有环形谐振器5，第一锥形微纳光纤1的拉锥区和第三锥形微纳光纤3拉锥区通过环形谐振器5相连；第一锥形微纳光纤1上固接有第二锥形微纳光纤2，第一锥形微纳光纤1的拉锥区与第二锥形微纳光纤2的拉锥区固接，第三锥形微纳光纤3上固接有第四锥形微纳光纤4，第三锥形微纳光纤3的拉锥区与第四锥形微纳光纤4的拉锥区固接。

环形谐振器5的半径为740～1000μm。环形谐振器5为微纳光纤环形谐振器。

本发明提供了一种上述上下载滤波器的制作方法，具体按以下步骤进行：

1）将一段普通单模光纤拉直成拉锥区直径为3～5μm、长度为3～5cm的第一微纳光纤，将该第一微纳光纤的一端绕光纤轴旋转180°，如图2所示；

2）将步骤1）的第一微纳光纤的两端对齐并平行放置于同一夹具上；由于内部应力，第一微纳光纤的中间部位自然弯曲并交叉，形成第一环6，第一微纳光纤的两个端头与第一环6之间为两个直光纤，该两个直光纤分别为第一直光纤7和第二直光纤8，如图3所示；

3）用探针引导第一环6，将第一环6远离直光纤端头的一侧沿朝向直线光纤端头的方向拉动，使第一环6与两根直光纤相交，则第一直光纤7与拉动后的第一环6围成第二环9，第二直光纤8与拉动后的第一环6围成第三环10，如图4所示；

4）用探针引导第三环10从第二环9的下方穿入第二环9，形成具有一个环形谐振器5和“U”型反馈区11的结构，环形谐振器5位于第一直光纤7和第二直光纤8之间，如图5所示；

5）将U型反馈区11从中间剪断，形成通过环形谐振器5相连的第一锥形微纳光纤1和第三锥形微纳光纤3；

6）取另外一段普通单模光纤拉直成拉锥区直径为3～5μm、长度为3～5cm的第二微纳光纤，将该第二微纳光纤从中间剪断，形成两根锥形微纳光纤，将其中的一根锥形微纳光纤（即第二锥形微纳光纤2）的拉锥区通过范德瓦尔斯力与第一锥形微纳光纤1的拉锥区相连接，将另一根锥形微纳光纤（即第四锥形微纳光纤4）的拉锥区通过范德瓦尔斯力与第三锥形微纳光纤3的拉锥区相连接，制成图1所示的基于微纳光纤环形谐振器的上下载滤波器。该上下载滤波器的显微照片，见图6。

步骤1）和步骤6）中普通单模光纤拉直时均采用火焰加热；

本发明上下载滤波器的上下载功能区由同一根光纤组成。滤波器的第一端口（即第一锥形微纳光纤1远离环形谐振器5的一端）和第三端口（即第三锥形微纳光纤3远离环形谐振器5的一端）来自制作环形谐振器5的微纳光纤；第二端口（即第二锥形微纳光纤2远离环形谐振器5的一端）与第四端口（即第四锥形微纳光纤4远离环形谐振器5的一端）通过微纳光纤与环形谐振器5相连接。第四端口为上载端。

当环形谐振器5的直径为1000μm 时，在第一端口输入连续波长的宽谱光源，经由环形谐振腔5和第二端口传输，在经过环形微纳光纤时，部分满足谐振条件的输入光波在环形谐振腔内形成谐振，在第三端口输出，实现下载滤波功能。用光谱仪分别检测第三端口和第二端口的光谱，其谱线图，如图7所示。图7中位于上部的图表示直通端（第二端口）的输出谱线，图7中位于下部的图表示下载端（第三端口）的输出谱线。从图7可以看出，本发明上下载滤波器的自由频谱范围为0.58 nm，直通端的消光比为7.3 dB，下载端的消光比为19.1 dB。直通端的插入损耗为-6.7 dB，下载端的插入损耗为-6.1 dB。该上下载滤波器表现出很低的插入损耗和较高的消光比。说明本发明上下载滤波器能够实现良好的光学上下载功能。

当环形谐振器5的直径为740μm时，在第一端口输入连续波长的宽谱光源，经由环形谐振腔5和第二端口传输，在经过环形微纳光纤时，部分满足谐振条件的输入光波在环形谐振腔内形成谐振，在第三端口输出，实现了下载滤波功能。用光谱仪分别检测第三端口和第二端口的光谱，其谱线图如图8所示。图8中位于上部的图表示直通端（第二端口）的谱线，图8位于下部的图表示下载端（第三端口）的谱线。从图8可以看出，本发明上下载滤波器器件的自由频谱范围为0.79 nm，直通端的消光比为10.7 dB，下载端的消光比为18.5dB。直通端的插入损耗为-4.6 dB, 下载端的插入损耗为-2 dB。该上下载滤波器表现出很低的插入损耗和较高的消光比。说明本发明上下载滤波器能够实现良好的光学上下载功能。

由于本发明上下载滤波器的上下载功能区由同一根光纤组成，其制作方法为剪断“U”型反馈区后自然形成，避免了第三锥形微纳光纤3的额外插入过程以及由于环形谐振器5与第三锥形微纳光纤3以及第一锥形微纳光纤1粗细不一导致的模式不匹配产生的损耗。因此该滤波器具较低的损耗和消光比。