一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及用于上载/下载滤波和物理量传感测量的，一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器。
【背景技术】
[0002]微球谐振腔是半径从几微米到几百微米的球形光学谐振腔。通过在微球表面不断的发生全反射，微球腔将光约束在赤道平面附近并沿大圆绕行，激发出特有的回音壁模式(Whispering Gallery Mode，简称WGM或WG)。由于全反射的作用，球外光场为倏逝场，这种光波是非传播波，因此渗出微球以外的光及其微弱，所以它能够将光约束在很小的体积内很长时间，而几乎没有任何损失，故微球谐振腔以其拥有能够将能量长时间储存在很小的体积内的能力而备受关注。光学微球腔由于超高的品质因数(Q)和较小的模式体积被广泛应用于光集成器件、光滤波器、低阈值激光发射、高灵敏传感器、光通信器件等领域。
[0003]如何高效地激发微腔中的谐振模式是微球谐振腔在实际应用中需要解决的问题。棱镜和集成波导激发方式器件尺寸大，效率不是很高。采用锥形光纤与微球腔耦合的方式可以将光有效地耦合进/出微球腔，激发高Q谐振模式，耦合效率可达99%以上，因而被研究人员广泛采用。但如何使光纤锥和微球的相对位置保持长期稳定是其能够有效应用的关键。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种封装牢固，紧凑，抗干扰能力强的，集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器。
[0005]—种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，包括悬挂芯光纤和微球，悬挂芯光纤包括包层和纤芯，包层为环状结构，包层内部为空气孔，包层的内径为50?250微米，包层的内径与外径之差为20?40微米，纤芯悬挂于包层内壁，纤芯的直径为9?13微米，纤芯折射率大于包层直射率;微球直径为50-200微米，微球折射率大于等于纤芯折射率，微球位于包层内部，微球通过局部加热与纤芯粘合，悬挂芯光纤的两端与单模光纤利用纤芯对准直接进行耦合。
[0006]本发明一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，还可以包括:
[0007]1、纤芯为一个或多个。
[0008]2、纤芯为一个时，纤芯与微球粘合是通过在纤芯与微球接触点进行加热粘合的。
[0009]3、纤芯为多个时，纤芯与微球粘合是通过在微球所处位置加热坍塌粘合的。
[0010]有益效果:
[0011]1、利用悬挂芯光纤将波导和微球均集成在包层玻璃管内部，该滤波器件封装牢固，紧凑，集成度高，抗干扰能力强，适合长期稳定工作；
[0012]2、利用悬挂芯光纤制备微球谐振滤波器，制作工艺简单，难度低，制备成品重复率尚;
[0013]3、该微球谐振滤波器可实现普通的滤波器，也可实现上载/下载滤波器，由于空气孔的存在，该器件可实现对微流溶液或气体浓度的传感测量。
【附图说明】
[0014]图1是集成于悬挂单芯光纤内部的微球谐振滤波器结构图；
[0015]图2(a)是悬挂单芯光纤的横截面示意图；图2(b)是悬挂多芯光纤横截面示意图；
[0016]图3是悬挂单芯光纤纤芯与微球粘合制备和悬挂单芯光纤与单模光纤纤芯对准焊接不意图；
[0017]图4是集成于悬挂双芯光纤内部的微球谐振上载/下载滤波器结构图；
[0018]图5是悬挂双芯光纤纤芯与微球粘合制备和悬挂双芯光纤与单模光纤纤芯对准焊接不意图；
[0019]图6是悬挂单芯光纤内部的微球谐振滤波器仿真结果。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0021]本发明是用一种特殊的悬挂芯光纤将微球封装到光纤内部，悬挂芯光纤因纤芯裸露在空气中，可以有效的激发谐振模式。该滤波器件封装牢固，紧凑，适合长期稳定工作，制作重复率高。
[0022]本发明的目的在于提供一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器。
[0023]本发明的目的是这样实现的:一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器是由一段具有大空气孔的悬挂芯光纤6和一个微球腔4构成。悬挂芯光纤6两端与单模光纤7利用纤芯对准直接进行耦合;微球4通过局部加热与纤芯实现牢固粘合。大空气孔悬挂芯光纤6的包层2是中心具有一个直径50-250微米空气孔3的环形结构，包层环厚20-40微米，纤芯I悬挂于包层内壁，纤芯直径9-13微米，纤芯折射率大于包层折射率。悬挂芯光纤可以有一个纤芯I或多个纤芯5-1和5-2。微球4直径50-200微米，微球折射率大于等于纤芯折射率。悬挂单芯光纤纤芯I与微球4粘合是通过旋转纤芯方位使纤芯I接触微球4，然后在接触点8进行加热粘合的。悬挂多芯光纤纤芯5-1和5-2与微球4粘合是通过在微球所处位置9加热坍塌粘合的。集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，其工作原理是当激光光源从单模光纤耦合到悬挂芯光纤，悬挂芯光纤纤芯因裸露在空气中，有较强的倏逝场，故可以与微球发生谐振，进而实现微球谐振滤波器。基于多芯光纤的微球谐振滤波器也可用于上载/下载滤波器。由于空气孔的存在，该器件可实现对微流溶液或气体浓度的传感测量。
[0024]本发明提供了一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，该滤波器是由一段具有大空气孔的悬挂单芯或多芯光纤和一个微球腔构成。悬挂芯光纤两端与单模光纤利用纤芯对准直接进行耦合;微球通过局部加热与纤芯实现牢固粘合。悬挂芯光纤因纤芯裸露在空气中，有较强的倏逝场，可以与石英微球发生谐振，进而实现微球谐振滤波器。由于纤芯和微球均在包层玻璃管内部，该滤波器件封装牢固，紧凑，集成度高，抗干扰能力强，适合长期稳定工作;器件制作重复率高，制作难度降低。同时由于空气孔的存在，该器件可实现微流溶液或气体浓度等传感测量。
[0025]—种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，滤波器是由一段具有大空气孔的悬挂芯光纤和一个微球腔构成。悬挂芯光纤两端与单模光纤利用纤芯对准直接进行耦合；微球通过局部加热与纤芯实现牢固粘合。
[0026]大空气孔悬挂芯光纤的包层是中心具有一个直径50-250微米空气孔的环形结构，包层环厚20-40微米，纤芯悬挂于包层内壁，纤芯直径9-13微米，纤芯折射率大于包层折射率。
[0027]大空气孔悬挂芯光纤可以有一个或多个纤芯。
[0028]微球直径50-200微米，微球折射率大于等于纤芯折射率。
[0029]悬挂单芯光纤纤芯与微球粘合是通过旋转纤芯方位使纤芯接触微球，然后在接触点进行加热粘合的。
[0030]悬挂多芯光纤纤芯与微球粘合是通过在微球所处位置加热坍塌粘合的。
[0031]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0032]实施例1:
[0033]结合图1、图2(a)、图3和图6，一种集成于悬挂单芯光纤内部的微球谐振滤波器由一段具有大空气孔的悬挂芯光纤6和一个微球腔4构成。悬挂芯光纤纤芯直径9微米，微球直径100微米。微球4在一定的气压下可被吸入空气孔内，通过旋转悬挂单芯光纤的方位，使纤芯位置朝下，利用电弧放电或氢氧焰在微球位置8进行加热，控制加热温度，使光纤不变形，微球即可与纤芯实现牢固粘合。悬挂芯光纤6两端与单模光纤7的纤芯利用电弧焊接机对准，直接进行耦合；当激光光源从单模光纤耦合到悬挂芯光纤，悬挂芯光纤纤芯因裸露在空气中，有较强的倏逝场，故可以与微球发生谐振，进而实现微球谐振滤波器。由于空气孔的存在，该器件可实现对微流溶液或气体浓度的传感测量。图6是该结构在1.5微米波长下利用有限元方法进行的二维仿真实验结果。
[0034]实施例2:
[0035]结合图2(b)、图4和图5，一种集成于悬挂多芯光纤内部的上载/下载滤波器由一段具有大空气孔的悬挂双芯光纤6和一个微球腔4构成。悬挂芯光纤纤芯直径10微米，微球直径150微米。微球4在一定的气压下可被吸入空气孔内，通过旋转悬挂双芯光纤的方位，使一个纤芯位置朝下，利用电弧放电或氢氧焰在微球位置进行加热，控制加热温度，使加热处9i丹塌，微球即可与两个纤芯同时实现牢固粘合。悬挂双芯光纤6两端的两个纤芯5-1和5-2分别与单模光纤7的纤芯利用焊接机对准，直接进行耦合;当激光光源从单模光纤耦合到悬挂双芯光纤纤芯5-1，悬挂芯光纤纤芯因裸露在空气中，有较强的倏逝场，故可以与微球发生谐振，进而实现微球谐振滤波器，双芯光纤纤芯5-2又可以与微球在上方接触点实现谐振，故可以实现上载下载滤波器。
【主权项】
1.一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，其特征在于:包括悬挂芯光纤和微球，悬挂芯光纤包括包层和纤芯，包层为环状结构，包层内部为空气孔，包层的内径为50?250微米，包层的内径与外径之差为20?40微米，纤芯悬挂于包层内壁，纤芯的直径为9?13微米，纤芯折射率大于包层直射率;微球直径为50-200微米，微球折射率大于等于纤芯折射率，微球位于包层内部，微球通过局部加热与纤芯粘合，悬挂芯光纤的两端与单模光纤利用纤芯对准直接进行耦合。2.根据权利要求1所述的一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，其特征在于:所述的纤芯为一个或多个。3.根据权利要求2所述的一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，其特征在于:所述的纤芯为一个时，纤芯与微球粘合是通过在纤芯与微球接触点进行加热粘合的。4.根据权利要求2所述的一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器，其特征在于:所述的纤芯为多个时，纤芯与微球粘合是通过在微球所处位置加热坍塌粘合的。
【专利摘要】本发明公开了一种集成于悬挂芯光纤内部的微球谐振滤波器。包括悬挂芯光纤和微球，悬挂芯光纤包括包层和纤芯，包层为环状结构，包层内部为空气孔，包层的内径为50～250微米，包层的内径与外径之差为20～40微米，纤芯悬挂于包层内壁，纤芯的直径为9～13微米，纤芯折射率大于包层直射率；微球直径为50-200微米，微球折射率大于等于纤芯折射率，微球位于包层内部，微球通过局部加热与纤芯粘合，悬挂芯光纤的两端与单模光纤利用纤芯对准直接进行耦合。本发明具有封装牢固，紧凑，集成度高，抗干扰能力强，适合长期稳定工作的优点。
【IPC分类】G02B6/293, G02B6/02
【公开号】CN105549156
【申请号】CN201610015487
【发明人】关春颖, 杨菁, 徐义航, 王鹏飞, 史金辉, 苑立波
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月12日