一种基于铌酸锂和拉锥光纤的光学梳状滤波器及其制作方法

技术领域

本发明涉及光通信无源器件领域，尤其涉及光学梳状滤波器及其 制作方法。

背景技术

光学梳状滤波器具有周期性的、幅度或是相位滤波特性，随着密 集波分复用系统信道密度的提高，梳状滤波器成为了构成多波长光源、 波分复用/解复用器等的关键器件。

目前梳状滤波器主要有以下几种设计方案：(1)偏振光干涉型， 它基于晶体的双折射效应和光的干涉原理，理论上可实现任意信道间 隔的梳状滤波，具有结构稳定、可靠性好等优点，但它属于偏振相关 的全光器件，并且插入损耗比较大；(2)马赫—曾德尔干涉仪型，它 利用两条光纤干涉臂之间存在的臂长差实现干涉从而实现梳状滤波， 这是一种偏振无关、插入损耗小的全光纤型无源器件，具有信道均匀 性好、制作简单和成本低等优点，但其两干涉臂的光程差控制难度大， 且存在温度漂移现象；(3)光纤光栅型，这种类型的梳状滤波器一般 是在光纤干涉仪上制作光纤光栅，如在马赫—曾德尔干涉仪的干涉臂 上刻入光栅，或是在光纤Sagnac环中写入啁啾光栅等。这种光栅结构 器件的优点是插入损耗小、成本低、可承载更高输入光功率，但也有 着制作工艺复杂、通带间隔疏密不等、透过率不均匀等缺点。

其他实现光学梳状滤波器的方案也主要是基于干涉仪和光纤光 栅，比如高双折射光纤(HBF)Sagnac环梳状滤波器、超结构光纤 Bragg光栅梳状滤波器、迈克尔逊干涉仪+G-T干涉仪型(MGTI)和双 折射G-T干涉仪型(BGTI)梳状滤波器等。此外还有基于集成光学器 件的，如阵列波导光栅(AWG)，它原理上也是一种干涉型梳状滤波 器，能够以小体积实现大规模信道，具有信道间隔窄、损耗均衡和串 扰小等特点，但也存在着插入损耗大、偏振相关和温度稳定性差的缺 陷。

所以综上，不论干涉型还是光纤光栅型梳状滤波器都难免存在着 制作困难、损耗大或偏振相关等缺点。

发明内容

为了克服已有梳状滤波器制作困难、损耗大、偏振相关或温度稳 定性差等缺点，本发明提供一种不利用干涉、不需要光栅、制作简便、 结构稳定的基于铌酸锂(LiNbO₃)和拉锥光纤的光学梳状滤波器及其 制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于铌酸锂和拉锥光纤的光学梳状滤波器，包括上LiNbO₃介质、下LiNbO₃介质和拉锥光纤，所述上LiNbO₃介质的底面加工有 上半圆形凹槽，所述下LiNbO₃介质的顶面加工有下半圆形凹槽，所 述上LiNbO₃介质位于所述下LiNbO₃介质上，所述上半圆形凹槽的尺 寸与所述下半圆形凹槽相同，所述上半圆形凹槽与所述下半圆形凹槽 形成圆形安装孔，所述拉锥光纤安装在所述圆形安装孔中，所述拉锥 光纤的左右两锥体之间、直径均匀部分与所述圆形安装孔紧密贴合。

进一步，所述拉锥光纤的左右两锥体之间、直径均匀部分与所述 圆形安装孔通过光学匹配胶实现紧密贴合。当然，也可以通过其他方 式紧密贴合。

一种基于铌酸锂和拉锥光纤的光学梳状滤波器的制作方法，包括 如下步骤：

首先，在两块同样的LiNbO₃介质上各自加工出一个完全相同的 半圆形凹槽；

然后，将拉锥光纤的左右两锥体之间、直径均匀部分嵌入到其中 一块LiNbO₃介质的半圆形凹槽中；

最后，将另一块LiNbO₃材料盖在第一块LiNbO₃材料和拉锥光纤 上，确保拉锥光纤的左右两锥体之间、直径均匀部分被两块LiNbO₃材料完全包裹住。

进一步，拉锥光纤的左右两锥体之间、直径均匀部分与两块 LiNbO₃介质的半圆形凹槽之间均利用光学匹配胶或通过其他方式进 行紧密贴合处理。

本发明的有益效果主要表现在：(1)由于LiNbO₃介质与光纤360 度全接触，可以大大提高光纤与LiNbO₃之间的耦合效率，充分利用 波长资源。(2)采用拉锥光纤制作器件，降低了制作难度，简化了制 作过程，减少了制作成本，而且加工完成后结构稳定，不易被破坏。

附图说明

图1是本发明基于铌酸锂和拉锥光纤光学梳状滤波器的整体结构 图。

图2是本发明基于铌酸锂和拉锥光纤光学梳状滤波器的剖面图， 用以示意梳状滤波功能。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于铌酸锂和拉锥光纤的光学梳状滤波器， 包括拉锥光纤1、上LiNbO₃介质2、上半圆形凹槽3、下LiNbO₃介质 5和下半圆形凹槽6，所述上LiNbO₃介质2位于所述下LiNbO₃介质5 的上方，所述上半圆形凹槽3的尺寸与所述下半圆形凹槽6相同，所 述上半圆形凹槽3与所述下半圆形凹槽6形成圆形安装孔。所述拉锥 光纤1安装在所述圆形安装孔中，所述拉锥光纤1的左右两锥体4和 7之间、直径均匀部分与所述圆形安装孔紧密贴合。

进一步，所述拉锥光纤1的左右两锥体4和7之间、直径均匀部 分与所述圆形安装孔通过光学匹配胶实现紧密贴合。当然，也可以通 过其他方式紧密贴合。

一种基于铌酸锂和拉锥光纤光学梳状滤波器的制作方法，包括如 下过程：

首先，在上LiNbO₃介质2、下LiNbO₃介质5上分别加工出完全 相同的半圆形凹槽3和6；

然后，将拉锥光纤1的左右两锥体4、7之间、直径均匀部分嵌入 到下LiNbO₃介质5的半圆形凹槽6中，并利用光学匹配胶或通过其 他方式进行紧密贴合处理；

最后，将上LiNbO₃介质2盖在下LiNbO₃介质5和拉锥光纤1上， 确保拉锥光纤1的左右两锥体4、7之间、直径均匀部分被上LiNbO₃介质2、下LiNbO₃介质5完全包裹住，并利用光学匹配胶或通过其他 方式进行紧密贴合处理。

参照图2，本实施例的工作过程为：当波分复用信号或宽光谱信 号8从拉锥光纤1的左端输入，信号8先在光纤的纤芯中以纤芯模式 传输，随着拉锥光纤1直径的减少，信号8从纤芯进入包层，并从纤 芯模式转变成包层模式。随后信号8从包层溢出，并与上LiNbO₃介 质2、下LiNbO₃介质5发生耦合，实现梳状滤波，滤波之后的信号重 新依次回到拉锥光纤1的包层和纤芯，同时传输模式再次从包层模式 转变为纤芯模式，最后从拉锥光纤1的右端输出，得到梳状滤波后的 信号9。