專利名稱：降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖法布里-珀羅(Fiber Fabry-Perot， FFP)濾波器，特別是涉及一種降低FFP濾波器插入損耗的新方法。
背景技術(shù)：
FFP濾波器是光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，其實(shí)用化研究正越來越受到人們的重視;在光譜分析和光纖傳感技術(shù)中FFP濾波器也有重要應(yīng)用。FFP濾波器具有超高光譜分辨力、極低偏振相關(guān)損耗等優(yōu)良特性，在密集波分復(fù)用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)系統(tǒng)的信號(hào)處理和光電子集成電路(OEIC)領(lǐng)域一直是研究的熱點(diǎn)之一。插入損耗反映了入射光經(jīng)光濾波器后的衰減程度，如設(shè)光波入1的入射功率為Pl，經(jīng)光濾波器后功率為P2，且P2〈P1，則此光濾波器的插入損耗為P1—P2，它可以由光譜儀測量濾波器前、后端點(diǎn)的峰值進(jìn)行計(jì)算得到。在光纖通信系統(tǒng)的解復(fù)用、信號(hào)解調(diào)、波長鎖定及動(dòng)態(tài)增益均衡等應(yīng)用中，都要求光濾波器插入損耗越小越好。
將兩根單模光纖端面鍍上1/4波長的高低介質(zhì)膜作為反射鏡，然后插入毛細(xì)管中，形成中間是空氣的法布里-珀羅腔，通過改變空氣間隙的長度來改變腔長，可以實(shí)現(xiàn)FFP濾波器的波長調(diào)諧。在FFP濾波器所處的單模光纖中，光束沿光纖縱向傳播的基模場束腰半徑略大于纖芯半徑，即在歸一化頻率滿足條件1《V《2.405時(shí)，基模場除了在芯層中不衰減的縱向傳播以外，還有少量能量在靠近纖芯的覆層(Cladding)中傳輸，其能量分布近似為以纖芯中心為原點(diǎn)的高斯分布。從入射光纖出射的光能量進(jìn)入法布里-珀羅腔后，被分成三個(gè)部分一部分為經(jīng)過出射光纖傳輸?shù)耐干淠芰?；另一部分為沿入射光纖返回的反射能量；最后一部分為留在腔內(nèi)的能量。而腔內(nèi)能量又分為兩個(gè)部分 一部分為腔內(nèi)來回反射的諧振能量，另一部分為衍射能量。光束從單模光纖入射進(jìn)入空氣隙腔后，由于衍射效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生發(fā)散，在法布里-珀羅腔內(nèi)來回多次反射時(shí)，就有大量的光不能進(jìn)入出射光纖，從而產(chǎn)生插入損耗。從模式匹配的角度看，入射光纖的基模場LPOl直徑應(yīng)該與法布里-珀羅腔的諧振模寬帶相當(dāng)，光才能有效地耦合進(jìn)入出射光纖。由于一般單模光纖纖芯直徑不到10Mm，要控制光纖端面的曲率半徑非常困難，因此只能選擇平面鏡作為反射鏡，這樣一方面導(dǎo)致腔內(nèi)諧振模的橫向尺寸擴(kuò)大，與直徑較小的光纖模式不能匹配，另一方面反射鏡的尺寸限制，決定了發(fā)散的光束不可能完全參與腔內(nèi)的來回反射，產(chǎn)生了諧振腔的衍射損耗。由于這種衍射造成的插入損耗與空氣隙長度密切相關(guān)，在DWDM光通信網(wǎng)絡(luò)中，它限制了該結(jié)構(gòu)的腔長不得大于iom，使得利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的濾波器自由譜及波長半寬度等指標(biāo)在某些應(yīng)用中受到限制。
為了實(shí)現(xiàn)FFP濾波器的低插入損耗，目前主要通過以下兩種途徑解決 一是采用大模場直徑的光纖來增加輸入光束的尺寸，使之與空氣隙諧振腔的模式尺寸接近。增加輸入光纖的模場直徑可以通過增大光纖的芯徑或減小光纖的歸一化頻率V來實(shí)現(xiàn)，但這兩個(gè)參數(shù)都受到單模傳輸條件的限制，也就是說模場直徑不可能無限增大，因而插入損耗的降低較為有限。圖2為采用大模式尺寸光纖減小插入損耗的FFP濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，由于濾波器輸入端的大模式尺寸入射光纖13比房DM系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)單模入射光纖11的尺寸大，需要進(jìn)行額外的焊接。另外濾波器輸出端的大模式尺寸出射光纖14也不能與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖連接，而應(yīng)該與多模出射光纖12連接。J. Stone在1989年的"e"ra/7. Ze".中報(bào)道，采用這種結(jié)構(gòu)將空氣隙為7 w m、波長為1. 5 y m的濾波器的插入損耗減少了 3 4dB。
另一種途徑是在腔內(nèi)插入光波導(dǎo)(光纖或空芯波導(dǎo))以減小法布里-珀羅腔的模場直徑，使腔中來回反射的光被限制在波導(dǎo)內(nèi)而不能在橫向上擴(kuò)展，通過限制諧振腔模場直徑實(shí)現(xiàn)與光纖模場的匹配。但是在腔內(nèi)插入光纖或空芯波導(dǎo)的工藝非常復(fù)雜，而且由于需要與入射光纖的反射膜接觸，容易傷害反射膜，使加工器件的成品率降低。
圖3為采用腔內(nèi)插入光波導(dǎo)減小插入損耗的FFP濾波器結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)光波導(dǎo)為光纖時(shí)，濾波器輸入、輸出光纖都采用單模光纖，此時(shí)需要把腔內(nèi)光纖與單模入射光纖覆層1、單模入射光纖纖芯3連接起來，否則會(huì)帶來額外的連接損耗。連接過程中要注意內(nèi)插波導(dǎo)覆層17、內(nèi)插波導(dǎo)芯層18不能直接與入射端鍍膜層6接觸，如果傷害到鍍膜層的反射膜就會(huì)影響端面反射效果，所以這種方式的連接損耗不可避免。當(dāng)光波導(dǎo)為空芯光波導(dǎo)時(shí)，內(nèi)插波導(dǎo)芯層18的折射率為l，而內(nèi)插波導(dǎo)覆層17與單模入射光纖覆層1的直徑相當(dāng)，這段空芯光波導(dǎo)可以通過精密的蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)置空芯光波導(dǎo)與內(nèi)置光纖相比的最大優(yōu)勢在于不直接與入射端鍍膜層6接觸，因此不會(huì)傷害到反射膜；但其缺點(diǎn)在于空芯波導(dǎo)存在泄漏損耗，而且單模入射光纖纖芯3、單模出射光纖纖芯4必須同時(shí)選用大模場直徑的光纖，因?yàn)樵谛∧鲋睆綍r(shí)，空芯波導(dǎo)的泄露損耗導(dǎo)致在反射率增加時(shí)透射率迅速下降，此時(shí)空芯波導(dǎo)實(shí)際上會(huì)引起插入損耗增大。
總之，這兩種方法都需要額外引入新的材料(如大模場直徑的光纖或光波導(dǎo))，會(huì)增加成本及工藝難度等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法，該方法通過優(yōu)化光纖端面的鍍膜層(即反射鏡面)直徑來釋放腔內(nèi)衍射能量，通過減小腔內(nèi)衍射損耗來降低插入損耗。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法，包括首先根據(jù)濾波器精細(xì)度指標(biāo)"""W由式(a)確定鍍膜層反射率W的大小，
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再按照介質(zhì)薄膜膜系材料的高、低折射率/fe和仏及光纖折射率&，按式(b)計(jì)算鍍膜層數(shù)P,<formula>formula see original document page 5</formula>然后根據(jù)濾波器自由譜FSR指標(biāo)和中心波長J。，按式(C)確定空氣隙長度W的大小，
潔丄 (C);
由此得到FFP濾波器腔內(nèi)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用雙向光束傳輸法計(jì)算得到入射端點(diǎn)的反射能 量和出射端點(diǎn)的透射能量；然后改變鍍膜直徑大小，通過監(jiān)測峰值輸出點(diǎn)透射和反射功率變 化，透射功率最大值對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑即為插入損耗最小的最優(yōu)鍍膜直徑。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)
(1) 不需要額外的材料和器件，可以節(jié)約制造成本。與采用大模場直徑的光纖或腔內(nèi)插 入波導(dǎo)相比，成本低得多。
(2) 易于實(shí)現(xiàn)，工藝難度低。僅僅在原來鍍膜工藝的基礎(chǔ)上，通過工藝手段調(diào)整膜層的 直徑大小，非常方便。
(3) 可獲得較低的插入損耗。特別是對(duì)于端面反射率高、空氣隙長度大和小模場半徑的 光纖，插入損耗的改善明顯。
(4) 通用性。對(duì)于利用法布里-珀羅原理和端面鍍膜的固定和調(diào)諧式法布里-珀羅濾波器、 傳感器，無論入射、出射介質(zhì)是單模光纖還是硅基平面波導(dǎo)器件，腔內(nèi)介質(zhì)是空氣或其他介 質(zhì)等條件，只要入射到法布里-珀羅腔的光束為基模高斯光束，都可以采用該方法降低插入損 耗，提高濾波器的性能。
(5) 可制造更小自由譜和半波寬度的FFP濾波器。由于降低了插入損耗，可以突破腔長 不得大于lOWn的限制，在較小工藝難度的條件下得到更小自由譜和半波寬度的FFP濾波器， 滿足DWDM通信系統(tǒng)和信號(hào)處理的各種實(shí)際要求。


圖1. 1為本發(fā)明涉及的FFP濾波器框圖。 圖1. 2為本發(fā)明涉及的FFP濾波器鍍膜截面圖。 圖2為大光纖模式尺寸的FFP濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為腔內(nèi)插入光波導(dǎo)的FFP濾波器結(jié)構(gòu)圖。
圖4. l為不同自由譜(不同空氣隙長度)時(shí)峰值透射、反射功率與鍍膜直徑的關(guān)系； 圖4. 2為不同光纖直徑時(shí)峰值透射、反射功率與鍍膜直徑的關(guān)系； 圖4.3為不同反射率(不同鍍膜層數(shù))時(shí)峰值透射、反射功率與鍍膜直徑的關(guān)系。 其中l(wèi)是單模入射光纖覆層，2是單模出射光纖覆層，3是單模入射光纖纖芯，4是單 模出射光纖纖芯，5是空氣隙，6是入射端鍍膜層，7是出射端鍍膜層，8是光纖纖芯直徑，9 是光纖覆層直徑，IO是鍍膜直徑，ll是標(biāo)準(zhǔn)單模入射光纖，12是多模出射光纖，13是大模 式尺寸入射光纖，14是大模式尺寸出射光纖，15是滑套，16是毛細(xì)套管，17是內(nèi)插波導(dǎo)覆 層，18是內(nèi)插波導(dǎo)芯層。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的工作原理當(dāng)介質(zhì)薄膜完全覆蓋光纖的纖芯和覆層時(shí)，由于鍍膜介質(zhì)較光纖對(duì)
6空氣的反射率大得多，衍射能量大多通過空氣隙側(cè)面直接逸出法布里-珀羅腔；當(dāng)介質(zhì)薄膜不 完全覆蓋纖芯和覆層時(shí)，除了從空氣隙直接逸出的能量外，衍射能量既有可能通過入射或出 射光纖的覆層逸出造成損耗，也有可能通過覆層沿著入射光纖反射和出射光纖透射增加反射 和透射能量。顯然，介質(zhì)薄膜完全覆蓋光纖的纖芯和覆層時(shí)會(huì)帶來最大的衍射損耗，在同樣 工藝條件下這類濾波器的插入損耗最大。因此，如何選擇不完全覆蓋光纖的纖芯和覆層的鍍 膜介質(zhì)，使逸出能量最低就為我們選擇最佳的鍍膜直徑的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
按照多光束干涉原理描述法布里-珀羅腔內(nèi)能量的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)表達(dá)式非常復(fù)雜，事實(shí)上我們 感興趣的也只是如何通過減少腔內(nèi)的逸出衍射損耗而增加透射能量。利用雙向光束傳輸法 (Bidirectional Beam Propagation Method, Bidirectional BPM)計(jì)算入射端點(diǎn)的反射能 量和出射端點(diǎn)的透射能量，通過監(jiān)測峰值輸出點(diǎn)透射和反射功率變化，可以得到最優(yōu)的介質(zhì) 薄膜直徑大小。對(duì)鍍膜層直徑進(jìn)行優(yōu)化后， 一方面可防止因?yàn)檠苌淠芰客ㄟ^包層從入射光纖 出射，導(dǎo)致增大反射能量，使透射能量降低；另一方面可有效阻止衍射能量全部從空氣隙中 逸出產(chǎn)生的衍射損耗。其對(duì)于利用法布里-珀羅原理和端面鍍膜設(shè)計(jì)的固定或調(diào)諧式FFP濾波 器，都可以采用該方法降低插入損耗，提高濾波器的性能。
具體而言，降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法，包括 首先根據(jù)濾波器精細(xì)度指標(biāo)巧/7e"e由式(a)確定鍍膜層反射率/ 的大小，
= i^/^ (a);
再按照介質(zhì)薄膜膜系材料的高、低折射率W和仏及光纖折射率仏，利用薄膜光學(xué)理論按 式(b)計(jì)算鍍膜層數(shù)A
<formula>formula see original document page 7</formula>
然后根據(jù)濾波器自由譜FSR指標(biāo)和中心波長A。，按式(c)確定空氣隙長度"的大小，
<formula>formula see original document page 7</formula>(C);
由此得到FFP濾波器腔內(nèi)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，包括腔長、鍍膜層和腔內(nèi)空氣介質(zhì)，然后利用雙 向光束傳輸法計(jì)算得到入射端點(diǎn)的反射能量和出射端點(diǎn)的透射能量；在FFP濾波器的實(shí)際應(yīng) 用中，我們更為關(guān)心的是透射峰值輸出點(diǎn)的透射功率大小，最后通過監(jiān)測峰值輸出點(diǎn)透射和 反射功率變化，即得到插入損耗最小的介質(zhì)薄膜直徑大小。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，最優(yōu)介質(zhì)薄膜直徑為 光纖纖芯直徑的2 3倍，具體值與精細(xì)度和自由譜等設(shè)計(jì)指標(biāo)有關(guān)。
本方法可以在固定式光纖法布里-珀羅濾波器、調(diào)諧式光纖法布里-珀羅濾波器、硅基平 面波導(dǎo)器件、非本征光纖傳感器和法布里-珀羅腔內(nèi)包含介質(zhì)的濾波器中得到應(yīng)用。本方法還 可以在包含法布里-珀羅腔，并在腔內(nèi)利用端面鍍膜的集成器件中得的應(yīng)用，如內(nèi)含有光纖法布里-珀羅濾波器的光纖環(huán)等。上述應(yīng)用中，至少在法布里-珀羅腔的一個(gè)端面鍍膜。本方法 在非本征光纖傳感器的應(yīng)用中，鍍膜膜系可以為增反膜或增透膜。
本方法在固定式光纖法布里-珀羅濾波器、調(diào)諧式光纖法布里-珀羅濾波器、硅基平面波 導(dǎo)器件和非本征光纖傳感器的應(yīng)用中，法布里-珀羅腔的腔內(nèi)介質(zhì)可以為單一介質(zhì)，也可以在
腔內(nèi)插入光纖或光波導(dǎo)。本方法在法布里-珀羅腔內(nèi)包含介質(zhì)的濾波器的應(yīng)用中，法布里-珀 羅腔內(nèi)可以為液晶，也可以為其他介質(zhì)；同時(shí)使入射到法布里-珀羅腔的光束為基模高斯光束。 下面結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)說明。
本發(fā)明涉及的FFP濾波器框圖如圖1. 1所示，其中入射端鍍膜層6和出射端鍍膜層7 — 般為對(duì)稱形式，即1/4中心波長的高、低折射率交替的鍍膜介質(zhì)層數(shù)和材料完全相等，此時(shí) 兩個(gè)鍍膜層鏡面的反射率相等，濾波器的透射譜以中心點(diǎn)對(duì)稱。兩個(gè)鍍膜層鏡面的反射率也 可以不相等，則濾波器的透射譜不對(duì)稱，稱之為邊帶濾波器(Edge Filter)。在薄膜光學(xué)領(lǐng)域， 鍍膜介質(zhì)層的膜系表現(xiàn)為(HL)P，其中H代表光學(xué)厚度為1/4中心波長的高折射率層，L代表 光學(xué)厚度為1/4中心波長的低折射率層，p代表高低折射率膜層周期的重復(fù)次數(shù)。鍍膜層反 射率可以由菲涅耳系數(shù)矩陣法計(jì)算得到。p越大，中心波長的反射率越高，當(dāng)膜層足夠多時(shí)， 理論上反射率可以達(dá)到100%。但由于受到膜層吸收和散射損耗的限制，膜系的層數(shù)不能無限 制的增加，膜系的反射率也會(huì)由于吸收和散射達(dá)到某一極限。由于FFP腔內(nèi)光束來回反射及 光束的發(fā)散，腔內(nèi)能量的分布非常復(fù)雜，至今幾乎沒有相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)道，本發(fā)明從與FFP 腔最接近的鍍膜層研究出發(fā)，找出如何增加透射能量的腔結(jié)構(gòu)。
圖1.2中單模光纖的覆層直徑9為125ym，而纖芯直徑8只有8 10um，每層介質(zhì)膜的 缺陷都可能對(duì)FFP濾波器的性能造成嚴(yán)重的影響。由于1/4中心波長的膜系在制備過程中可 以用極值法監(jiān)控光學(xué)厚度，而且各膜層厚度的誤差相互之間有補(bǔ)償作用，所以通常采用這種 基本膜系。在光纖端面的平整度及光纖端面與光纖軸線的垂直度等工藝因素的影響確定后， 鍍膜層唯一可變的因素就是其尺寸大小(直徑)，采用本發(fā)明的Bidirectional BPM對(duì)不同鍍 膜直徑進(jìn)行掃描計(jì)算，可以從理論上得到最優(yōu)的介質(zhì)薄膜直徑大小。
圖4. 1 4. 3是采用本發(fā)明涉及的Bidirectional BPM分析不同參數(shù)下反射和透射功率與 鍍膜直徑的關(guān)系曲線。濾波器的基本參數(shù)為單模光纖纖芯折射率為仏尸l. 4859396，覆層折 射率為仏。=1.49，纖芯直徑為8 16w歷，覆層直徑為80w歷。高折射率鍍膜層介質(zhì)折射率為 "/p2.3，低折射率鍍膜層介質(zhì)折射率為/7尸1. 3，中心波長A^1.495w瓜滿足1/4中心波長 高折 率鍍膜層厚度為e^O. 1625//歷，低折射率鍍膜層厚度為e尸0.2875w歷。
其中圖4.1為不同自由譜即不同空氣隙長度(airgap)時(shí)峰值透射、反射功率與鍍膜直 徑的關(guān)系曲線，Rl、 R2、 R3依次表示三種結(jié)構(gòu)濾波器下峰值反射功率，Tl、 T2、 T3依次表示 三種結(jié)構(gòu)濾波器下峰值透射功率?？諝庀堕L度分別為中心波長A。的3、 6、 9倍時(shí)，最大峰值 透射功率對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑分別為18//肌23w忍和25/z歷，即空氣隙距離越短，最優(yōu)鍍膜直徑 越小。若鍍膜直徑小于最優(yōu)值，峰值透射功率急劇減??；若鍍膜直徑大于最優(yōu)值，峰值透射 功率減小到一定程度后(對(duì)應(yīng)鍍膜直徑分別為33;/肌40 w肌42w歷)達(dá)到穩(wěn)定，不再發(fā)生 變化。相比鍍膜直徑較大的穩(wěn)定值，采用最優(yōu)鍍膜直徑時(shí)峰值透射功率的改善值分別為20%、29. 7%和77.4%，即在不同空氣隙長度的情況下，鍍膜直徑優(yōu)化后都對(duì)插入損耗有明顯的改善， 其中在空氣隙長度較長時(shí)，采用最優(yōu)鍍膜直徑對(duì)插入損耗的改善較大。
圖4.2是不同光纖直徑(fiber diameter)時(shí)反射和透射功率與鍍膜直徑的關(guān)系，當(dāng)空 氣隙長度為中心波長義fl.495ym的6倍，光纖直徑分別為8w歷、12//歷禾n 16 w孤最大峰 值透射功率對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑分別為23//歷、25w辺和26w瓜即光纖直徑越小，最優(yōu)鍍膜直徑 越小。同樣，當(dāng)鍍膜直徑小于最優(yōu)值時(shí)，峰值透射功率急劇減小；當(dāng)鍍膜直徑大于最優(yōu)值， 峰值透射功率減小到一定程度后(對(duì)應(yīng)鍍膜直徑分別為40w歷、45w歷、47w歷)達(dá)到穩(wěn)定， 不再發(fā)生變化。相比鍍膜直徑較大的穩(wěn)定值，峰值透射功率的改善值分別為29.7%、 26.4%和 23.2%，即在不同光纖直徑的情況下，鍍膜直徑優(yōu)化后都對(duì)插入損耗有明顯的改善，其中在光 纖直徑較小時(shí)，采用最優(yōu)鍍膜直徑對(duì)插入損耗的改善較大。
圖4.3為不同鍍膜層數(shù)(不同反射率)時(shí)峰值透射、反射功率與鍍膜直徑的關(guān)系曲線， 當(dāng)空氣隙長度為中心波長A^pl.495w/Z7的6倍，光纖直徑為8w孤(HL)P中鍍膜層數(shù)p分別 為2、 3、 4時(shí)，最大峰值透射功率對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑分別為13/i肌17w歷禾[]23/i瓜即反射率 越低，最優(yōu)鍍膜直徑越小。同樣，當(dāng)鍍膜直徑小于最優(yōu)值時(shí)，峰值透射功率急劇減?。划?dāng)鍍
膜直徑大于最優(yōu)值，峰值透射功率減小到一定程度后(對(duì)應(yīng)鍍膜直徑分別為19//歷、25^777、
40w歷)達(dá)到穩(wěn)定，不再發(fā)生變化。相比鍍膜直徑較大的穩(wěn)定值，峰值透射功率的改善值分別 為3.1%、 11.2%和29.7%，即在不同反射率的情況下，鍍膜直徑優(yōu)化后都對(duì)插入損耗有明顯的 改善，其中在反射率較大時(shí)，采用最優(yōu)鍍膜直徑對(duì)插入損耗的改善較大。
權(quán)利要求
1.降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法，其特征在于，包括首先根據(jù)濾波器精細(xì)度指標(biāo)Finesse由式(a)確定鍍膜層反射率R的大小，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Finesse</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>&pi;</mi><msqrt> <mi>R</mi></msqrt> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>R</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>再按照介質(zhì)薄膜膜系材料的高、低折射率mH和mL及光纖折射率nG，按式(b)計(jì)算鍍膜層數(shù)p，<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mfrac> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>H</mi></msub><mo>/</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>L</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>p</mi> </mrow></msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>n</mi><mi>H</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>/</mo> <msub><mi>n</mi><mi>G</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>H</mi></msub><mo>/</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>L</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>p</mi> </mrow></msup><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>n</mi><mi>H</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>/</mo> <msub><mi>n</mi><mi>G</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>然后根據(jù)濾波器自由譜FSR指標(biāo)和中心波長λ0，按式(c)確定空氣隙長度d的大小，<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>FSR</mi><mo>=</mo><mfrac> <msup><msub> <mi>&lambda;</mi> <mn>0</mn></msub><mn>2</mn> </msup> <mrow><mn>2</mn><mi>d</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>c</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>由此得到FFP濾波器腔內(nèi)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用雙向光束傳輸法計(jì)算得到入射端點(diǎn)的反射能量和出射端點(diǎn)的透射能量；然后改變鍍膜直徑大小，通過監(jiān)測峰值輸出點(diǎn)透射和反射功率變化，透射功率最大值對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑即為插入損耗最小的最優(yōu)鍍膜直徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其應(yīng)用所得插入損耗最小的鍍膜直徑為光 纖纖芯直徑的2 3倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其在固定式光纖法布里-珀羅濾波器、調(diào) 諧式光纖法布里-珀羅濾波器、硅基平面波導(dǎo)器件、非本征光纖傳感器和法布里-珀羅腔內(nèi)包 含介質(zhì)的濾波器中的應(yīng)用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其在包含法布里-珀羅腔，并在腔內(nèi)利用 端面鍍膜的集成器件中的應(yīng)用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于其應(yīng)用中，至少在法布里-珀羅腔的 一個(gè)端面鍍膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其特征在于其在固定式光纖法布里-珀羅濾波器、 調(diào)諧式光纖法布里-珀羅濾波器、硅基平面波導(dǎo)器件和非本征光纖傳感器的應(yīng)用中，法布里-珀羅腔的腔內(nèi)介質(zhì)為單一介質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其特征在于其在固定式光纖法布里-珀羅濾波器、 調(diào)諧式光纖法布里-珀羅濾波器、硅基平面波導(dǎo)器件和非本征光纖傳感器的應(yīng)用中，在法布里 -珀羅腔的腔內(nèi)插入光纖或光波導(dǎo)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其在法布里-珀羅腔內(nèi)包含介質(zhì)的濾波器 的應(yīng)用中，法布里-珀羅腔內(nèi)為液晶。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其在非本征光纖傳感器的應(yīng)用中，鍍膜膜 系為增反膜或增透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其在法布里-珀羅腔內(nèi)包含介質(zhì)的濾波器的應(yīng)用中，使入射到法布里-珀羅腔的光束為基模高斯光束。
全文摘要
本發(fā)明提供了降低光纖法布里-珀羅濾波器插入損耗的方法，包括首先根據(jù)濾波器精細(xì)度指標(biāo)Finesse確定鍍膜層反射率R的大小；再按照介質(zhì)薄膜膜系材料的高、低折射率n_H和n_L及光纖折射率n_G，計(jì)算鍍膜層數(shù)p；根據(jù)濾波器自由譜FSR指標(biāo)和中心波長λ₀，確定空氣隙長度d的大??；由此得到FFP濾波器腔內(nèi)的實(shí)際結(jié)構(gòu)。然后利用雙向光束傳輸法計(jì)算得到入射端點(diǎn)的反射能量和出射端點(diǎn)的透射能量；改變鍍膜直徑大小，通過監(jiān)測峰值輸出點(diǎn)透射和反射功率變化，透射功率最大值對(duì)應(yīng)的鍍膜直徑即為插入損耗最小的最優(yōu)鍍膜直徑。
文檔編號(hào)G02B6/34GK101655578SQ20091006389
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者余永林, 齊海兵 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)