CN101750672B - 制作太赫兹光纤光栅的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制作太赫兹光纤光栅的方法及设备。现有太赫兹频谱控制可靠性差的。本发明方法首先选择合适的微塑料套管，其次将微塑料套管的一端端接，另一端接真空泵，然后将微塑料套管固定在线性位移平台上，调节激光聚焦系统，最后开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方软化，对应微塑料套管内径处通孔封闭，在下一个周期长度重复本步骤得到太赫兹光纤光栅。本发明设备中线性位移平台的两侧设置夹具，两个夹具居中位置的上方设置有激光聚焦系统和二氧化碳激光器，真空泵与微塑料套管的另一端密封连接。本发明具有制作简单、成本低廉的优点。

Description

制作太赫兹光纤光栅的方法及设备
技术领域
本发明属于光学技术领域，特别是太赫兹技术领域，涉及一种基于微塑料套管的太赫兹光纤光栅制作方法以及实现该方法的设备。
背景技术
太赫兹学科是研究频率基于微波和光波之间的电磁波及其应用的、涉及电子学、光学等不同学科的一门交叉学科。太赫兹技术在传感、成像、等领域具有独特的优势，因此在公共安全、工业生产、航天以及军事等涉及到物质检测的众多领域具有重要的应用价值。实现太赫兹应用最为关键的技术之一就是实现太赫兹波的传播和控制。塑料光纤是实现太赫兹低损耗传播最为重要的器件。太赫兹波的控制包括了频谱控制技术。
目前，已经有不少实现太赫兹低损耗传输的方法，其中最为成熟的是采用塑料光纤作为传输介质。报道较多的有多孔结构的太赫兹光纤，能够把大部分的太赫兹能量保留在空气中，从而实现了低损耗传输。采用截面尺寸和工作波长可比拟的微塑料套管也能够实现太赫兹的低损耗传输。因此，太赫兹传输的技术已经比较成熟。然而在太赫兹频谱控制方面，目前还没有可靠的技术方案。目前太赫兹频谱基本上是有产生太赫兹波的方法决定的，后续实现太赫兹频谱选择的滤波器极度缺乏。本发明提出的太赫兹光纤光栅是实现太赫兹频谱选择的重要器件。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提出了一种基于微塑料套管的太赫兹光纤光栅制作方法，同时提供了实现该方法的设备。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)根据太赫兹光纤光栅的工作波长(λ)选择合适的微塑料套管。微塑料套管的材料是高密度聚乙烯(HDPE)、特氟龙(PTFE)等。微塑料套管的外径为D，满足0.5λ≤D≤1.5λ，微塑料套管的内径为d，满足0.01D≤d≤0.99D；微塑料套管的长度为L，0.5m≤L≤1m。
(2)将选定的微塑料套管的一端端接，即融化密封内部通孔。将选定的微塑料套管的另一端接真空泵，保持内部负压状态。
(3)利用夹具将微塑料套管固定在线性位移平台上，保持微塑料套管处于水平状态。调节激光聚焦系统，使得激光聚焦在微塑料套管上。
(4)开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方软化，进而出现塌陷，塌陷所对应的微塑料套管内径通孔封闭，然后关闭二氧化碳激光器。再利用线性位移平台将微塑料套管向端接的一边移动周期长度Λ，Λ＝λ/(2neff)，其中neff为微塑料套管的有效折射率，开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方再次软化塌陷。重复本步骤N次，N满足N＞100，得到太赫兹光纤光栅。
二氧化碳激光器发出的激光对微塑料套管的加工导致微塑料套管沿着长度方向呈现周期性的折射率变化，因而产生布拉格光栅效应，从而获得了太赫兹光纤光栅。
实现本发明方法的设备包括二氧化碳激光器、激光聚焦系统、真空泵、夹具、线性位移平台；线性位移平台的两侧对应设置夹具，两个夹具居中位置的上方依次对应设置有激光聚焦系统和二氧化碳激光器，二氧化碳激光器输出的激光经激光聚焦系统聚焦到微塑料套管；真空泵与微塑料套管的另一端密封连接。
本发明主要适用于太赫兹光滤波，实现太赫兹光谱控制。本发明还可以应用于太赫兹传感。利用本发明制作的太赫兹光纤光栅具有光通信波段光纤光栅同样的滤波和传感功能，是目前拓展太赫兹应用的重要器件。本发明还具有制作简单、成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为利用本发明方法制作的太赫兹光纤光栅结构图；
图3为利用本发明方法制作的太赫兹光纤光栅的反射频谱图。
具体实施方式
如图1所示，二氧化碳激光器1输出的激光经激光聚焦系统2后聚焦在微塑料套管3上；微塑料套管3的一端被端接，另外一端接真空泵6；夹具4夹住微塑料套管3，使其固定在线性位移平台5上。
具体制作太赫兹光纤光栅的方法包括以下步骤：
(1)根据太赫兹光纤光栅的工作波长(λ≈300μm)选择合适的微塑料套管。本实施例中选用的微塑料套管的材料是高密度聚乙烯(HDPE)。局部放大的微塑料套管3-1结构如图2所示，其外径为D＝300μm，其内径为d＝13.5μm；微塑料套管的长度约为1米。
(2)将选定的微塑料套管的一头端接，即融化密封内部通孔。将选定的微塑料套管的另一头接真空泵，保持内部负压状态。
(3)将微塑料套管固定在线性位移平台上，保持微塑料套管出于水平状态。调节激光聚焦系统，使得二氧化碳激光器发出的激光能够聚焦在微塑料套管上。
(4)开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方软化，进而出现塌陷，对应该地方的内径通孔封闭，然后关闭二氧化碳激光器。再利用线性位移平台将微塑料套管向端接的一边移动周期长度Λ＝110μm，开启二氧化碳激光器，使得激光聚焦的地方软化塌陷。重复上述本步骤2727次，得到太赫兹光纤光栅的长度为30cm。利用本发明方法制作的局部放大的太赫兹光纤光栅3-2结构如图2所示。
按照上述步骤完成太赫兹光纤光栅制作，通过测量可以获得该太赫兹光纤光栅的反射谱如图3所示。
太赫兹光纤光栅实现了太赫兹频段的滤波，并能应用于太赫兹传感。本发明利用二氧化碳激光器来加工适合太赫兹传播的微塑料套管，通过周期性的逐点软化微塑料套管实现了沿着微塑料套管长度方向的有效折射率调制，从而形成了太赫兹布拉格光栅结构，获得了太赫兹光纤光栅。太赫兹光纤光栅具有光通信波段光纤光栅同样的滤波和传感功能，是目前拓展太赫兹应用的重要器件。本发明还具有制作简单、成本低廉的优点。

Claims (2)

1.制作太赫兹光纤光栅的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1)根据太赫兹光纤光栅的工作波长λ选择微塑料套管，微塑料套管的外径为D、内径为d，0.5λ≤D≤1.5λ、0.01D≤d≤0.99D；微塑料套管的长度为L，0.5m≤L≤1m；
步骤(2)将选定的微塑料套管的一端端接，另一端接真空泵，保持内部负压状态；
步骤(3)利用夹具将微塑料套管固定在线性位移平台上，保持微塑料套管处于水平状态；调节激光聚焦系统，使得激光聚焦在微塑料套管上；
步骤(4)开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方软化，进而出现塌陷，塌陷处对应的微塑料套管内径通孔封闭，然后关闭二氧化碳激光器；再利用线性位移平台将微塑料套管向端接的一边移动周期长度Λ，Λ＝λ/(2neff)，其中neff为微塑料套管的有效折射率，开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方再次软化塌陷；重复本步骤N次，N＞100，即可得到太赫兹光纤光栅。
2.制作太赫兹光纤光栅的设备，包括二氧化碳激光器、激光聚焦系统、真空泵、夹具、线性位移平台，其特征在于：线性位移平台的两侧对应设置夹具，两个夹具居中位置的上方依次对应设置有激光聚焦系统和二氧化碳激光器，二氧化碳激光器输出的激光经激光聚焦系统聚焦到水平安装固定在线性位移平台上的微塑料套管，所述的微塑料套管的一端端接，另一端接真空泵，保持内部负压状态，开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方软化，进而出现塌陷，塌陷处对应的微塑料套管内径通孔封闭，然后关闭二氧化碳激光器；再利用线性位移平台将微塑料套管向端接的一边移动周期长度Λ，Λ＝λ/(2neff)，其中neff为微塑料套管的有效折射率，开启二氧化碳激光器，使得微塑料套管上激光聚焦的地方再次软化塌陷；重复N次，N＞100，即可得到太赫兹光纤光栅；
所述的微塑料套管的外径为D、内径为d，0.5λ≤D≤1.5λ、0.01D≤d≤0.99D；微塑料套管的长度为L，0.5m≤L≤1m；其中λ为太赫兹光纤光栅的工作波长。 
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