一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法与流程

1.本发明涉及光纤滤波器技术领域，特别涉及一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法。


背景技术：

2.可调谐光纤激光器在光学测试、光纤传感和信号处理中的应用具有重要意义。可调谐光纤激光器的发射波长可以在一定的光谱范围内系统地调谐，这可以使用单个光源应用于需要不同波长的场景，这对于包括电信、材料处理、显微镜、医学和成像在内的一系列学科的许多应用都是方便和经济的。光纤滤波器是光纤激光器中的关键设备，将光纤滤波器连接到光纤激光腔中，可以用于调谐和选择激光频率。
3.在光通信、光纤传感、光纤激光器和光谱分析等领域，光纤滤波器被广泛用于实现动态波长滤波。相关技术中，大多数滤波器都需要额外的机械结构来改变曲率或偏振态以实现波长的可调功能。但是，需要注意的是，机械结构复杂，可能会损坏滤波器，从而影响滤波器的稳定性。
4.因此，有必要设计一种新的光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法，以克服上述问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法，以解决相关技术中机械结构复杂，可能会损坏滤波器，从而影响滤波器的稳定性的问题。
6.第一方面，提供了一种光纤滤波器，其包括：光子晶体光纤，所述光子晶体光纤内设有沿其轴向延伸的空气孔，所述空气孔内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤的每一端均熔接有单模光纤，且位于所述光子晶体光纤一端的所述单模光纤的轴线相对于所述光子晶体光纤的轴线偏置设置。
7.一些实施例中，所述光子晶体光纤内设置有多个所述空气孔，多个所述空气孔间隔设置。
8.一些实施例中，所述空气孔内还容纳有溶液，所述微纳颗粒混合在所述溶液中。
9.第二方面，提供了一种光调谐激光器，其包括：光纤滤波器，所述光纤滤波器包括光子晶体光纤，所述光子晶体光纤内设有沿其轴向延伸的空气孔，所述空气孔内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤的每一端均熔接有单模光纤，且位于所述光子晶体光纤一端的所述单模光纤的轴线相对于所述光子晶体光纤的轴线偏置设置；以及第一泵浦，所述第一泵浦通过第一波分复用器与所述光纤滤波器连接。
10.一些实施例中，所述光调谐激光器还包括：掺铒光纤，所述掺铒光纤的一端与所述第一波分复用器熔接；第二泵浦，所述第二泵浦通过第二波分复用器与所述掺铒光纤连接。
11.一些实施例中，所述光调谐激光器还包括偏振控制器，所述偏振控制器连接所述光纤滤波器，且所述偏振控制器用于控制光路的偏振状态。
12.一些实施例中，所述光调谐激光器还包括包层泵浦剥离器，所述包层泵浦剥离器与所述偏振控制器连接。
13.一些实施例中，所述光调谐激光器还包括：掺铒光纤，所述掺铒光纤的一端与所述第一波分复用器熔接；第二泵浦，所述第二泵浦通过第二波分复用器与所述掺铒光纤连接；光耦合器，所述光耦合器连接至所述包层泵浦剥离器，且所述光耦合器通过偏振不敏感隔离器连接至所述第二波分复用器。
14.一些实施例中，所述光调谐激光器还包括光谱仪，所述光谱仪连接至所述光耦合器，且所述光耦合器的部分光强度输出至所述光谱仪，部分光强度输出至所述偏振不敏感隔离器。
15.第三方面，提供了一种上述的光调谐激光器的控制方法，其包括以下步骤：控制第一泵浦的输出功率增大或者减小，使光调谐激光器的输出激光波长移动。
16.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本发明实施例提供了一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法，由于光子晶体光纤一端的单模光纤的轴线相对于光子晶体光纤的轴线偏置设置，能够使光子晶体光纤的纤芯中传输的芯模和包层模之间的耦合构成模态干涉，产生干涉谱，并且光子晶体光纤的空气孔中容纳有微纳颗粒，微纳颗粒能够与入射光产生等离激元共振，进而改变光子晶体光纤的包层和纤芯的折射率差，会使滤波器的干涉谱移动进而导致激光器输出的波长移动，因此，不需要设置机械结构也可以实现波长可调。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种光纤滤波器的结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的一种光调谐激光器的光路示意图；
21.图3为本发明实施例提供的光调谐激光器的输出结果图。
22.图中：
23.1、光纤滤波器；11、光子晶体光纤；111、空气孔；12、单模光纤；
24.20、第一泵浦；21、第一波分复用器；22、掺铒光纤；23、第二泵浦；24、第二波分复用器；25、偏振控制器；26、包层泵浦剥离器；27、光耦合器；28、偏振不敏感隔离器；29、光谱仪。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例提供了一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法，其能解决相关技术中机械结构复杂，可能会损坏滤波器，从而影响滤波器的稳定性的问题。为了克服上
述问题，在本发明实施例中提出一种基于光子晶体光纤制作的光纤模态干涉仪，并可以应用于可调谐光纤激光器中实现滤波器的效果。
27.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种光纤滤波器1，其可以包括：光子晶体光纤11，所述光子晶体光纤11内设有沿其轴向延伸的空气孔111，所述空气孔111内容纳有微纳颗粒，其中，微纳颗粒的数量有多颗；所述光子晶体光纤11的每一端均熔接有单模光纤12(smf)，也即，单模光纤12至少有两根，其中一根与光子晶体光纤11的一端熔接，另一端与光子晶体光纤11的另一端熔接，且位于所述光子晶体光纤11一端的所述单模光纤12的轴线相对于所述光子晶体光纤11的轴线偏置设置。也即在熔接时，其中一端的单模光纤12可以与光子晶体光纤11之间精细的偏移一段距离，使光子晶体光纤11与该端的单模光纤12不同轴。
28.其中，本实施例中的光子晶体光纤11优选保偏光子晶体光纤11(pmpcf)，当然，也可以选择其他类型的光子晶体光纤11，保证光子晶体光纤11中设置有空气孔即可。随着单模光纤12与光子晶体光纤11之间的偏移量的增加，干涉图案的干涉深度相应地增大，然而偏移过多，会造成损耗过大，使用适当的偏移可以获得具有高干涉深度的基于pmpcf的干涉仪。
29.本实施例中，由于光子晶体光纤11一端的单模光纤12的轴线相对于光子晶体光纤11的轴线偏置设置，可以有效地激励在光子晶体光纤11中传播的包层模式，能够使光子晶体光纤11的纤芯中传输的芯模和包层模之间的耦合构成模态干涉，产生干涉谱，并且光子晶体光纤11的空气孔111中容纳有微纳颗粒，在光子晶体光纤11中注入微纳材料，可实现激光器的光调谐；当入射光的波长与微纳颗粒的波长相同时，微纳颗粒能够与入射光产生等离激元共振，共振释放的热量会改变光子晶体光纤11的包层和纤芯的折射率差，包层和纤芯的折射率差会使滤波器的干涉谱移动进而导致激光器输出的波长移动，因此，不需要设置机械结构，通过改变泵浦的功率就可以改变激光器的输出波长，实现波长可调。
30.相关技术中还有采用温度控制器、声换能器或电压控制的机械感应长周期光栅的主动方法来实现可调谐功能；然而，该系统既复杂又昂贵。而光纤模态干涉仪具有成本低、结构紧凑、易于制造等优点，在光纤滤波器1中具有巨大的应用潜力。本实施例采用光子晶体光纤11和单模光纤12制作的光纤模态干涉仪产生的干涉图案，可以将其作为激光器中的光纤滤波器1。
31.本实施例中的微纳颗粒优选在980nm处会发生共振，也即入射光的波长为980nm与微纳颗粒的波长相等时，微纳颗粒会与入射光产生等离激元共振。当然，微纳颗粒也可以选择其他数值的波长，不仅限于980nm。
32.本实施例中的光纤滤波器1在制作时，可以把微纳颗粒注入一段具有空气孔111的光子晶体光纤11中，再把光子晶体光纤11的两端与两段单模光纤12熔接形成。
33.进一步，在一些实施例中，参见图1所示，所述光子晶体光纤11内设置有多个所述空气孔111，多个所述空气孔111间隔设置。其中，每个空气孔111均是沿光子晶体光纤11的轴向延伸的，使得多个空气孔111互相平行，每个空气孔111内均设置有微纳颗粒。当然，在其他实施例中，也可以在光子晶体光纤11上设置一个空气孔111。
34.进一步，在一些可选的实施例中，所述空气孔111内还容纳有溶液，所述微纳颗粒混合在所述溶液中，使得微纳颗粒与溶液混合形成微纳颗粒溶液，本实施例中，通过将微纳
颗粒与溶液混合，溶液可以辅助微纳颗粒进入空气孔111中。当然，在其他实施例中，也可以不设置溶液，直接将微纳颗粒放入空气孔111中或者通过其他的手段辅助微纳颗粒进入空气孔111也可。
35.参见图2所示，本发明实施例还提供了一种光调谐激光器，所述光调谐激光器可以采用上述的光纤滤波器1制作，所述光调谐激光器可以包括：光纤滤波器1，所述光纤滤波器1包括光子晶体光纤11，所述光子晶体光纤11内设有沿其轴向延伸的空气孔111，所述空气孔111内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤11的每一端均熔接有单模光纤12，且位于所述光子晶体光纤11一端的所述单模光纤12的轴线相对于所述光子晶体光纤11的轴线偏置设置；以及第一泵浦20，所述第一泵浦20通过第一波分复用器21(wdm)与所述光纤滤波器1连接，第一波分复用器21的输出连接至光纤滤波器1，该光纤滤波器1充当光调谐激光器的波长选择组件。其中，本实施例中的光纤滤波器1可以采用上述任一实施例中提供的光纤滤波器1，在此不再赘述。本实施例中的第一泵浦20的波长与微纳颗粒的波长相同，且第一泵浦20的波长优选980nm，当980nm的光入射至光纤滤波器1时，微纳颗粒能够与入射光产生等离激元共振，第一泵浦20用于实现光控激光器。
36.参见图2所示，在一些实施例，所述光调谐激光器还可以包括：掺铒光纤22(edf)，所述掺铒光纤22的一端与所述第一波分复用器21熔接，本实施例中的掺铒光纤22优选5米长c波段的掺铒光纤22；第二泵浦23，所述第二泵浦23通过第二波分复用器24与所述掺铒光纤22连接。其中，可以选用980nm的掺铒光纤22，第二泵浦23也对应选择980nm的波长，可以选用980/1550nm的第二波分复用器24，第二波分复用器24可以接收980nm和1550nm的波长，第一波分复用器21也可以选用980/1550nm的。也即，本实施例的激光器采用了两个泵浦来实现控制，其中，第二泵浦23的输出功率可以在0mw到300mw。
37.参见图2所示，进一步，所述光调谐激光器还可以包括偏振控制器25(pc)，所述偏振控制器25连接所述光纤滤波器1，且所述偏振控制器25用于光路的控制偏振状态。
38.进一步，在一些实施例中，所述光调谐激光器还包括包层泵浦剥离器26(cps)，所述包层泵浦剥离器26与所述偏振控制器25连接。优选的，所述光调谐激光器还包括：掺铒光纤22，所述掺铒光纤22的一端与所述第一波分复用器21熔接；第二泵浦23，所述第二泵浦23通过第二波分复用器24与所述掺铒光纤22连接；光耦合器27(oc)，所述光耦合器27连接至所述包层泵浦剥离器26，且所述光耦合器27通过偏振不敏感隔离器28(iso)连接至所述第二波分复用器24。其中，偏振不敏感隔离器28能够确保光纤环形激光器的单向工作，偏振不敏感隔离器28的波长可以选用1550nm。
39.进一步，所述光调谐激光器还包括光谱仪29(osa)，所述光谱仪29连接至所述光耦合器27，且所述光耦合器27的部分光强度输出至所述光谱仪29，部分光强度输出至所述偏振不敏感隔离器28。其中，光耦合器27的70％的光强度输出可以输出至偏振不敏感隔离器28，30％的光强度输出可以输出至光谱仪29。
40.本发明实施例还提供了一种上述的光调谐激光器的控制方法，其包括以下步骤：控制第一泵浦20的输出功率增大或者减小，使光调谐激光器的输出激光波长移动；使用时保持第二泵浦23的输出功率不动，从0mw增加第一泵浦20的功率，在光谱仪29上会发现输出激光波长线性移动，实现通过泵浦光调谐波长的效果。参见图3所示，当第一泵浦20的输出功率从0mw上升到300mw时，激光器的输出波长也发生了移动，图中画出了4条曲线，从左至
右4条曲线分别是输出功率为0mw时的输出波长、100mw时的输出波长、200mw时的输出波长、300mw时的输出波长。本实施例计划使用附加的980nm激光器作为第一泵浦20来泵浦mi以实现激光器的波长调谐。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种光纤滤波器，其特征在于，其包括：光子晶体光纤(11)，所述光子晶体光纤(11)内设有沿其轴向延伸的空气孔(111)，所述空气孔(111)内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤(11)的每一端均熔接有单模光纤(12)，且位于所述光子晶体光纤(11)一端的所述单模光纤(12)的轴线相对于所述光子晶体光纤(11)的轴线偏置设置。2.如权利要求1所述的光纤滤波器，其特征在于：所述光子晶体光纤(11)内设置有多个所述空气孔(111)，多个所述空气孔(111)间隔设置。3.如权利要求1所述的光纤滤波器，其特征在于：所述空气孔(111)内还容纳有溶液，所述微纳颗粒混合在所述溶液中。4.一种光调谐激光器，其特征在于，其包括：光纤滤波器(1)，所述光纤滤波器(1)包括光子晶体光纤(11)，所述光子晶体光纤(11)内设有沿其轴向延伸的空气孔(111)，所述空气孔(111)内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤(11)的每一端均熔接有单模光纤(12)，且位于所述光子晶体光纤(11)一端的所述单模光纤(12)的轴线相对于所述光子晶体光纤(11)的轴线偏置设置；以及第一泵浦(20)，所述第一泵浦(20)通过第一波分复用器(21)与所述光纤滤波器(1)连接。5.如权利要求4所述的光调谐激光器，其特征在于，所述光调谐激光器还包括：掺铒光纤(22)，所述掺铒光纤(22)的一端与所述第一波分复用器(21)熔接；第二泵浦(23)，所述第二泵浦(23)通过第二波分复用器(24)与所述掺铒光纤(22)连接。6.如权利要求4所述的光调谐激光器，其特征在于：所述光调谐激光器还包括偏振控制器(25)，所述偏振控制器(25)连接所述光纤滤波器(1)，且所述偏振控制器(25)用于控制光路的偏振状态。7.如权利要求6所述的光调谐激光器，其特征在于：所述光调谐激光器还包括包层泵浦剥离器(26)，所述包层泵浦剥离器(26)与所述偏振控制器(25)连接。8.如权利要求7所述的光调谐激光器，其特征在于，所述光调谐激光器还包括：掺铒光纤(22)，所述掺铒光纤(22)的一端与所述第一波分复用器(21)熔接；第二泵浦(23)，所述第二泵浦(23)通过第二波分复用器(24)与所述掺铒光纤(22)连接；光耦合器(27)，所述光耦合器(27)连接至所述包层泵浦剥离器(26)，且所述光耦合器(27)通过偏振不敏感隔离器(28)连接至所述第二波分复用器(24)。9.如权利要求8所述的光调谐激光器，其特征在于：所述光调谐激光器还包括光谱仪(29)，所述光谱仪(29)连接至所述光耦合器(27)，且所述光耦合器(27)的部分光强度输出至所述光谱仪(29)，部分光强度输出至所述偏振不敏感隔离器(28)。10.一种如权利要求4所述的光调谐激光器的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：控制第一泵浦(20)的输出功率增大或者减小，使光调谐激光器的输出激光波长移动。

技术总结
本发明涉及一种光纤滤波器、光调谐激光器及其控制方法，其包括：光子晶体光纤，所述光子晶体光纤内设有沿其轴向延伸的空气孔，所述空气孔内容纳有微纳颗粒；所述光子晶体光纤的每一端均熔接有单模光纤，且位于所述光子晶体光纤一端的所述单模光纤的轴线相对于所述光子晶体光纤的轴线偏置设置。由于光子晶体光纤一端的单模光纤的轴线相对于光子晶体光纤的轴线偏置设置，能够产生干涉谱，微纳颗粒能够与入射光产生等离激元共振，进而改变光子晶体光纤的包层和纤芯的折射率差，使滤波器的干涉谱移动进而导致激光器输出的波长移动，因此，不需要设置机械结构也可以实现波长可调。需要设置机械结构也可以实现波长可调。需要设置机械结构也可以实现波长可调。


技术研发人员：李臻 邱英 姜天才 徐伟 陶金
受保护的技术使用者：武汉邮电科学研究院有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/19