CN101881854A - 内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅及制作方法。内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅包括多芯光纤,多芯光纤中心为空气孔,多芯光纤的每个纤芯部分嵌入折射率低于纤芯的折射率的包层中、部分悬挂于空气孔中构成内壁融嵌式多芯单模保偏纤芯,纤芯形状为类椭圆形,利用紫外光源通过相位掩模板写入技术制成内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅。本发明设计的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤因保偏特性好,所制作的多个保偏光纤光栅集成于一根光纤中,可提高光学器件在光纤中的集成,可进行多个物理量的同时测量。

Description

内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅及制作方法
技术领域
本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域。本发明涉及的是一种光纤光栅,本发明还涉及一种光纤光栅的制作方法。
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,是军事领域中导弹、航空器中的关键元器件。由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,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。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,解决温度-应力耦合问题。而采用多芯结构光纤制作光栅,将多个光纤光栅集成到一根光纤中,可构造多波长组合光纤滤波器;此外,沿同一多芯光纤写入不同波长的光纤光栅组,构成分布式光纤光栅弯曲传感器,可同时获得弯曲的大小和方向的信息,多芯光纤光栅可以对应变和弯曲等多种参量进行同时测量且有好的灵敏度。
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繁杂,器件成本较高,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。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。目前多芯光纤光栅多数都是采用一侧曝光[W.N.MacPherson,Meas.Sci.Technol.15,1642,2004和美国专利NO.20070201793A1],多个纤芯光栅一次性写入,此种制备方法不同纤芯栅距不一致,各个光栅反射峰值差别也较大,离写入光束较远的纤芯,反射峰值较小,且多个光栅间满足固定的关系,可调谐性较差,这些都给我们的研究带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保偏特性好,可提高光学器件在光纤中的集成实现多个物理量的同时测量的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅。本发明的目的还在于提供一种内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅的制作方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅包括多芯光纤,多芯光纤中心为空气孔,多芯光纤的每个纤芯部分嵌入折射率低于纤芯的折射率的包层中、部分悬挂于空气孔中构成内壁融嵌式多芯单模保偏纤芯,纤芯形状为类椭圆形,利用紫外光源通过相位掩模板写入技术制成内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅。
本发明的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅还可以包括这样一些特征:
1、所述空气孔是圆形或D形,空气孔的数量是一个或两个。
2、光纤偏振长轴垂直于嵌入包层方向。
3、各个纤芯具有不同的折射率和不同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性不同。
4、各个纤芯具有相同的折射率和相同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性相同。
本发明的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅是采用这样的方法来制备的:
(1)取内壁融嵌式多芯单模保偏光纤,将其中一段剥除涂敷层,进行清洁处理后,将内壁融嵌式多芯单模保偏光纤固定在可旋转的光纤夹具上,调节使内壁融嵌式多芯单模保偏光纤的一个纤芯的长轴平行于相位掩模板且对准紫外写入光源;
(2)调节相位掩模板紧贴内壁融嵌式多芯单模保偏光纤,内壁融嵌式多芯单模保偏光纤一端接入宽带光源,同时接入光谱仪;
(3)开启准分子激光器,经准直扩束变成平行光,进行曝光;通过光谱仪监测光栅形成,达到所需反射率时停止曝光;
(4)调节可旋转的光纤夹具使下一个纤芯的长轴平行且正对相位掩模板,写入下一个光栅;
(5)重复上述步骤,逐一纤芯写入;
(6)进行封装。
本发明的要点是光纤含有多个纤芯,每个芯是内壁融嵌式单模保偏纤芯。光纤含有多个偏心纤芯,光纤中心为空气孔,各个光纤纤芯部分嵌入折射率较低的包层中,部分悬挂于中心空气孔中,纤芯形状类椭圆形。多芯光纤中心空气孔,可以为圆形,也可以为D形或是多个圆形及多个D形进行组合。光纤偏振长轴垂直于嵌入包层方向。多个纤芯可具有不同的折射率和不同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性可不同。内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅是利用紫外光源通过相位掩模板写入技术进行制备。多芯保偏光纤光栅可利用旋转式写入技术,每次使某一光纤芯长轴平行于相位掩模板且对准紫外光源,利用相位掩模板写入一个纤芯光栅,写入后调节可旋转的光纤夹具装置改变光纤中纤芯的位置,使下一纤芯长轴平行于相位掩模板且对准写入光源,刻入第二个光栅,以此类推,逐一写入;每次写入相位掩模板可调换,相位掩模板可具有不同的周期和不同的形状。为防止写入一个纤芯时对其它的纤芯有干扰,可以利用在相位掩模板之前放置一振幅掩模板对衍射光横向作限制。具有相同反射强度的内壁融嵌式双芯保偏光纤光栅可利用旋转式写入技术,也可利用透镜对衍射光进行聚焦,采用一次性侧面曝光技术进行写入。
本发明设计的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤因保偏特性好,所制作的多个保偏光纤光栅集成于一根光纤中,可提高光学器件在光纤中的集成,可进行多个物理量的同时测量。
附图说明
图1是本发明制作的内壁融嵌式双芯单模保偏光纤光栅结构示意图。
图2(a)-图2(c)是本发明的三种内壁融嵌式双芯单模保偏光纤的横截面示意图。
图3(a)-图3(b)是本发明的两种内壁融嵌式多芯单模保偏光纤的横截面示意图。
图4是本发明用于制作内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅的装置示意图。
图5是本发明用于一次性曝光制作相同反射强度的双芯保偏光纤光栅的示意图。
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:
本发明的附图中的各标号的含义为:1-纤芯;2-光纤包层;3-空气;4-光纤光栅;5-待写入光栅的融嵌式多芯保偏光纤;6-紫外光束;7-准直扩束系统;8-经准直扩束后紫外光;9-振幅掩模板;10-相位掩模板;11-聚焦透镜;12-聚焦平面;13-融嵌式双芯保偏光纤。
实施方案1:
参阅图4本发明用于制作内壁融嵌式多芯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3(a))内壁融嵌式三芯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、取一内壁融嵌式三芯单模保偏光纤5,剥除3-4cm长度光纤的涂敷层,进行清洁处理后将其固定在可旋转的光纤夹具上;
②、调节夹具使光纤的一个纤芯的长轴平行于相位掩模板10且对准紫外写入光源6;调节相位掩模板10紧贴光纤,调好后将之固定;
③、为防止写入一个纤芯时对其它的纤芯有干扰,可以在相位掩模板10之前放置一振幅掩模板9对光做横向限制。
④、紫外光束6经紫外光束准直扩束系统7变成平行光8,分别经振幅掩模板9、相位掩模板10后在光纤6上进行曝光;通过光谱仪监测光栅形成,达到所需反射率时停止曝光;
⑤、调节旋转光纤夹具装置120度,使下一个光纤纤芯的长轴正对写入光源,写入下一个光栅;
⑥、重复上述步骤,逐一纤芯写入;
⑦、进行封装,完成内壁融嵌式三芯单模保偏光纤光栅的制作。
实施方案2:
参阅图5示意图。
本发明空气孔为圆形且与包层同轴,具有相同反射峰值的内壁融嵌式双芯单模保偏光纤(见图2(a))光栅的制作方法的实施例,具体包括以下步骤:
①、取一根内壁融嵌式双芯单模保偏光纤13,剥除3-4cm长度光纤的涂覆层,进行清洁处理后将其固定在可旋转的光纤夹具,利用显微镜观察纤芯位置;
②、调节可旋转的光纤夹具将光纤的两个纤芯连线调节到平行相位掩模板10;或将光纤的两个纤芯连线垂直于相位掩模板10,此时须在相位掩模板10和光纤13间加一聚焦透镜11,使衍射图样聚焦点12位于两纤芯中间平面位置;调好后将之固定;
③、光纤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8,经相位掩模板10在光纤13上进行曝光;达到所需反射率时停止曝光;
⑤、进行封装,完成相同反射峰值的内壁融嵌式双芯保偏光纤光栅的制作。

Claims (9)

1.一种内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,包括多芯光纤,其特征是:多芯光纤中心为空气孔,多芯光纤的每个纤芯部分嵌入折射率低于纤芯的折射率的包层中、部分悬挂于空气孔中构成内壁融嵌式多芯单模保偏纤芯,纤芯形状为类椭圆形,利用紫外光源通过相位掩模板写入技术制成内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅。
2.根据权利要求1所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:所述空气孔是圆形或D形,空气孔的数量是一个或两个。
3.根据权利要求1或2所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:光纤偏振长轴垂直于嵌入包层方向。
4.根据权利要求1或2所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:各个纤芯具有不同的折射率和不同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性不同。
5.根据权利要求3所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:各个纤芯具有不同的折射率和不同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性不同。
6.根据权利要求1或2所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:各个纤芯具有相同的折射率和相同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性相同。
7.根据权利要求3所述的内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅,其特征是:各个纤芯具有相同的折射率和相同的芯径大小,各个纤芯具有光敏性,各个纤芯光敏性相同。
8.一种内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅的制备方法,其特征是:
(1)取内壁融嵌式多芯单模保偏光纤,将其中一段剥除涂敷层,进行清洁处理后,将内壁融嵌式多芯单模保偏光纤固定在可旋转的光纤夹具上,调节使内壁融嵌式多芯单模保偏光纤的一个纤芯的长轴平行于相位掩模板且对准紫外写入光源;
(2)调节相位掩模板紧贴内壁融嵌式多芯单模保偏光纤,内壁融嵌式多芯单模保偏光纤一端接入宽带光源,同时接入光谱仪;
(3)开启准分子激光器,经准直扩束变成平行光,进行曝光;通过光谱仪监测光栅形成,达到所需反射率时停止曝光;
(4)调节可旋转的光纤夹具使下一个纤芯的长轴平行且正对相位掩模板,写入下一个光栅;
(5)重复上述步骤,逐一纤芯写入;
(6)进行封装,制成内壁融嵌式多芯保偏光纤光栅。
9.一种内壁融嵌式多芯单模保偏光纤光栅的制备方法,其特征是:
(1)取内壁融嵌式双芯单模保偏光纤,将其中一段剥除涂敷层,清洁后,将固定在可旋转的光纤夹具装置上,调节可旋转的光纤夹具装置将光纤的两个纤芯平面调节到平行相位掩模板;或将光纤的两个纤芯平面垂直于相位掩模板,且在相位掩模板和光纤间加一聚焦透镜,使衍射图样聚焦点位于两纤芯中间位置;
(2)光纤一端接入宽带光源,同时接入光谱仪;开启准分子激光器,经准直扩束变成平行光,进行曝光;通过光谱仪监测光栅形成,达到所需反射率时停止曝光;
(3)进行封装,得到具有相同反射强度的内壁融嵌式双芯单模保偏光纤光栅。
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