CN102998740B - 一种带纤中多波长阵列光栅同时刻写的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种带纤中波长多波长阵列光栅同时刻写的装置，其主要是：在紫外激光器的紫外光路上由近及远依次设有与紫外光垂直的相位掩模板、光敏带纤和光纤形变调控模板，其中，光敏带纤由带纤夹具固定并与相位掩模板平行，光纤形变调控模板的工作部分设有与相位掩模板平行且大小对应的矩形通孔，在上述模板通孔两侧的支柱上对称地设有深度不同的凹槽，上述模板下部设有滑块，其与设在位移平台上的滑槽相对应。本发明的阵列光栅制备系统结构简单，多个光栅同时刻写，利于减少光栅波长梯度误差；采用本发明制备的阵列光栅重复性好、精度高、损伤小，适用于带纤中多波长阵列光栅的批量生产。

Description

一种带纤中多波长阵列光栅同时刻写的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种光纤光栅制作技术领域，特别是在带状光纤中多根光纤上同时刻写不同中心波长光栅阵列的装置及方法。
背景技术
光纤光栅是一种重要的光学元件，在光通信和传感领域有重要的作用。带状光纤连接简单方便、光纤密度高，广泛应用于光纤通信、光纤传感领域。
目前相位掩模板法已被广泛应用于制备光纤光栅，相位掩模板法操作简单，所制光栅参数稳定性高。因为相位掩膜板周期是固定的，所以要制作不同中心波长的光栅需要采取一些措施，制作不同中心波长光栅广泛使用的方法是预加应力改变光栅周期Λ。
但预加应力法应用于带纤中多根光纤刻写中心波长梯度变化阵列光栅存在技术难点：光纤带多根光纤整体封装不利于对各个光纤实施精确应力控制；去涂覆层长度短不易操作；光纤排列紧密，逐根刻写操作困难，且逐根刻写会不可避免带来系统误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、使带纤中多根光纤产生可控、不同形变的一种带纤中多波长阵列光栅同时刻写的装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一、本发明的在带纤中多根光纤上同时刻写光栅的装置，主要包括有：紫外激光器、相位掩模板、带纤夹具、光敏带纤、位移平台、光纤形变调控模板和微机。在紫外激光器的紫外光路上由近及远依次设有与紫外光垂直的相位掩模板、光敏带纤和光纤形变调控模板。其中，光敏带纤由带纤夹具固定并与相位掩模板平行。光纤形变调控模板的工作部分设有与相位掩模板平行且大小对应的矩形通孔，以避免紫外线的反射对光栅的刻写造成影响。在上述模板通孔两侧的支柱上对称地设有高度不同的凹槽，槽的高度对光纤造成的形变影响即光纤拉伸量之间的关系可用如下公式表示：
Figure BDA00002498421700021
其中h为槽的高度，2倍l1为带纤夹具间距与刻写光栅长度之差，△l为光纤拉伸量；凹槽的宽度稍大于光纤的直径，能够对光纤起到定位作用。各个槽之间的距离与带纤中光纤之间的距离相对应。上述模板下部设有滑块，其与设在位移平台上的滑槽相对应。上述光纤形变调控模板的材料可为金属或者有机聚合物。
二、本发明在带纤中多根光纤上同时刻写光栅的方法：
1、将紫外光激光器、相位掩膜板设在同一水平面上；
2、确定带纤夹具之间的距离，夹具间距稍大于刻写光栅的长度，如光栅长度为2cm，夹具间距以3cm或4cm为宜，夹具固定光敏带纤，使光敏带纤中所有光纤与相位掩模板保持平行；
3、将加工的光纤形变调控模板，置于位移平台上，该位移平台能够沿紫外光方向移动，调整光纤形变调控模板高度与光敏带纤、相位掩模板及紫外光的高度相匹配；
4、确定带纤中光纤光栅的初始中心波长，当带纤未加横向拉力或者带纤两侧加同样拉力时，将其固定在带纤夹具上，刻写光栅，确定光纤光栅的初始中心波长。
5、光纤形变可控模板各个槽的间距与带纤纤心之间的距离相同，中心距离为250微米。将位移平台向相位掩模板方向移动一定的距离，位移平台的移动距离、光纤形变可控模板各个槽的高度与一半光纤的拉伸量呈直角三角型勾股定理的关系。通过带纤夹具中的限位装置对光纤进行定位，预先设置槽的高度，通过三维平台中步进电机的脉冲数控制达到槽的最大深度。
6、根据光纤光栅中心波长漂移量与拉伸量之间的线性关λ系：Δλ＝kΔl，其中△λ为光纤光栅中心波长漂移量、G.652标准单模光纤形变系数k约为5.5×10-5、△l为带纤形变拉伸量，调整各光栅的拉伸量（呈规律变化，从几十微米到几百微米），由于光纤形变调控模板中各槽深度不同，对光敏带纤中各光纤造成不同的拉伸量，光栅的中心波长与光纤拉伸量呈线性关系，于是利用穿过相位掩膜板的紫外光对光敏带纤中所有光纤同时刻写光栅。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、该阵列光栅制备系统结构简单，光纤形变调控模板中槽间距与光敏带纤中去涂覆层光纤间距相同，容易实现各槽对光纤的定位；
2、可通过控制槽的高度来调控各光纤光栅的中心波长，并且所刻写光栅的中心波长呈一定的规律变化；
3、位移平台的一维移动就可对各光纤造成不同拉伸量，易于实现光栅中心波长的精确控制；
4、多个光栅同时刻写，利于减少光栅波长梯度误差；
5、光敏带纤的去涂覆层距离短；
6、采用本发明制备的阵列光栅重复性好、精度高、损伤小，适用于带纤中多波长阵列光栅的批量生产。
附图说明
图1为本发明刻写装置立体示意简图。
图2为本发明光纤形变调控模板主视示意简图。
图3为图2的A向视图。
图4为槽高与光纤拉伸量计算原理图。
图中，1：微机；2：光纤形变调控模板；3：位移平台；4：紫外激光；5：相位掩膜板；6：光敏带纤；7：带纤夹具。
具体实施方式
在图1所示的一种带纤中多波长阵列光栅同时刻写的装置立体示意简图中，在紫外激光器的紫外光路上由近及远依次设有与紫外光垂直的相位掩模板、光敏带纤和光纤形变调控模板。其中，光敏带纤由两个带纤夹具固定并与相位掩模板平行。由微细加工工艺制作的光纤形变调控模板工作部分的高度与光敏带纤高度相对应。上述光纤形变调控模板的工作部分设有与相位掩模板平行且大小对应的矩形通孔。在上述模板通孔两侧的支柱上对称地设有深度不同的凹槽如图2和图3所示，槽的高度对光纤造成的形变影响即光纤拉伸量之间的关系可用如下公式表示：
Figure BDA00002498421700041
其中h为槽的高度（例如：400um，364um，282um，200um），2倍l1为带纤夹具间距与刻写光栅长度之差，l1可为1cm，△l为光纤拉伸量（8um，6um,4um,2um），因为光纤形变调控模板中各个槽的高度不同，所以得到带纤中各个光纤的拉伸量不同，如图4所示；凹槽的宽度稍大于光纤的直径，各个槽之间的距离与带纤中光纤之间的距离相对应。上述模板下部设有倒T形滑块，其与设在位移平台上的倒T形滑槽相对应，该位移平台与微机相连。
将紫外光激光器、相位掩膜板设在同一水平面上；确定带纤夹具之间的距离，夹具间距稍大于刻写光栅的长度，如光栅长度为2cm，取夹具间距为4cm，固定光敏带纤，使光敏带纤中所有光纤与相位掩模板保持平行；将加工的光纤形变调控模板，置于位移平台上，该位移平台能够沿紫外光方向移动，调整光纤形变调控模板高度与光敏带纤、相位掩模板及紫外光的高度相匹配；将位移平台向相位掩模板方向移动400um，根据光纤光栅中心波长漂移量与拉伸量之间的线性关λ系：Δλ＝kΔl，k约为5.5×10-5、△l为光纤拉伸量（8um，6um,4um,2um），调整各光栅的拉伸量，由于光纤形变调控模板中各槽高度不同（400um，364um，282um，200um），对光敏带纤中各光纤造成不同的拉伸量，光栅的中心波长与光纤拉伸量呈线性关系，利用穿过相位掩膜板的紫外光对光敏带纤中所有光纤同时刻写光栅。

Claims (3)

1.一种带纤中波长多波长阵列光栅同时刻写的装置，其特征在于：该装置主要包括有：紫外激光器、相位掩模板、带纤夹具、光敏带纤、位移平台、光纤形变调控模板和微机，在紫外激光器的紫外光路上由近及远依次设有与紫外光垂直的相位掩模板、光敏带纤和光纤形变调控模板，其中，光敏带纤由带纤夹具固定并与相位掩模板平行，光纤形变调控模板的工作部分设有与相位掩模板平行且大小对应的矩形通孔，在模板通孔两侧的支柱上对称地设有深度不同的凹槽，槽的高度对光纤造成的形变影响即光纤拉伸量之间的关系用如下公式 
表示：
Figure FDA0000411563070000011
其中h为槽的高度，2倍l1为带纤夹具间距与刻写光栅长度之差，△l为光纤拉伸量；凹槽的宽度稍大于光纤的直径，各个槽之间的距离与带纤中光纤之间的距离相对应，上述模板下部设有滑块，其与设在位移平台上的滑槽相对应。 
2.一种使用权利要求1中的一种带纤中波长多波长阵列光栅同时刻写的装置的方法，其特征在于： 
1）、将紫外光激光器、相位掩模板设在同一水平面上； 
2）、确定带纤夹具之间的距离，固定光敏带纤，使光敏带纤中所有光纤与相位掩模板保持平行； 
3）、将加工的光纤形变调控模板，置于位移平台上，该位移平台能够沿紫外光方向移动，调整光纤形变调控模板高度与光敏带纤、相位掩模板及紫外光的高度相匹配； 
4）、将位移平台向相位掩模板方向移动一定的距离，根据光纤光栅中心波长漂移量与拉伸量之间的线性关λ系：△λ=k△ l ，其中△λ为光栅中心波长漂移量、k为形变系数约为5.5×10-5、△l为光纤的形变拉伸量，调整各光栅的拉伸量，由 于光纤形变调控模板中各槽深度不同，对光敏带纤中各光纤造成不同的拉伸量，光栅的中心波长与光纤拉伸量呈线性关系，利用穿过相位掩膜板的紫外光对光敏带纤中所有光纤同时刻写光栅。 
3.根据权利要求1所述的一种带纤中波长多波长阵列光栅同时刻写的装置，其特征在于：光纤形变调控模板的材料为金属或者有机聚合物。 
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