CN105137591B - 光纤光栅超结构调谐方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅超结构调谐方法和装置。通过在对光纤光栅上的局部位置施加纯纵向的轴向应力，使光纤光栅从一种结构变为另一种超结构状态。在实施中是采用皱褶状变形块，光纤光栅上的至少一处局部位置被粘结在变形块上，当致动器驱动变形块的伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤光栅上，从而改变光纤光栅中的折射率周期的分布状态变为超结构光纤光栅。本实施的另一应用是产生长周期光纤光栅。

Description

光纤光栅超结构调谐方法和装置

技术领域

本发明涉及一种光纤器件，特别是光纤光栅的调谐装置和方法。

背景技术

光纤光栅具有选择和控制在光纤中传播的光的波长的特性而具有许多应用，例如被广泛用于光纤通信系统、光纤传感器和光纤激光器。一个典型的光纤光栅是由在光纤芯中沿光纤长度方向引进周期性的微小折射率变化(扰动)而形成。一般而言，按光栅周期的长短可有两种类型的光纤光栅：光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，缩写为FBG)和长周期光纤光栅(Long Period Fiber Gratings，缩写为LPFG)，长周期光纤光栅(LPFG)与光纤布拉格光栅(FBG)的差异在于LPFG的光栅周期远长于FBG的光栅周期。

FBG反射波长为λ_B的光，有λ_B＝2nΛ_B，被称为布拉格条件，或Bragg波长，其中，λ_B是从光栅反射光的中心波长，n是光纤芯的有效折射率，Λ_B是折射率调制的周期。FBG有良好的波长选择能力，可用作为窄带反射镜。LPFG与FBG具有相似的结构，但LPFG的光栅周期Λ_L远长于FBG的周期Λ_B，通常Λ_L是Λ_B的200至2000倍以上。LPFG使光纤中的基模耦合到包层模，而激发的包层模随之衰减，从而在传输光谱上出现共振损耗。相比于FBG，LPFG不会产生反射光。

LPFG的基模与包层模在波长λ_mL耦合的相位匹配条件可以表达为：λ_mL＝(n_core-n_cl ^m)Λ_L，其中，n_core是基模的有效折射率，n_cl ^m是第m阶包层模的有效折射率，Λ_L是LPFG的周期。由于多个包层模能满足这一条件，而每一个包层模在不同的中心波长λ_mL，因此LPFG的传输光谱展示出一系列沿光谱分布的传输损耗峰。

光纤光栅的光学性质(光谱响应)取决于光纤光栅中的折射率扰动沿光纤光栅长度的分布状态。以FBG为例，一般地，根据折射率扰动的分布状态，光纤光栅结构上可分为：均匀光纤光栅，切趾光纤光栅，啁啾光纤光栅，相移光纤光栅，倾斜光纤光栅，取样光纤光栅或超结构光纤光栅。

均匀光纤光栅的特征在于折射率扰动沿光纤的长度均匀分布，其光谱响应表现为光的窄带反射谱。切趾光纤光栅是对光纤光栅的折射率调制幅度进行调制，使光谱响应的反射谱中的边模降低。啁啾光纤光栅的特点是具有单调变化的光栅周期，其光谱响应提供宽带光谱反射。

相移光纤光栅是在折射率调制分布的某些点上改变分布的周期间隔，引入相移跳跃，使光谱响应的反射谱中中打开一个窄线宽的透射窗口。

超结构光纤光栅具有复杂的沿光纤光栅长度上变化的折射率扰动分布，其折射率分布的振幅、周期或两者都可以沿光纤的长度变化，具有复杂的光谱响应。取样光纤光栅可视为超结构光纤光栅中的一例，其沿光纤光栅长度上变化的折射率分布的振幅或相位又被周期性调制，得到的光谱响应显示多个光谱反射通道。实际上，切趾光纤光栅，啁啾光纤光栅，相移光纤光栅，取样光纤光栅都可视为超结构光纤光栅的特例。

长周期光纤光栅(LPFG)与光纤布拉格光栅(FBG)具有相似的结构，LPFG也可以有啁啾、相移、取样和超结构折射率分布的结构。

FBG的中心波长，又名共振波长，可受应变和温度变化的影响而变化。例如，对于某一特定的应变εz，FBG的中心波长漂移是ΔλB＝λB(1-p)εz，其中p是有效应变光学常数。对于给定的温度变化ΔT，该FBG的中心波长漂移是ΔλB＝λB(αA+αB)ΔT，其中αA是光纤的热膨胀系数，α_B代表热光系数。一个典型的中心波长在1550nm的FBG，应变导致的波长漂移约为1.2pm/με，温度变化引起的波长漂移约为12.8pm/℃。

这些物理特性可用于调节FBG的中心波长，即采用可控制的应变或热加到FBG上，从而改变FBG的光谱响应。

类似地，LPFG的中心波长(共振波长)也受应变和温度变化的影响。因此，LPFG的共振波长也可采用可控制的应变或热进行对其光谱响应的相应调谐。

已有的光纤光栅调谐技术可概括为：

(1)Morey等人在专利号为No.5,469,520、题为“Compression Tuned FiberGrating”的美国专利中描述了一种FBG的压缩调谐原理。另一种方法是由Fernald等人在专利号为No.6,229,827和No.6,363,089、题为“Compression-Tuned Bragg Grating andLaser”的美国专利中描述了将FBG焊接在一个玻璃毛细管内，然后一起压缩调谐。再一种方法是Long在专利号为No.6,360,042、题为“Tunable optical fiber gratings device”的美国专利中描述了将FBG粘在悬臂梁上，梁可以弯曲在不同的方向上而使粘在悬臂梁上的FBG受压缩或拉伸应变。方祖捷等人在专利号为CN 1122861 C、题为“光纤光栅的双向应力调谐装置”的中国专利中，赵华凤等人在专利号为CN 1131455 C、题为“光纤光栅调谐器”的中国专利中，骆飞和叶东风在专利号为CN 101424771B、题为“光纤光栅调谐装置和光学系统”的中国专利中都描述了一种应用应变调谐光纤光栅的装置。

所有这些技术被设计用于调谐光纤光栅的中心波长漂移，调谐应变被施加到整个光纤光栅结构上，产生光纤光栅的整个光谱移动。

(2)Moo-Youn Park等人在专利号为No.6246814、题为“Tunable chirped fibergrating device and method for forming chirped fiber grating”的美国专利中，Feng等人在专利号为No.6453095、题为“Tuning of optical dispersion by using a tunablefiber bragg grating”的美国专利中，黄锐等人在专利号为CN 1200290C、题为“带宽可调的斜边光纤光栅及其制作方法”的中国专利中，张伟刚等人在专利号为CN 1544974 A、题为“光纤光栅带宽调谐装置”的中国专利中，冯德军等人在专利号为CN101546049 B、题为“一种光纤光栅带宽调谐方法”的中国专利中都描述了一种应用应变调谐啁啾光纤光栅的带宽的装置。

这些技术被设计用于调谐FBG的光谱带宽，通过应用应变加载在光纤光栅上，通过调节光纤光栅的啁啾系数变化以调节光纤光栅的光谱带宽，可应用于光纤通信系统中的色散补偿。

(3)Ximin Zhao在专利号为No.6721478、题为“Dynamic fiber bragg grating”的美国专利中描述了通过使用相对布置于光纤光栅上的加热元件，以形成沿光纤光栅长度上的周期性“热点”，可产生超结构光纤光栅的技术。屈红昌等人在专利号为CN 1232867 C、题为“一种基于光纤超声超结构光栅的可调滤波器及调制方法”的中国专利中提出了一种基于采用高频超声波在光纤上产生的超声光栅而对光纤上的均匀FBG进行调制形成光纤超声超超结构FBG，从而实现波长的动态调谐的方法。Yize Huang等人在文献题为“Tunablesuperstructure fiber Bragg grating with chirp-distribution modulation basedon the effect of external stress”发表在Optics Letters,Vol.37,No.18,3918-3920,2012的文献中描述了通过使用压电致动器沿着FBG周期性地施加横向应力而形成超结构FBG的方法。然而，在光纤上施加横向应力可在光纤上引起双折射导致光纤的偏振问题。

这些通过沿着光纤光栅施加热点_、超声_、压电形成的超结构光纤光栅，其实施需要精细的结构或复杂的控制电路。

(4)Michel J.F.Digonnet等人在专利号为No.6282341、题为“Tunable,mechanically induced long-period fiber grating with enhanced polarizingcharacteristics”的美国专利中，描述通过沿光纤的长度施加周期性的横向机械应力而在光纤中产生长周期光纤光栅的方法，在光纤上施加横向应力会在光纤中引起双折射导致光纤的偏振问题。

发明内容

本发明提出了一种光纤光栅超结构调谐方法和装置。通过在对光纤光栅上的局部位置施加纯纵向的轴向应力，改变光纤光栅的折射率周期沿光纤光栅长度的分布状态，使光纤光栅从一种结构状态变为另一种超结构状态，从而改变光纤光栅的光谱响应。

一方面，提出了一种光纤光栅超结构调谐装置，包括：第一和第二变形块，其中第一和第二变形块为皱褶状，均具有至少一个可变形区域，且第一和第二变形块相对放置；一段或多段光纤光栅，其中光纤光栅位于至少有一根光纤上，并被夹置在第一和第二变形块之间，每段光纤光栅上的至少一处局部位置被粘结在第一和第二变形块的相对齿峰之间；致动器，用于驱动第一和第二变形块的伸长或收缩；当第一和第二变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每段光纤光栅的至少一处局部位置上，从而改变光纤光栅的折射率周期的分布状态，使光纤光栅的结构状态改变，光纤光栅调谐为超结构光纤光栅。

另一方面，提出了一种光纤光栅超结构调谐装置，包括：一个变形块，其中变形块为皱褶状且具有至少一个可变形区域；一段或多段光纤光栅，其中光纤光栅位于至少一根光纤上，且光纤光栅上的至少一处局部位置被粘结在变形块上；致动器，用于驱动变形块的伸长或收缩；当变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每段光纤光栅的至少一处局部位置上，从而改变光纤光栅的折射率周期的分布状态，使光纤光栅的结构状态改变，光纤光栅调谐为超结构光纤光栅。

再一方面，提出了一种产生长周期光纤光栅的调谐装置，包括：第一和第二变形块，其中第一和第二变形块为皱褶状，均具有至少两个可变形区域，且第一和第二变形块相对放置；至少一根光纤，其中每根光纤被夹置在第一和第二变形块之间，每根光纤上至少三处局部位置被粘结在第一和第二变形块的相对齿峰之间，每根光纤在第一和第二变形块之间被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；致动器，用于驱动第一和第二变形块的伸长或收缩；当第一和第二变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每根光纤上的至少两处局部位置上，从而改变光纤的折射率分布状态，使光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在光纤中产生长周期光纤光栅。

又一方面，提出了一种产生长周期光纤光栅的调谐装置，包括：一个变形块，变形块为皱褶状且具有至少一个可变形区域；至少一根光纤，其中每根光纤上至少三处局部位置被粘结在变形块上，每根光纤在变形块上被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；驱动器，用于驱动变形块的伸长或收缩；当变形块被伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到每根光纤上的至少两处局部位置上，从而改变光纤中的折射率分布状态，使光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在光纤中产生长周期光纤光栅。

另一方面，提出了一种光纤光栅超结构调谐方法，包括：设置一对皱褶状的相对放置的变形块，其中每个变形块具有至少一个可变形区域；将光纤上的光纤光栅区域夹置在一对变形块之间，其中光纤光栅区域上的至少一处局部位置被粘结在一对变形块的相对齿峰之间；利用致动器驱动一对变形块进行伸长或收缩，当一对变形块伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤光栅区域上的至少一处局部位置上，从而改变光纤光栅区域的折射率周期的分布状态，使光纤光栅区域的结构状态改变，光纤光栅区域调谐为超结构光纤光栅。

又一方面，提出了一种光纤光栅超结构调谐方法，包括：设置一个皱褶状的变形块，其中变形块具有至少一个可变形区域；将光纤上的光纤光栅区域上的至少一处局部位置粘结在在变形块上；利用致动器驱动变形块进行伸长或收缩，当变形块伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤光栅区域上的至少一处局部位置上，从而改变光纤光栅区域的折射率周期的分布状态，使光纤光栅区域的结构状态改变，光纤光栅区域调谐为超结构光纤光栅。

再一方面，提出了一种产生长周期光纤光栅的方法，包括：设置一对皱褶状的相对放置的变形块，其中每个变形块具有至少一个可变形区域；将光纤夹置在一对变形块之间，其中光纤上的至少三处局部位置被粘结在一对变形块的相对齿峰之间，光纤在一对变形块之间被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；利用致动器驱动一对变形块进行伸长或收缩，当一对变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤区域上的至少两处局部位置上，从而改变光纤的折射率周期的分布状态，使光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在光纤中产生长周期光纤光栅。

又一方面，提出了一种产生长周期光纤光栅的方法，包括：设置一个皱褶状的变形块，其中变形块具有至少一个可变形区域；将光纤上的至少三处局部位置被粘结在在变形块上；利用致动器驱动变形块进行伸长或收缩，当变形块伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤上的至少两处局部位置上，从而改变光纤中的折射率的分布状态，使光纤产生周期性的折射率分布状态，进而在光纤中产生长周期光纤光栅。

在一种具体实施中是采用一对皱褶状变形块，光纤光栅被放置在这两个变形块之间，光纤光栅上的至少有一处局部位置被粘结在变形块相对齿峰之间，当驱动器驱动变形块的伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤光栅上，从而改变光纤光栅的折射率周期的分布状态，使光纤光栅的结构状态改变，变为超结构光纤光栅。

本实施的另一应用是产生长周期光纤光栅，一段裸光纤被放置在这两个变形块之间，变形块的皱褶部分具有周期的分布尺寸，光纤上的至少三处局部位置被粘结在变形块的相对齿峰之间并具有周期排列分布，当驱动器驱动变形块的伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤上，从而改变光纤中的折射率分布使其成相应的周期的分布状态，从而使这一段光纤中产生长周期光纤光栅。

在另一种具体实施中是采用一个皱褶状变形块，光纤光栅上的至少有一处局部位置可被粘结在变形块的侧面、上面或变形块上开的槽沟里面，当驱动器驱动变形块的伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤光栅上，从而改变光纤光栅的折射率周期的分布状态，使光纤光栅的结构状态改变，变为超结构光纤光栅。

本实施的另一应用是产生长周期光纤光栅，一段裸光纤上的至少三处局部位置可被粘结在变形块的侧面、上面或变形块上开的槽沟里，变形块的皱褶部分具有周期的分布，当驱动器驱动变形块的伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到光纤上，从而改变光纤中的折射率分布使其成相应的周期的分布状态，从而使这一段光纤中产生长周期光纤光栅。

通过本发明的光纤光栅超结构调谐方法和装置能够把均匀光纤光栅、切趾光纤光栅调节为相移光纤光栅、取样光纤光栅或超结构光纤光栅，把啁啾光纤光栅调节为相移的啁啾光纤光栅、取样啁啾光纤光栅或超结构光纤光栅等。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的光纤光栅超结构调谐装置的侧视图，图中显示光纤光栅中有多段局部位置被粘结在变形块的相对齿峰之间。

图2a，2b，2c和2d是图1中沿A-A方向的局部截面图，图示了光纤光栅部分被放置在变形块的槽中，槽可以有不同形状。

图3示出如图1所示的光纤光栅超结构调谐装置中皱褶状变形块具有复杂的波纹周期，以实现使光纤光栅的折射率周期分布调谐成复杂的分布状态，变为折射率周期分布具有复杂状态的超结构光纤光栅。

图4是根据本发明的另一个实施例的光纤光栅超结构调谐装置的侧视图，具体实施中是采用一个皱褶状变形块。

图5a，5b是图4中沿A-A方向的局部截面图，图示了光纤光栅中有多段局部位置可被粘结在皱褶状变形块的侧面或变形块上开的槽沟里。

图6图示了光纤光栅中有多段局部位置可被粘结在皱褶状变形块的上面。

图7显示出一个均匀FBG被调谐成为一个相移FBG的实例，其中相移FBG光谱响应曲线对应于对FBG的压缩或拉伸调谐。

图8显示出一个均匀FBG被调谐成为一个相移FBG，其中不同位置的两个相移被引入。

图9显示出一个均匀FBG被调谐成为一个超结构FBG，其中光纤光栅的折射率分布被调制成具有复杂的结构，所得到的光谱响应曲线也相对复杂。

图10显示出一段裸光纤被调谐成为一个长周期光纤光栅。

具体实施方式

参见图1和图2，是本发明光纤光栅超结构调谐方法和装置中的一种具体实施例。在图1中示出了光纤1、在纤芯中的光纤光栅2和两个皱褶状的变形块3、4。其中，两个变形块3、4相对配合布置，光纤光栅2放置在两个变形块3、4之间。更具体地说，光纤光栅2的一部分被放置在一个如图2a-2d所示的两个变形块3、4之间的槽内。槽可具有多种形状，包括但不限于“V”形(见图2c)、“U”形(见图2d)、矩形形状(参见图2a)、半圆形(参照图2b)，等等。光纤光栅2中的多个离散段11、12、13被分别粘接到皱褶状的变形块3、4的齿峰处。此外，皱褶状的变形块3、4也可使用3D打印技术来制造。可选地，两个变形快3、4也可被3D打印为一个部件，此时，光纤光栅2可以在3D打印中被嵌入变形快3、4中。

致动器21被用于施加力到变形块3、4上，致动器21可以采用微分螺旋、压电致动器，步进电机或伺服电机驱动致动器，或热致动器等。致动器21施加的位移将改变变形块3、4的皱褶区域内齿间的间隙，致动器21施加位移的不同方向将引起齿间间隙的增加或减小，而变形块3、4的齿的厚度不变。由于光纤光栅2中的多个离散段11、12、13被分别粘接到皱褶状的变形块3、4的齿峰处，变形块3、4皱褶区域内齿间的间隙的变形将导致该间隙内光纤光栅区域段41、42的应变，使该区域段内的光纤光栅产生沿轴向的压缩或拉伸，从而使在该区域内的光纤光栅的折射率周期Λ_B或Λ_L被改变。在图示的例子中，当致动器21向左运动压缩变形块3、4时，导致光纤光栅区域段41、42的压缩应变；当致动器21向右运动拉伸变形块3、4时，导致光纤光栅区域段41、42的拉伸应变。

位于区域段41、42中光纤光栅的折射率周期的变化是作为致动器21所施加的位移的函数。因此，一个原具有折射率均匀分布的均匀光纤光栅能够被调谐成为具有复杂折射率分布的超结构光纤光栅。

其中沿光纤长度的折射率周期分布可预设，如图3所示。皱褶状的变形块3、4可具有复杂的波纹周期，例如，开口间隙d₂和高度h_1、h₂以及周期d₁等参数在每一皱褶处可设计为具有不同的尺寸，以实现使光纤光栅的折射率周期分布调谐成复杂的分布状态，变为具有复杂分布状态的超结构光纤光栅，该光纤光栅的光谱响应可通过由致动器21施加应变进行调谐。

图4是根据本发明的另一个实施例的光纤光栅超结构调谐装置。在具体实施中是采用一个皱褶状的变形块3’。类似于上面的说明，光纤1’带有在纤芯中的光纤光栅2’，光纤光栅2’中的多个离散段11’、12’、13’被分别粘接到皱褶状的变形块3’上。更具体地说，光纤光栅2’可部分地被粘结在皱褶状变形块3’的侧面或变形块3’上开的槽沟里(如图5a，5b所示)或被粘结在皱褶状变形块3”的上面(如图6所示)。变形块皱褶区内间隙的变形将导致该间隙内光纤光栅区域段的应变，使该区域段内的光纤光栅产生沿轴向的压缩或拉伸，从而使在该区域内的光纤光栅的折射率周期Λ_B或Λ_L被改变。当致动器21’(21”)运动变形块3’(3”)时，导致光纤光栅区域段压缩应变或拉伸应变，因此，一个原具有折射率均匀分布的均匀光纤光栅能够被调谐成为具有复杂折射率分布的超结构光纤光栅。

图7显示出一个均匀FBG被调谐成为一个相移FBG的实例。均匀FBG的原始光谱响应曲线为111，被调谐成为相移FBG的光谱响应曲线112和113；其中，曲线112对应于压缩调谐的FBG，曲线113对应于拉伸调谐。光谱响应曲线上的低峰121和122对应于在光纤光栅中引入的等效相移。这些结果表明，均匀的光纤光栅能够被调谐成相移光纤光栅。

图8显示出一个均匀FBG被调谐成为另一个相移FBG的实例。其中，两个相移被引入光纤光栅中的不同位置。原始光谱响应曲线为111的均匀FBG，被调谐成为相移FBG的光谱响应曲线115，其中，光谱响应曲线上的低峰131和132对应于在光纤光栅中引入的两处等效相移。

图9显示出一个均匀FBG被调谐成为一个超结构FBG，其中光纤光栅的折射率分布被调制成具有复杂的结构，所得到的光谱响应曲线也相对复杂，获得了具有多个通道光谱响应的超结构FBG。

本发明的另一重要应用是在裸光纤中产生长周期光纤光栅。在本发明的实施例中(参见图1，图4和图6)，将一段裸光纤(没有光纤光栅的光纤)用来代替光纤光栅部分。以图1所示的实施例为例，将一段裸光纤1中的多个离散段11、12、13被分别粘接到皱褶状变形块3、4之上或之中，并使这多个离散段11、12、13具有周期性分布，即变形块3、4上的开口间隙d₂和周期d₁等参数相同，皱褶具有周期性分布。当致动器21驱动变形块3、4时，变形块3、4的皱褶区域内间隙的变形将导致该间隙内光纤区域段的应变，使该区域段内的光纤产生沿轴向的压缩或拉伸，从而，在该区域内的光纤中引起周期为d₁的折射率调制。因此，一段裸光纤1能够被调谐成周期为Λ_L＝d₁的长周期光纤光栅。

参见图4，另一产生长周期光纤光栅的实施例中，将一段裸光纤(没有光纤光栅的光纤)1’中的多个离散段11’、12’、13’被分别粘接到皱褶状变形块3’之上或之中，并使这多个离散段11’、12’、13’具有周期性分布，即变形块3’上的开口间隙d₂和周期d₁等参数相同，皱褶具有周期性分布。当致动器21’驱动变形块3’时，变形块3’的皱褶区域内间隙的变形将导致该间隙内光纤区域段的应变，使该区域段内的光纤产生沿轴向的压缩或拉伸，从而，在该区域内的光纤中引起周期为d₁的折射率调制。因此，一段裸光纤1’能够被调谐成周期为Λ_L＝d₁的长周期光纤光栅。

参见图6，另一产生长周期光纤光栅的实施例中，将一段裸光纤1”中的多个离散段11”、12”、13”被分别粘接到皱褶状变形块3”之上或之中，并使这多个离散段11”、12”、13”具有周期性分布，即变形块3”上的开口间隙d₂和周期d₁等参数相同，皱褶具有周期性分布。当致动器21”驱动变形块3”时，变形块3”的皱褶区域内间隙的变形将导致该间隙内光纤区域段的应变，使该区域段内的光纤产生沿轴向的压缩或拉伸，从而，在该区域内的光纤中引起周期为d₁的折射率调制。因此，一段裸光纤1”能够被调谐成周期为Λ_L＝d₁的长周期光纤光栅。

相比于其他采用在光纤上施加横向应力产生长周期光纤光栅的方法，根据本发明提出的由机械应力诱导产生的长周期光纤光栅，由于是纯轴向应力被施加到光纤中，有助于减轻光纤中的双折射效应，避免光纤中的偏振相关问题。

图10显示出一段裸光纤被调谐成为一个长周期光纤光栅的实例，光谱响应曲线141和142对应于施加不同的应变产生的LPFG。

需要说明的是，在这些具体实施例中，被调谐的光纤光栅可以是各种类型的光纤光栅或各种光纤光栅的组合。这些光纤光栅可以包括但不限于均匀光纤光栅、切趾光纤光栅、啁啾光纤光栅、相移光纤光栅、倾斜光纤光栅、超结构光纤光栅、长周期光纤光栅、级联光纤光栅等，而这些各种光纤光栅又可能写在各种光纤中，这些光纤包括但不限于单模光纤、保偏光纤、双包层光纤、稀土掺杂光纤、光子晶体光纤、多模光纤等。此外，同一光纤上或可写入多个光纤光栅，这些光纤光栅可以串行或并行地放置在同一变形块内，而可以进行同时调谐，或这些光纤光栅被写在不同的光纤上然后连结在一起被调谐。

需要指出的是，该发明可组成各种应用器件，其中包括但不限于可调谐滤波器、可调谐色散补偿器件，以及可在光纤传感系统中用于传感元件或对传感信号的解调等。

虽然这里只描述了一些具体实施例，但是根据此发明的原理还可以派生出不同的类似装置。而且，这里只用了一些说明性的结构来描述一些选定的具体实施装置，此系统还可以基于此发明的原理而用各种各样的具体结构来实施，所以此发明在权利要求的范围内是没有限制的。

Claims (10)

1.一种光纤光栅超结构调谐装置，包括：

第一和第二变形块，其中所述第一和第二变形块为皱褶状，均具有至少一个可变形区域，且所述第一和第二变形块相对放置；

一段或多段光纤光栅，其中所述光纤光栅位于至少有一根光纤上，并被夹置在所述第一和第二变形块之间，每段所述光纤光栅上的至少一处局部位置被粘结在所述第一和第二变形块的相对齿峰之间；

致动器，用于驱动所述第一和第二变形块的伸长或收缩；

当所述第一和第二变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每段所述光纤光栅的所述至少一处局部位置上，从而改变所述光纤光栅的折射率周期的分布状态，使所述光纤光栅的结构状态改变，所述光纤光栅调谐为超结构光纤光栅。

2.一种光纤光栅超结构调谐装置，包括：

一个变形块，其中所述变形块为皱褶状且具有至少一个可变形区域；

一段或多段光纤光栅，其中所述光纤光栅位于至少一根光纤上，且所述光纤光栅上的至少一处局部位置被粘结在所述变形块上；

致动器，用于驱动所述变形块的伸长或收缩；

当所述变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每段所述光纤光栅的所述至少一处局部位置上，从而改变所述光纤光栅的折射率周期的分布状态，使所述光纤光栅的结构状态改变，所述光纤光栅调谐为超结构光纤光栅。

3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅超结构调谐装置，其中所述光纤光栅包括以下中的一种或多种：均匀光纤光栅、切趾光纤光栅、啁啾光纤光栅、相移光纤光栅、倾斜光纤光栅、取样光纤光栅和超结构光纤光栅以及长周期光纤光栅。

4.根据权利要求1或2所述的光纤光栅超结构调谐装置，其中所述超结构光纤光栅包括以下中的一种或多种：相移光纤光栅、取样光纤光栅。

5.一种产生长周期光纤光栅的调谐装置，包括：

第一和第二变形块，其中所述第一和第二变形块为皱褶状，均具有至少两个可变形区域，且所述第一和第二变形块相对放置；

至少一根光纤，其中每根光纤被夹置在所述第一和第二变形块之间，每根所述光纤上至少三处局部位置被粘结在所述第一和第二变形块的相对齿峰之间，每根所述光纤在所述第一和第二变形块之间被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；

致动器，用于驱动所述第一和第二变形块的伸长或收缩；

当所述第一和第二变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到每根所述光纤上的至少两处局部位置上，从而改变所述光纤的折射率分布状态，使所述光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在所述光纤中产生长周期光纤光栅。

6.一种产生长周期光纤光栅的调谐装置，包括：

一个变形块，所述变形块为皱褶状且具有至少一个可变形区域；

至少一根光纤，其中每根光纤上至少三处局部位置被粘结在所述变形块上，每根所述光纤在所述变形块上被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；

驱动器，用于驱动所述变形块的伸长或收缩；

当所述变形块被伸长和收缩时，纵向的轴向应力被加到每根所述光纤上的至少两处局部位置上，从而改变所述光纤中的折射率分布状态，使所述光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在所述光纤中产生长周期光纤光栅。

7.根据权利要求5或6所述的产生长周期光纤光栅的调谐装置，其中所述光纤为以下中的至少一种：单模光纤、保偏光纤、双包层光纤、稀土掺杂光纤、光子晶体光纤、多模光纤。

8.一种光纤光栅超结构调谐方法，包括：

设置一对皱褶状的相对放置的变形块，其中每个变形块具有至少一个可变形区域；

将光纤上的光纤光栅区域夹置在所述一对变形块之间，其中所述光纤光栅区域上的至少一处局部位置被粘结在所述一对变形块的相对齿峰之间；

利用致动器驱动所述一对变形块进行伸长或收缩，当所述一对变形块伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到所述光纤光栅区域上的至少一处局部位置上，从而改变所述光纤光栅区域的折射率周期的分布状态，使所述光纤光栅区域的结构状态改变，所述光纤光栅区域调谐为超结构光纤光栅。

9.一种光纤光栅超结构调谐方法，包括：

设置一个皱褶状的变形块，其中所述变形块具有至少一个可变形区域；

将光纤上的光纤光栅区域上的至少一处局部位置粘结在在所述变形块上；

利用致动器驱动所述变形块进行伸长或收缩，当所述变形块伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到所述光纤光栅区域上的至少一处局部位置上，从而改变所述光纤光栅区域的折射率周期的分布状态，使所述光纤光栅区域的结构状态改变，所述光纤光栅区域调谐为超结构光纤光栅。

10.一种产生长周期光纤光栅的方法，包括：

设置一对皱褶状的相对放置的变形块，其中每个变形块具有至少一个可变形区域；

将光纤夹置在所述一对变形块之间，其中所述光纤上的至少三处局部位置被粘结在所述一对变形块的相对齿峰之间，所述光纤在所述一对变形块之间被粘结的位置在沿光纤轴向具有周期性分布尺寸；

利用致动器驱动所述一对变形块进行伸长或收缩，当所述一对变形块被伸长或收缩时，纵向的轴向应力被加到所述光纤区域上的至少两处局部位置上，从而改变所述光纤的折射率周期的分布状态，使所述光纤中产生周期性的折射率分布状态，进而在所述光纤中产生长周期光纤光栅。