CN103543490A - 一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特征是：首先将光栅写入区域的光纤涂覆层剥除，使光纤包层暴露，然后将光纤固定在光纤夹具上；采用喷墨打印技术，以周期性间距的光刻胶涂层包覆光纤包层，将光刻胶涂层烘干；采用波长为248nm的氩离子紫外激光器对暴露出的光纤包层进行扫描曝光，未包覆光刻胶涂层的光纤包层和位于其内部的纤芯感光，经感光的纤芯产生光致诱导折射率变化；去处光刻胶涂层，实现长周期光纤光栅的制作。本发明采用喷墨打印技术，可快速在光纤包层表面打印出光栅周期性的图形结构，制作过程简单、快捷，适合批量制作且一致性好。

Description

一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法

技术领域

本发明涉及一种长周期光纤光栅制作方法，特别是一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法。

背景技术

自从1995年A.M.Vengsarkar等人在光纤中成功地写入长周期光纤光栅（Long Period FiberGrating，简称LPFG）以来，LPFG在光纤通信和光纤传感技术领域得到广泛应用。LPFG是近年来发展起来的新型芯内光纤光栅器件，具有很好的传输谱特性，它把光纤纤芯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型滤波器，具有结构简单、插入损耗小、无后向反射、不受电磁干扰、与偏振无关和体积小等优点。可用于制作光纤模式变换器、光纤带阻滤波器、EDFA增益平坦化器件和光纤传感器等高性能光纤器件。

目前，长周期光纤光栅的制作方法主要有紫外激光或二氧化碳激光器逐点写入法，振幅掩模法，以及应力或机械感生法。

逐点写入法都是将激光聚焦在光纤纤芯的某一点上进行曝光，待曝光完成后将光纤水平移动一个光栅周期距离进行下一点曝光，这一过程不断重复直到写完所有的光栅条纹为止。如公开号CN101266319A发明专利所描述的一种通过计算机设定声光调节器的开关占空比和精密电控移动平台的移动速度，对移动平台上的光敏光纤逐点曝光完成长周期光纤光栅的制作方法。公开号CN1448736A发明专利所描述的一种采用CO₂激光脉冲以及由柱面透镜和交角为120°两个平面镜构成的三束聚焦光学系统制作长周期光纤光栅的方法，将激光束对称投射到裸光纤上，通过计算机控制一维平移台移动光纤和曝光，二者交替进行，完成长周期光纤光栅的制作。这类方法虽然与光栅掩模法相比，除具有光栅周期调节灵活的优点，但存在长周期光栅写入周期长，每点的折射率变化和周期的重复性、一致性难以控制，并且激光写入光路结构复杂，不适合批量生产。

公开号CN1309308A和CN1206117A发明专利所描述是采用紫外光源通过光栅振幅掩模板，照射一根或一根以上光纤，制作长周期光纤光栅的方法。该制作方法可实现光栅的批量制作，但需制作相应的光栅掩模模板，一旦掩模模板结构确定，则光栅写入周期不能调节。这种方法对于切趾光栅，啁啾光栅等特殊结构光栅研究制作就因模板参数无法调节而使用受限。

公开号CN1632634A和CN1316661A发明专利所描述的一种利用机械应力制作光纤光栅的方法，以带有周期性结构的施加应力的模板，使光纤产生周期性应力作用，实现长周期光纤光栅的制作。该方法制作的光纤光栅体积大，结构复杂，稳定性差，不适于光纤光栅的实际应用。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，以期可以简化制备工艺、缩短制备时间并降低制备成本。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特点是：按如下步骤进行：首先将光栅写入区域的光纤涂覆层剥除，使光纤包层暴露，然后将光纤固定在光纤夹具上；采用喷墨打印技术，将光刻胶喷涂于暴露出的光纤包层表面，以周期性间距的光刻胶涂层包覆光纤包层，将所述光刻胶涂层烘干；采用波长为248nm的氩离子紫外激光器对暴露出的光纤包层进行扫描曝光，未包覆光刻胶涂层的光纤包层和位于其内部的纤芯感光，经感光的纤芯产生光致诱导折射率变化；去处光刻胶涂层，实现长周期光纤光栅的制作。

本发明基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特点也在于：所述光纤为光敏光纤或经过高压载氢处理的普通光纤。

所述经过高压载氢处理的普通光纤为普通石英光纤或光子晶体光纤。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明采用喷墨打印技术，可快速在光纤包层表面打印出光栅周期性的图形结构，制作过程简单、快捷，适合批量制作且一致性好；

2、本发明以周期性的光刻胶图形在光纤包层表面形成掩模模板，无需专门制作光栅掩模模板，降低制作成本；

3、本发明采用喷墨打印技术，在光纤包层表面形成图形周期，可根据光栅光谱特性需要，控制喷墨打印程序以灵活调节光栅周期，方法简单易于操作；

4、本发明采用喷墨打印技术，可通过控制光刻胶在光纤包层表面的厚度，实现对紫外激光的不同吸收，从而可以制作切趾光栅等复杂结构光纤光栅。

附图说明

图1为本发明喷墨打印光纤光栅示意图；

图2为本发明紫外光诱导光栅写入示意图；

图3为本发明制作的长周期光纤光栅透射谱图；

图中标号：1光纤涂覆层，2光纤包层，3纤芯，4光刻胶，5光刻胶涂层，6光纤夹具，7喷墨打印设备，8氩离子紫外激光器。

具体实施方式

本实施例一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法的实施步骤如下：

1、使用光纤剥线钳将光敏光纤光栅长度为2cm的写入区域的光纤涂覆层1剥除，使光纤包层2暴露，并用酒精将光纤包层2表面擦试干净。写入区域的长度及位置可以根据需要选择。

2、将清洁干净的光敏光纤固定在光纤夹具6上；

3、将固定后的光敏光纤放置在喷墨打印设备7的平台上；采用喷墨打印技术，将光刻胶4喷涂于暴露出的光纤包层2表面，以周期性间距的光刻胶涂层5包覆光纤包层2，再将所述光刻胶涂层5烘干。具体步骤如下：

（a）使用RZR-3100稀释剂，按体积比1:1，对RZJ-304-25CP正性光刻胶进行稀释。

（b）将1.5ml稀释后的光刻胶4注入到喷墨打印设备的储液瓶中，调试喷墨打印设备，使其能连续稳定喷出光刻胶4。喷墨打印具体参数：喷头孔径为50μm，光刻胶液滴出口速度为2m/s，光刻胶液滴直径约80μm，光刻胶液滴体积为300pl，喷头至光纤包层表面距离为1.5mm。

（c）如图1所示，操作喷墨打印设备，沿光敏光纤轴向将光刻胶4喷涂于暴露出的光纤包层2表面，以周期性间距的光刻胶涂层5包覆光纤包层2，形成光栅周期性的图形结构。光刻胶涂层5厚度约5μm，光栅周期为350μm，占空比为0.5。

（d）将包覆光刻胶涂层5后的光敏光纤放入高低温箱中，100℃下烘干1分钟。

4、如图2所示，采用波长为248nm的氩离子紫外激光器8对暴露出的光纤包层2进行扫描曝光，未包覆光刻胶涂层5的光纤包层2和位于其内部的纤芯3感光，经感光的纤芯3产生光致诱导折射率变化。调节激光器功率为35mW，控制光斑扫描速度为15μm/s，对光纤图形化区域进行往复扫描。扫描过程的同时，使用光谱仪对光敏光纤的透射谱进行实时监控，观察每次扫描后的光谱变化，确定光栅的光谱特性。如图3所示，曲线编号对应扫描次数。

5、光栅写入完成后，将光敏光纤表面的光刻胶涂层5使用丙酮浸泡去除，并用去离子水冲洗，35℃烘干完成长周期光纤光栅的制作。

从图3可以看出，本实施例制作的长周期光纤光栅，其谐振波长峰值损耗高达31.07dB，中心波长为1557.06nm。

光栅周期的调整可以通过调整喷墨打印的具体参数实现，方法简单。如：

当所需周期为400μm，占空比为0.5时，喷墨打印参数：喷头孔径为50μm，光刻胶液滴出口速度约为2.3m/s，光刻胶液滴直径约为92μm，光刻胶液滴体积约为412pl，喷头至光纤包层表面距离约为1.5mm，光刻胶涂层5厚度约为6μm；

当所需周期为500μm，占空比为0.5时，喷墨打印参数：喷头孔径为50μm，光刻胶液滴出口速度约为2.7m/s，光刻胶液滴直径约为97μm，光刻胶液滴体积约为490pl，喷头至光纤包层表面距离约为1.5mm，光刻胶涂层5厚度约为7μm；

本实施例采用喷墨打印技术，可快速在光纤包层表面打印出光栅周期性的图形结构，制作过程简单、快捷，适合批量制作且一致性好；本发明以周期性的光刻胶图形在光纤包层表面形成掩模模板，无需专门制作光栅掩模模板，降低制作成本；此外，本发明采用喷墨打印技术，可通过控制光刻胶在光纤包层表面的厚度，实现对紫外激光的不同吸收，从而可以制作切趾光栅等复杂结构光纤光栅。

Claims (3)

1.一种基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特征是：按如下步骤进行：首先将光栅写入区域的光纤涂覆层(1)剥除，使光纤包层(2)暴露，然后将光纤固定在光纤夹具(6)上；采用喷墨打印技术，将光刻胶(4)喷涂于暴露出的光纤包层(2)表面，以周期性间距的光刻胶涂层(5)包覆光纤包层(2)，将所述光刻胶涂层(5)烘干；采用波长为248nm的氩离子紫外激光器(7)对暴露出的光纤包层(2)进行扫描曝光，未包覆光刻胶涂层(5)的光纤包层(2)和位于其内部的纤芯(3)感光，经感光的纤芯(3)产生光致诱导折射率变化；去处光刻胶涂层(5)，实现长周期光纤光栅的制作。

2.根据权利要求1所述的基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特征是：所述光纤为光敏光纤或经过高压载氢处理的普通光纤。

3.根据权利要求2所述的基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作方法，其特征是：所述经过高压载氢处理的普通光纤为普通石英光纤或光子晶体光纤。

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