[發(fā)明專利]超聲驅(qū)動(dòng)光纖繞組濾波器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010171812.4
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN101846817A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰;張文定;張國(guó)權(quán);許京軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/125
• 分類號(hào): G02F1/125
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術(shù)領(lǐng)域】：

本發(fā)明是對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)的光纖可調(diào)濾波器的新的驅(qū)動(dòng)模式，屬于光通訊領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】：

在光通訊領(lǐng)域，需要各種各樣的濾波器以滿足在光通訊中波長(zhǎng)復(fù)用需要。超聲驅(qū)動(dòng)的光纖濾波器具有很多優(yōu)點(diǎn)[1，2]，即濾波位置可調(diào)，濾波強(qiáng)度可調(diào)，可以直接接駁于光纖通路等優(yōu)點(diǎn)。

但是一般的超聲驅(qū)動(dòng)方式是采用驅(qū)動(dòng)單根光纖的方式，即超聲波由壓電陶瓷產(chǎn)生，經(jīng)喇叭口形狀(即圓錐體)的超聲聚能器將能量匯集，再通過(guò)粘接膠將超聲波傳入單根光纖[3]。

超聲波在介質(zhì)中傳播，使介質(zhì)的密度產(chǎn)生微小的周期性擾動(dòng)，這種傳播的疏密波相當(dāng)于在介質(zhì)中形成一運(yùn)動(dòng)的光柵。當(dāng)超聲波的頻率合適的情況下，運(yùn)動(dòng)光柵的周期和光波長(zhǎng)可比擬，從而對(duì)入射其中的光波產(chǎn)生作用。也就是說(shuō)，改變超聲波的頻率和功率會(huì)影響介質(zhì)的光導(dǎo)通性質(zhì)，這也是超聲驅(qū)動(dòng)的濾波器的基礎(chǔ)。超聲波的光纖濾波器作用機(jī)理與此大同小異，唯一區(qū)別的是，超聲波的光纖濾波器所依靠的是超聲波在光纖中傳播造成光纖周期性微彎，使纖芯模式和包層模式之間發(fā)生耦合。這種周期性的微彎也是可以通過(guò)調(diào)整超聲波的頻率和功率來(lái)改變的。

目前所使用的超聲驅(qū)動(dòng)光纖濾波器，除去涂覆層的光纖沿垂直于圓錐形超聲聚能器軸線的方向用膠粘接在超聲聚能器的尖端[4，5]，或者沿超聲聚能器的軸線方向的通透小孔穿過(guò)后再進(jìn)行粘接[6]。壓電陶瓷(也叫超聲換能器)粘接在超聲聚能器的圓錐底部。射頻信號(hào)源驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷產(chǎn)生特定頻率的超聲波，通過(guò)圓錐形的超聲聚能器對(duì)超聲波的能量進(jìn)行匯聚后，再傳導(dǎo)進(jìn)入光纖。

測(cè)試濾波特性時(shí)一般以白光光源從濾波器一端導(dǎo)入光纖，另一端導(dǎo)出的光波引入光譜分析儀中。分別測(cè)量加載超聲波驅(qū)動(dòng)與不加載超聲波驅(qū)動(dòng)的透過(guò)曲線，從而分析其濾波性能。窄帶濾波一般會(huì)在寬譜透過(guò)的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生一個(gè)低透過(guò)的向下的尖峰。

由于一般的考慮是提高超聲濾波器的聲光轉(zhuǎn)換效能，使聲波最大程度的耦合傳導(dǎo)進(jìn)入光纖，所以都采用圓錐體的聚能器，其它形狀的聚能器對(duì)超聲能量的聚集效果不如圓錐體聚能器。對(duì)于高頻驅(qū)動(dòng)電路，壓電驅(qū)動(dòng)器不能做得太大，要求圓錐體很小，加工困難，并且圓錐體聚能器的尖端更小，此方案一般只能驅(qū)動(dòng)單根光纖，也有文獻(xiàn)報(bào)道可驅(qū)動(dòng)兩根光纖[7]，但對(duì)粘接工藝的要求明顯太高，不適于批量生產(chǎn)。上面已經(jīng)說(shuō)明，為了使超聲波可以有效地耦合進(jìn)入光纖，減小聲波損耗，所驅(qū)動(dòng)的光纖必須先除去涂覆層。為了達(dá)到有效的窄帶濾波，所用的裸纖必須足夠長(zhǎng)。這樣就帶來(lái)另一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題：光纖除去涂覆層之后，單根的裸纖非常易斷，不利于器件的使用與維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有一般超聲驅(qū)動(dòng)的光纖窄帶濾波器占用空間大，超聲角錐只能驅(qū)動(dòng)單根光纖，光纖濾波器容易折斷破損和加工困難的問(wèn)題，提供一種超聲驅(qū)動(dòng)光纖繞組濾波器。

本發(fā)明重新設(shè)計(jì)了楔形超聲聚能器，新的濾波器中由楔形聚能器驅(qū)動(dòng)光纖繞組，用以解決單根裸纖容易折斷的問(wèn)題。

本發(fā)明提供的超聲驅(qū)動(dòng)光纖繞組濾波器，包括一個(gè)楔形超聲聚能器，光纖繞組的除去涂覆層的裸纖部分粘接在楔形超聲聚能器的楔形角錐刃口處，楔形超聲聚能器的底部粘接用于驅(qū)動(dòng)光纖繞組的壓電驅(qū)動(dòng)器(超聲換能器)，壓電驅(qū)動(dòng)器與射頻信號(hào)源連接，壓電驅(qū)動(dòng)器的底部粘接有吸聲材料。

所述的光纖繞組呈單層緊密排列，并且固定區(qū)域的涂覆層全部被除去，即繞組中裸纖都是相鄰且單層排列的，以便于和楔形角錐刃口完全接觸。

所述的壓電驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷。

所述的光纖繞組中的部分光纖可換成其它光纖器件以形成新式的濾波器。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

一般的超聲驅(qū)動(dòng)光纖窄帶濾波器所采用的超聲聚能器為圓錐狀，這樣可以使超聲波有效地匯聚到一點(diǎn)，從而在同一射頻輸出功率下達(dá)到對(duì)單根光纖最大的驅(qū)動(dòng)效率。采用新設(shè)計(jì)的楔形超聲聚能器之后，如果只驅(qū)動(dòng)一根光纖，則效率會(huì)有所下降。但是楔形超聲聚能器由于與光纖接觸的地方為刃口，不是一個(gè)尖端，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多根光纖，實(shí)踐表明，超聲驅(qū)動(dòng)的光纖繞組的濾波實(shí)際上可以近似看作每根光纖的單獨(dú)濾波的疊加(具體見(jiàn)實(shí)施例)。這樣既可以完美地彌補(bǔ)楔形超聲聚能器對(duì)單根光纖驅(qū)動(dòng)效率不足的缺點(diǎn)，也不會(huì)造成射頻驅(qū)動(dòng)源太大的負(fù)擔(dān)——即在相同的射頻輸出功率下，可以達(dá)到甚至超過(guò)圓錐形超聲聚能器對(duì)單根光纖驅(qū)動(dòng)的效果。

楔形超聲聚能器驅(qū)動(dòng)的光纖繞組呈單層排列，并且固定區(qū)域的涂覆層(如圖1所示)全部被除去，即繞組中裸纖都是相鄰且單層排列的，以便于和楔形角錐刃口完全接觸，單層并列的裸纖使它的強(qiáng)度要比單根裸纖強(qiáng)得多。