引用本文:

谌浩然,张瑶,薛晨阳,等:光纤环形谐振腔Q值与谐振深度优化研究[J]. 光通信技术,2018,42(1):56-59.

光纤环形谐振腔Q值与谐振深度优化研究

谌浩然1,张 瑶2,薛晨阳1,张成飞1,王 颖1,郑永秋1

(1.中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051; 2.中北大学 信息与通信工程学院,太原030051)

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摘要:高Q值、高谐振深度的光纤环形谐振腔影响着以其为核心敏感元件的光学检测系统精度。为了提升谐振腔Q值和谐振深度,理论分析了腔长、分光比和腔内损耗对两者的影响。分别使用5种分光比的耦合器搭配5种长度的光纤制作了谐振腔并进行测试。结果表明:Q值与腔长呈正相关,与分光比呈负相关;谐振深度和分光比与腔内损耗之间的匹配程度呈正相关。实验中得到了Q值超过1×108、谐振深度超过85%的谐振腔。

关键词:光纤环形谐振腔;Q值;谐振深度;临界耦合

中图分类号:TN253 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)01-0056-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.01.016

0 引言
    光学谐振腔是利用光纤制作而成的[1],凭借其简单的结构和良好的光学特性,被广泛应用于光学陀螺[2]、光纤滤波器、光纤激光器、光电振荡器和高分辨率光谱分析仪等多种领域,在光学延迟线、生物传感检测等方面也有潜在的应用前景。目前,光学谐振腔主要有光波导谐振腔(Opti- cal Waveguide Resonator, OWR)、微球腔(Micros- phere Resonator, MR)和光纤环形谐振腔(Fiber Ring Resonator, FRR)3类。OWR在谐振式光学陀螺上的应用已取得了很大进步[3~8],其Q值达到了4.7×107[9~11],但由于制作工艺水平限制,OWR的传输损耗还有待进一步降低。MR在批量制作和封装工艺方面并不成熟且传播模式复杂多样,投入实际应用较为困难[12]。FRR可将光能集中于光纤纤芯中进行有效存储,具有连接简单方便、插入损耗低和制作工艺成熟的优点,已取得广泛应用,其Q值可达107~109。
    Q值和谐振深度是光纤环形谐振腔的主要参数,影响着以谐振式光学陀螺和光电振荡器为代表的光学检测系统的检测精度[13]。因此,本文对Q值和谐振深度进行深入研究,采取相应措施提高Q值和谐振深度,为开展基于光纤环形谐振腔的各种应用研究奠定基础。

3 结束语
    本文详细介绍了光纤环形谐振腔腔长、分光比对Q值的影响,分析了腔内损耗与耦合器分光比的匹配程度和谐振深度的关系,并建模仿真完成了实验测试。测试结果表明:谐振腔Q值与腔长成正相关,与耦合器分光比成负相关,适当提高腔长、降低分光比均可提高Q值;谐振深度和分光比与腔内损耗的匹配程度成正相关,匹配程度越高,谐振深度越高,当腔内光能量的损耗与补充处于动态平衡时,FRR达到临界耦合状态,谐振深度最高。实验结果与理论仿真结果基本相符。另外,我们还得到了Q值超过1×108、谐振深度超过85.27%的光纤环形谐振腔。本文实现了高Q值、高谐振深度的FRR,这为提高以FRR为核心敏感单元的光学检测系统精度提供了理论参考和实验基础。