CN104296789A - 一种分布式反射光纤的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式反射光纤的制作方法。本发明通过调节光学聚焦装置，使得激光器输出的光聚焦在光纤移动平台上方的普通单模光纤的纤芯上。调节激光器输出功率为，通过光纤移动平台控制两个绕光纤装置运动，使得光纤移动平台上方的普通单模光纤静止时间后再向一个方向移动距离，并以此重复性运动，直到整段普通单模光纤加工完毕。本发明制作的分布式反射光纤可应用分布式光纤传感器、开放式光纤激光器等领域。本发明具有低成本、制作工艺简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，特别涉及了一种分布式反射光纤的制作方法。
背景技术
光纤的发明极大地改变了人们的生活方式和社会生产方式。光纤通信系统已经成为我们现在信息社会的重要支撑，是信息传输的基石；光纤传感技术已经成为工程领域最为重要的传感技术之一，已经被广泛应用于机械、石化、建筑、高铁、桥梁、生物、医学、航天、航空、国防工业等领域。此外，光纤也被应用于激光器、照明等领域，对人类社会进步做出了重要的贡献。目前，人们已经能够制作多种多样的光纤，包括最为常用的单模光纤、应用于短距离通信的多模光纤、在传感和非线性领域有重要应用的光子晶体光纤等等。制作这些光纤的技术及其设备也已经被成熟地发展起来。
在目前所有制作光纤的方法中，所制作的光纤沿着传输方向都是均匀不变的，也就是说在制作过程中，人们还没有办法在光纤传输方向引入特别的结构。近年来，光纤在分布式传感器以及开放式光纤激光器方面的应用得到了日益的重视。在光纤传输方向引入特定的结构将极大的扩展光纤的应用范围，并突破之前光纤二维设计的局限性。目前，基于光纤本身自然存在的瑞利反射可以获得分布式光纤传感和开放式光纤激光器，但是由于瑞利反射效率很低，在应用过程中需要特别长的光纤。因此，发明一种制作成本低、制作工艺简单、分布式反射性能容易控制的分布式反射光纤的制作方法具有重要意义。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提出了一种分布式反射光纤的制作方法。
实现本发明的装置包括一段普通单模光纤、一个光纤移动平台、两个绕光纤装置、两个光纤定位装置、一个激光器、一个光学聚焦装置。光纤移动平台自带控制系统，能够控制两个绕光纤装置，并和激光器连接保持通信；两个固定光纤装置固定在光纤移动平台上方。激光器为输出紫外光激光器或者近红外的飞秒激光器，其输出激光聚焦普通单模光纤的纤芯后能够使得纤芯折射率发生变化。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤(1)将一段普通单模光纤置入两个绕光纤装置；普通单模光纤的一部分通过两个光纤定位装置定位在光纤移动平台上方；光纤移动平台通过控制两个绕光纤装置实现光纤移动平台上方的普通单模光纤的移动或者静止；
步骤(2)开启；开启激光器，调节光学聚焦装置，使得激光器输出的光聚焦在光纤移动平台上方的普通单模光纤的纤芯上。调节激光器输出功率为 ，通过光纤移动平台控制两个绕光纤装置运动，使得光纤移动平台上方的普通单模光纤静止时间后再向一个方向移动距离，并以此重复性运动，直到整段普通单模光纤加工完毕。
普通单模光纤的有效折射率为，当激光器输出的光聚焦普通单模光纤某处的纤芯经过时间后，该处对应的有效折射率变为，其变化量是激光器输出功率和时间的函数。在光纤中传输的光经历有效折射率从到的变化界面，根据菲涅尔反射理论可以计算获得该界面的反射率为
（1）
对于总长度为的普通单模光纤经过周期为加工之后，获得累计的总反射率为
（2）
因此，根据公式（1）和（2），普通单模光纤经过上述步骤的加工后，将获得沿着光纤的分布式反射，即形成分布式反射光纤，其反射率可以通过激光输出功率和静止聚焦加工时间来调节。
本发明适用于分布式反射光纤制作，利用激光器输出激光聚焦在普通单模光纤纤芯使得光纤有效折射率发生改变，通过沿着光传输方向上的折射率变化界面实现光纤的分布式反射，从而制作形成分布式反射光纤，其反射强度可以通过激光输出功率和静止聚焦加工时间来调节。本发明制作的分布式反射光纤可应用分布式光纤传感器、开放式光纤激光器等领域。本发明具有低成本、制作工艺简单等优点。
附图说明
图1为本发明的制作步骤示意图；
图2为实施例中制作完成的分布式反射光纤和普通单模光纤的反射特征对比图。
具体实施方式
如图1所示，实现本发明的装置包括一段长度为1000米的普通单模光纤1、一个自带控制系统的光纤移动平台2、第一个绕光纤装置3、第二个绕光纤装置4、第一个光纤定位装置5、第二个光纤定位装置6、一个输出波长为800nm的飞秒激光器7、一个光学聚焦装置8。
具体实现分布式反射光纤的制作方法包括以下步骤：
(1)将一段普通单模光纤1置入第一个绕光纤装置3和第二个绕光纤装置4；普通单模光纤1的一部分通过第一个光纤定位装置5、第二个光纤定位装置6定位在自带控制系统的光纤移动平台2上方；自带控制系统的光纤移动平台2通过控制第一个绕光纤装置3和第二个绕光纤装置4实现光纤移动平台上方的普通单模光纤1的移动或者静止；
(2)开启输出波长为800nm的飞秒激光器7，调节光学聚焦装置8，使得输出波长为800nm的飞秒激光器7输出的光聚焦在光纤移动平台2上方的普通单模光纤1的纤芯上。调节激光器输出功率为1瓦，通过自带控制系统的光纤移动平台2控制第一个绕光纤装置3和第二个绕光纤装置4运动，使得光纤移动平台2上方的普通单模光纤1静止时间10秒后水平向左移动距离10厘米，并以此重复性运动，直到整段普通单模光纤1加工完毕。至此，加工后的普通单模光纤变为分布式反射光纤。图2给出了制作完成的分布式反射光纤和没有加工过的普通单模光纤的反射特征的对比，制作完成的分布式反射光纤的相对反射率约为普通单模光纤的90倍。
本发明利用激光器输出激光聚焦在普通单模光纤纤芯使得光纤有效折射率发生改变，通过沿着光传输方向上的折射率变化界面实现光纤的分布式反射，从而制作形成分布式反射光纤，其反射强度可以通过激光输出功率和静止聚焦加工时间来调节。本发明制作的分布式反射光纤可应用分布式光纤传感器、开放式光纤激光器等领域。本发明具有低成本、制作工艺简单等优点。
Claims (1)
1. 一种分布式反射光纤的制作方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1)将一段普通单模光纤置入两个绕光纤装置；普通单模光纤的一部分通过两个光纤定位装置定位在光纤移动平台上方；光纤移动平台通过控制两个绕光纤装置实现光纤移动平台上方的普通单模光纤的移动或者静止；
步骤(2)开启；开启激光器，调节光学聚焦装置，使得激光器输出的光聚焦在光纤移动平台上方的普通单模光纤的纤芯上；调节激光器输出功率为 ，通过光纤移动平台控制两个绕光纤装置运动，使得光纤移动平台上方的普通单模光纤静止时间后再向一个方向移动距离，并以此重复性运动，直到整段普通单模光纤加工完毕；
普通单模光纤的有效折射率为，当激光器输出的光聚焦普通单模光纤某处的纤芯经过时间后，该处对应的有效折射率变为，其变化量是激光器输出功率和时间的函数；在光纤中传输的光经历有效折射率从到的变化界面，根据菲涅尔反射理论可以计算获得该界面的反射率为
（1）
对于总长度为的普通单模光纤经过周期为加工之后，获得累计的总反射率为
（2）
因此，根据公式（1）和（2），普通单模光纤经过上述步骤的加工后，将获得沿着光纤的分布式反射，即形成分布式反射光纤，其反射率可以通过激光输出功率和静止聚焦加工时间来调节。
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2014
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