CN101806934B - 内壁融嵌式单模保偏光纤光栅及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种内壁融嵌式单模保偏光纤光栅。光纤含有一个偏心纤芯(1)，光纤中心为空气孔(3)，偏心纤芯部分嵌入折射率较低的包层(2)中、另一部分悬挂于空气孔(3)中，偏心纤芯上刻有光栅(4)。本发明的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制备方法制备的光纤结构简单制备容易，光栅写入方法简单，可调谐性大。本发明设计的内壁融嵌式单模保偏光纤因保偏特性好，所制作的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅双峰间隔大且具有较好的热稳定性，为解决温度-应力耦合提出了一个新结构器件，为与偏振相关的有源、无源器件提供新途径。

Description

内壁融嵌式单模保偏光纤光栅及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种光纤光栅，本发明也涉及一种光纤光栅的制备方法，具体地说是一种内壁融嵌式单模保偏光纤光栅及其制备方法。

背景技术

保偏光纤(PMF，Polarization Maintaining Optical Fiber)由于对线偏振光具有较强的偏振保持能力，在高级相干光通信、光纤陀螺、水听器、光纤传感器等方面有广泛的应用，它是军事领域中导弹、航空器中的关键元器件。由于光纤几何不对称制成的保偏光纤与应力型保偏光纤相比较，偏振特性保持好，温度稳定性较好，具有广泛的应用。光纤光栅传感器是光纤传感领域的研究热点，用光纤光栅的应变和热膨胀进行压力、温度等多种物理量的检测，已成为光纤光栅传感器的重要应用。而当前限制其发展的一个重要因素是它的交叉敏感问题，在这些应用中消除温度-应力耦合成为光纤光栅传感器中必须解决的一大难题。由于保偏光纤双折射的存在，保偏光纤光栅的反射谱中会形成满足布拉格条件的两个反射峰，它们的偏振态相互正交，利用这种特性，可以制作出偏振消光比较高的偏振分束器。1997年，Sudo M等人发现采用熊猫型保偏光纤光栅可以实现温度和应变两个物理量的同时测量，从而解决交叉敏感问题。通过测量这两个光栅中心波长的间隔，利用光纤光栅的基本原理，能够非常方便地得到所用保偏光纤的快慢轴折射率差值，也可以计算出该光纤的拍长。若利用光纤几何不对称制成的保偏光纤制备光纤光栅则可以实现温度不敏感的高灵敏度压力传感，为解决温度-应力耦合问题提供一种可实施的方案。

目前光纤几何不对称制成的保偏光纤如边孔保偏光纤光栅无论是分析理论还是制作工艺都已相当成熟，但边孔光纤相对制备工艺较复杂，给我们的研究带来诸多不便，需要结构更简单的保偏光纤光栅来解决。因内壁融嵌式单模保偏光纤，拉制容易，可以作为一种解决问题的方案。该光纤在拉制过程中，因表面张力的影响，单模光纤纤芯较细，纤芯很容易部分嵌入折射率较低的包层中，故保偏特性好，单模实现起来也较容易，也为保偏光纤家族增添新的一员。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、可调谐性大的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅。本发明的目的还在于提供一种简单可行的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的光纤含有一个偏心纤芯1，光纤中心为空气孔3，偏心纤芯部分嵌入折射率较低的包层2中、另一部分悬挂于空气孔3中，偏心纤芯上刻有光栅4。

本发明的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅还可以包括：

1、所述的偏心纤芯的形状呈椭圆形。

2、所述光纤中心的空气孔为圆形或D形。

3、所述空气孔的轴心与包层空心管的轴心有偏移。

4、偏心纤芯的长轴垂直于嵌入包层方向。

本发明的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制备方法包括如下步骤：

1、取一载氢后内壁融嵌式单模保偏光纤，将其中一段剥除涂敷层，进行清洁处理后将光纤固定在光纤夹具上，光纤紧贴相位掩模板，光纤夹具置于可旋转光纤的多维调节光学装置上，通过利用显微镜或CCD成像装置观察，调节多维调节光学装置使光纤纤芯长轴平行于相位掩模板且正对写入紫外光源，光纤纤芯处于空气孔的最上方或最下方；

2、光纤一端利用分束器接入宽带光源，同时接入光谱仪；

3、开启准分子激光器，紫外光经准直扩束变成平行光，最后经过相位掩模板成周期条纹，在光纤上进行曝光；

4、通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光；

5、进行封装。

本发明的要点是光纤是内壁融嵌式单模保偏光纤。光纤含有一个偏心纤芯1，光纤中心为空气孔3，光纤纤芯部分嵌入折射率较低的包层2中，部分悬挂于空气孔3中，纤芯形状呈类椭圆形。光纤中心的空气孔可以为圆形，也可以为D形；空气孔的轴心可以与包层空心管的轴心有偏移。光纤的长轴垂直于嵌入包层方向。内壁融嵌式单模保偏光纤光栅写入时首先将光纤固定在光纤夹具，为减小紫外曝光引入的双折射，调整可旋转光纤的多维调节装置，使光纤纤芯的长轴平行于相位掩模板，对准紫外光源，利用相位掩模板写入光纤光栅，相位掩模板可具有不同的周期和不同的形状。写入光栅时相位掩模板可以与光纤轴平行，也可以与光纤轴有一夹角。

所述写入紫外光可以正入射，也可以斜入射；所说光纤纤芯具有光敏性。

该光纤结构简单制备容易，光栅写入方法简单，可调谐性大。

本发明设计的内壁融嵌式单模保偏光纤因保偏特性好，所制作的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅双峰间隔大且具有较好的热稳定性，为解决温度-应力耦合提出了一个新结构器件，为与偏振相关的有源、无源器件提供新途径。

附图说明

图1是本发明制作的内壁融嵌式保偏光纤光栅结构示意图。

图2(a)、图2(b)和图2(c)是本发明的三种内壁融嵌式保偏光纤的横截面示意图。

图3是本发明用于制作内壁融嵌式保偏光纤光栅的装置示意图。

图4是本发明用于研磨内壁融嵌式D型空气孔保偏光纤的横截面示意图。

图5是本发明用于制作D型空气孔内壁融嵌式保偏光纤光栅的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明的附图中各符号的含义为：1-纤芯；2-光纤包层；3-空气；4-光纤光栅；5-待写入光栅的内壁融嵌式保偏光纤；6-紫外光束；7-准直扩束系统；8-相位掩模板；9-抛光后的D型空气孔内壁融嵌式保偏光纤。

实施方案1：

结合图3本发明用于制作内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的装置示意图。

本发明空气孔为圆形且与包层同轴(图2(a))内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制作方法的实施例，具体包括以下步骤：

①、一根空气孔为圆形且与包层同轴的保偏光纤5进行一周载氢，剥除3-4cm长度光纤的涂覆层，进行清洁处理后将其固定在光纤夹具上，利用显微镜观察纤芯长短轴位置；

②、为减小紫外曝光引入的双折射，调节多维调节装置使光纤的长轴平行于相位掩模板，纤芯1位于空气孔3上方，调节相位掩模板8紧贴光纤，调好后将之固定；

③、光纤5一个尾端利用分束器接入宽带光源，同时接入光谱分析仪观测反射谱；

④、紫外光束6经紫外光束准直扩束系统7变成平行光，经相位掩模板8在光纤5上进行曝光；

⑤、开启宽带光源，通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光；

⑥、进行封装，完成保偏光纤光栅(见图1(a))的制作。

实施方案2：

本发明D型空气孔内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制作方法的实施例，具体包括以下步骤：

①、一根D型空气孔内壁融嵌式单模保偏光纤(图2(b))进行一周载氢，剥除3-4cm长度光纤的涂覆层，为更好的保偏，可将保偏光纤沿D型空气孔方向研磨成D型光纤9(见图4)；

②、进行清洁处理后将其固定在光纤夹具上，利用显微镜观察纤芯长短轴位置；

③、调节多维调节装置使D型光纤的抛光面平行于相位掩模板8，调节相位掩模板8紧贴光纤9，调好后将之固定；

④、光纤9一端利用分束器接入宽带光源，同时接入光谱分析仪观测反射谱；

⑤、紫外光束6经紫外光束准直扩束系统7变成平行光，经相位掩模板8在光纤9上进行曝光；

⑥、开启宽带光源，通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光；

⑦、进行封装，完成D型空气孔内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制作。

Claims (4)

1.一种内壁融嵌式单模保偏光纤光栅，光纤含有一个偏心纤芯(1)，光纤中心为空气孔(3)，其特征是：偏心纤芯部分嵌入折射率较低的包层(2)中、另一部分悬挂于空气孔(3)中，偏心纤芯上刻有光栅(4)；所述的偏心纤芯的形状呈椭圆形；偏心纤芯的长轴垂直于嵌入包层方向。

2.根据权利要求1所述的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅，其特征是：所述光纤中心的空气孔为圆形或D形。

3.根据权利要求1或2所述的内壁融嵌式单模保偏光纤光栅，其特征是：所述空气孔的轴心与包层空心管的轴心有偏移。

4.一种内壁融嵌式单模保偏光纤光栅的制备方法，其特征是包括如下步骤：

(1)取一载氢后内壁融嵌式单模保偏光纤，将其中一段剥除涂敷层，进行清洁处理后将光纤固定在光纤夹具上，光纤紧贴相位掩模板，光纤夹具置于可旋转光纤的多维调节光学装置上，通过利用显微镜或CCD成像装置观察，调节多维调节光学装置使光纤纤芯长轴平行于相位掩模板且正对写入紫外光源；所述内壁融嵌式单模保偏光纤为：含有一个偏心纤芯(1)，光纤中心为空气孔(3)，偏心纤芯部分嵌入折射率较低的包层(2)中、另一部分悬挂于空气孔(3)中，所述的偏心纤芯的形状呈椭圆形，偏心纤芯的长轴垂直于嵌入包层方向，光纤纤芯处于空气孔的最上方或最下方；

(2)光纤一端利用分束器接入宽带光源，同时接入光谱仪；

(3)开启准分子激光器，紫外光经准直扩束变成平行光，最后经过相位掩模板成周期条纹，在光纤上进行曝光；

(4)通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光；

(5)进行封装。

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