CN100375912C - 一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法，属于光纤光栅制备技术领域，主要解决能快速大批量低成本生产长周期光纤光栅，以满足迅速发展的市场需求的问题，特征在于：对盖有振幅掩模板(1)的光纤(3)以电子束(5)进行辐照，使光纤(3)的微观结构发生变化，在光纤(3)上形成周期性折射率分布；电子束(5)的能量为150KeV～4MeV，辐照剂量为10～800KGY；有益之处在于：无需除去光纤的外包层及采取其他辅助工艺，适宜快速大批量低成本生产长周期光纤光栅，而且制成的光纤光栅机械特性好，热稳定性高，并且适于用各种光纤制备长周期光纤光栅。

Description

一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法
技术领域
本发明属于光纤光栅制备领域，涉及一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法。
背景技术
依据光栅周期的不同，光纤光栅可以分为长周期光纤光栅(LPFG)和光纤布拉格光栅(FBG)。LPFG又称传输光栅，其周期通常为几十微米到几百微米。FBG又称短周期光栅和反射光栅，其周期为零点几微米到几微米。LPFG具有很好的传输谱特性，它把光纤芯经传输的导模能量耦合到包层中从而导致相应波长的传输损耗，是一种理想的带阻传输滤波器，还具有宽带滤波的性能，同时制作工艺简单、插入损耗小、无后向反射、与偏振无关和体积小等优点，在光纤通信和光传感系统中有许多的重要应用特别适合于光纤放大器和激光器输出的光谱整形，尤其特别适合制作EDFA增益平坦的波波器，是全光网络中不可缺少的基本器件。目前国内外长周期光纤光栅的制备方法有如下几种：一是曝光法，曝光的光通常是波长为193nm或248nm的紫外光，此法又有逐点曝光法和振幅掩模法之分，逐点曝光法的优点是灵活性高，可制作不同光谱特性的光栅，但不能用于批量生产；振幅掩模法的优点是可以实现光纤光栅的批量生产，但不同的光栅需要使用不同的掩模板，并且会阻挡准分子激光器的大部分激光，降低激光的能量效率，为了缩短写入时间，准分子激光器必须以很大的功率工作，这又会缩短激光器光元件的寿命，但曝光法制作的光栅光敏性不足，热稳定性差，因此只能用于具有光敏性的掺锗石英光纤，而且形成的光纤光栅，写入前需对其进行提高光敏性处理，写入后还需退火处理，因此，工艺复杂、制作时间长，成本高；二是物理变形法，此法又有加热拉伸和刻槽加压之分，加热拉伸法中，光纤需除去外包层，用电弧加热光纤的局部下斜区段，以电弧的持续时间控制该区段的微弯的大小，其优点是光栅具有低的插入损耗和高的热稳定性(达800C)，缺点是光纤的机械特性下降，工艺条件不易控制，不适宜批量生产；刻槽加压法中，是将光纤放在一块平板和一块刻有周期性凹槽的面板之间，向刻有凹槽的板放压，由于光弹效应，在压力点产生折射率变化而形成LPFG，其缺点在于光栅的热稳定性差。
发明内容
解决的技术问题：
本发明提供一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法，对盖有振幅掩模板的光纤进行电子辐照，使光纤微观结构发生变化，在光纤上形成周期性折射率分布，制备长周期光纤光栅；能克服现有技术中存在的不足，电子辐照穿透能力强，电子束辐照面积大，无需除去光纤的外包层以及采取其他辅助工艺，适宜快速大批量低成本生产，而且制成的光纤光栅机械特性好，热稳定性高，并且适于用各种光纤制备长周期光纤光栅。
采用的技术方案：
一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法，其特征在于：对盖有振幅掩模板的光纤以电子束进行辐照，使光纤微观结构发生变化，在光纤上形成周期性折射率分布，具体工艺如下：振幅掩模板直接将光纤压紧固定在垫板上，电子束直接通过振幅掩模板辐照光纤；电子束的能量为150KeV～4MeV，辐照剂量为10～800KGY(戈瑞)。
有益效果：
本发明用于制备长周期光纤光栅时，由于电子辐照穿透能力强，电子束辐照面积大，工艺简单，无需除去光纤的外包层及采取其他辅助工艺，适宜快速大批量低成本生产，而且制成的光纤光栅机械特性好，热稳定性高，并且适于用各种光纤制备长周期光纤光栅。
附图说明
图1、制备工艺原理图；
图2、振幅掩模板结构示意图；
具体实施方式
结合附图进一步详加说明；
如图1所示，振幅掩模板1与垫板2将光纤3单层对夹式固定在两板中间，辐照源4发射电子束5，电子束5直接通过振幅掩模板1辐照光纤3。图中7—为光纤芯径，8—为光纤外包层。
如图2所示，振幅掩模板1的具体结构如下：长L为8～12cm，宽m为1.5～3.0cm，厚度δ为0.8～1.2mm，周期d为200～600μm，条孔6的长S为1～2.0cm，宽n为100～300μm；用一块振幅掩模板可一次同时辐照10～30根光纤。
实施例如下表：
振幅掩模板1的结构为：长L为10cm，宽m为2cm，厚度δ为1mm，周期d为300和500μm，条孔6的长S为1.4cm，宽n为150和250μm，一次同时辐照20根光纤。
    例序号     1     2     3     4     5     6     7     8
    电子束能量     0.5MeV     0.5MeV     1MeV     1MeV     1MeV     1MeV     3MeV     3MeV
    辐照剂量(KGY) 200 600 100 300 500 700 50 100
关于辐照时间t，t与电子束的能量和辐照剂量三者之间有一定的数学关系式，知其二可计算出其一，如例5，电子束的能量为1MeV、辐照剂量为500KGY，辐照时间t为707秒。
普通工业电子加速器产生的电子束的能量为150KeV～10MeV，辐照而积可达60×60cm。
振幅掩模板宜选用重金属材料制作，并采用激光或离子切割法开条孔6。
在频谱图上，光谱特性峰值取决于电子束的能量和辐照剂量。

Claims (2)

1.一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法，其特征在于：对盖有振幅掩模板(1)的光纤(3)以电子束(5)进行辐照，使光纤(3)的微观结构发生变化，在光纤(3)上形成周期性折射率分布，具体工艺如下，振幅掩模板(1)直接将光纤(3)压紧固定在垫板(2)上，电子束(5)直接通过振幅掩模板(1)辐照光纤(3)，电子束(5)的能量为150KeV～4MeV，辐照剂量为10～800KGY。
2.根据权利要求1所述的一种利用电子束制备长周期光纤光栅的方法，其特征在于：振幅掩模板(1)的具体结构如下：长L为8～12cm，宽m为1.5～3.0cm，厚度δ为0.8～1.2mm，周期d为200～600μm，条孔(6)的长S为1～2.0cm，宽n为100～300μm。
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