CN105278031A - 制作布拉格相移光纤光栅的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的简单制作布拉格相移光纤光栅的方法及装置，其中方法包括以下步骤：首先制作一个普通的布拉格光纤光栅；用光纤切割刀把普通光纤光栅从中切割成两部分；把光纤熔接机设置成SMF？AUTO模式，把一分为二的光纤光栅熔接，相移光纤光栅就制作完成。通过光谱仪可以观测相移光纤光栅。本发明提出了一种新的制作相移光纤光栅的方法，简单、易操作、成本低。

Description

制作布拉格相移光纤光栅的方法及装置

技术领域

本发明涉制作光纤光栅技术领域，尤其涉及一种布拉格相移光纤光栅的制作方法及装置。

背景技术

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，同时在制作和封装工艺上非常成熟，价格低廉，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

相移光纤光栅是普通光纤光栅的一种特殊结构，继承了光纤光栅的优点，还具有极窄线宽、多通道等特性，受到国内外的广泛关注。相移光栅在光纤传感和窄线宽光纤激光器中应用需求越来越大。但是其制作工艺没有光纤光栅制作工艺成熟。

目前最常用的两种制作相移光纤光栅的方法，即分步曝光法(或遮挡法)和相位掩膜板移动法。分步曝光法制作相移光纤光栅时，相移量与光栅中无曝光段的长度及纤芯折射率调制量均有关，难以精确控制相移量的大小，并且存在偏振模竞争问题；而相位掩膜板移动法通过压电陶瓷直线微动台控制掩膜板和光纤相对位移，在光栅中引入相位变换，但是要将相移量控制在很小的范围之内。就目前来说制作相移光纤光栅所需设备昂贵，工艺并不成熟。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种操作简单，成本低，简单有效的制作布拉格相移光纤光栅的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种制作相移光纤光栅方法，包括以下步骤：

第一步，制作一个普通的布拉格光纤光栅；

第二步，用光纤切割刀将该布拉格光纤光栅从中切割成两部分；

第三步，用光纤熔接机将一分为二的光纤光栅熔接。

本发明所述的方法中，所述普通光纤光栅的长度大于0.5cm，反射率在10dB以上。

本发明所述的方法中，光纤光栅分割成两部分后，两部分的最大偏离长度比为3:7。

本发明所述的方法中，光纤切割的质量满足单模光纤熔接指标，熔接处的熔点损耗小于0.02dB。

本发明还提供了一种制作相移光纤光栅和在线监测的装置，包括依次连接的宽谱光源、单模光纤和光谱仪，该单模光纤上刻有光纤光栅；

该装置还包括光纤切割刀和光纤熔接机，所述光纤切割刀用于将光纤光栅一分为二，所述光纤熔接机用于将一分为二的光纤光栅熔接，以将该光纤光栅制作成相移光纤光栅；

光谱仪用于查看制作完成的相移光纤光栅的透射谱。

本发明所述的装置中，所述单模光纤的长度大于2m。

本发明产生的有益效果是：本发明通过光纤切割刀将该布拉格光纤光栅从中切割成两部分；再用光纤熔接机将一分为二的光纤光栅熔接，使光纤光栅出现缺陷模，从而制作成相移光纤光栅。本发明是一种全新的方法，结构简单，成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例制作相移光纤光栅和在线监测的系统示意图；

图2是本发明实施例相移光纤光栅等效结构示意图；

图3是本发明实施例制作相移光纤光栅和在线监测的系统方法流程图；

图4是本发明实施例相移光纤光栅透射谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例一种制作相移光纤光栅和在线监测的装置的结构示意图。该制作相移光纤光栅和在线监测的装置包括依次连接的宽谱光源1、单模光纤2和光谱仪5，该单模光纤2上刻有光纤光栅3。

该装置还包括光纤切割刀和光纤熔接机(图中未示出)，光纤切割刀用于将光纤光栅3一分为二，所述光纤熔接机用于将一分为二的光纤光栅熔接，以将该光纤光栅制作成相移光纤光栅。

光谱仪5用于查看制作完成的相移光纤光栅的透射谱。

本发明的实施例中，单模光纤2的长度大于2m，使其激光输出的光能稳定地在单模光纤中传输。

该装置工作时，光源1发出宽谱光，经过光纤光栅3，通过光谱仪5可以观察光纤光栅3的透射谱。同时在制作过程中，可以在线实时观察透射谱的变化，以确定制作的质量。

图2是本发明实施例相移光纤光栅等效结构示意图，包括第一单模光纤6、光纤光栅分割出一部分的第一光纤光栅栅区7、分割出两部分光纤光栅熔接点8、光纤光栅分割出一部分的第二光纤光栅栅区9、第二单模光纤10。

图2是图1中光纤光栅3制作完成的相移光栅。普通的光纤光栅从中用光纤切割刀分成两部分后仍然是两个光纤普通光栅，中心波长不会改变，反射率会降低(反射率和光栅长度成正比)。将两段光栅熔接，会造成溶解部分栅区(周期折射率调制区)破坏，形成一个几百微米的缺陷，即图2中的熔点8，从而形成相移光纤光栅。

本发明制作的相移光纤光栅的原理如下：

普通单模光纤上的光栅周期一般为0.55微米左右,光纤芯层直径一般为9微米,如果不考虑包层对光栅的影响,由于芯层直径远大于光栅周期,所以光纤布拉格光栅就可以近似为一维光子晶体。光栅上引入一个相移实际上是在一维光子晶体中引入一个缺陷。图2中，熔接点8即是第一光纤光栅栅区7和第二光纤光栅栅区9的缺陷。可以采用传输矩阵的方法计算相移光纤光栅的反射谱，如图2，第一光纤光栅栅区7和第二光纤光栅栅区9长度为L₁，L₂。那么，整个的传输过程可以表示为

式中为相移大小。长为L_i(i＝1,2)的光纤光栅传输矩阵可表示为

$M_i=\left[\begin{array}{cc}{A}_i& B_i\\ B_i^{*}& A_i^{*}\end{array}\right],(i=1,2)---\left(2\right)$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{A}_i=\cosh \left(S_i{L}_i\right)-j\frac{{\mathrm{\Δ\β}}_i}{S_i}\sinh \left(S_i{L}_i\right)\\ B_i=-j\frac{k}{S_i}sinh\left(S_i{L}_i\right)\\ S_i=\sqrt{k^2-{\mathrm{\Δ\β}}_i^2}\\ {\mathrm{\Δ\β}}_i=\frac{2n_{eff}\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}-\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\Λ}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中k为耦合系数，Λ为光栅的周期，λ为所考察的光波长，n_eff为单模光纤的有效折射率。把式(2)和(3)带入式(1)中，可以得到相移光纤光栅的反射谱：

本发明实施例制作相移光纤光栅的方法，如图3所示，主要包括以下步骤：

S1、制作一个普通的布拉格光纤光栅；制作普通布拉格光纤光栅的方法现已很成熟，其工艺可以参考现有方法。

S2、用光纤切割刀把普通光纤光栅从中切割成两部分；

S3、用光纤熔接机将一分为二的光纤光栅熔接；光纤熔接机可设置成SMFAUTO模式，即单模光纤的自动熔接模式。

上述方法中，要求普通光纤光栅的长度大于0.5cm，反射率在10dB以上。

光纤光栅分割成两部分后，长度比理论为1:1，最大偏离长度比为3:7，否则会使相移光纤光栅严重变形，无法使用。

上述方法中，光纤切割的质量要满足单模光纤熔接指标，熔点损耗一般小于0.02dB。

图4是本发明实施例采用矩阵法模拟相移光纤光栅透射谱图。从图中可以看到，在禁带中有一个极细的透射线。

综上，本发明的主要优点有：

(1)提出了一种新的制作相移光纤光栅的方法。

(2)制作简单，成本低。制作过程只需一个普通的非常成熟的光纤光栅，常用工具熔接机、光纤切割刀、宽谱光源和光谱仪。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种制作相移光纤光栅方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，制作一个普通的布拉格光纤光栅；

第二步，用光纤切割刀将该布拉格光纤光栅从中切割成两部分；

第三步，用光纤熔接机将一分为二的光纤光栅熔接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述普通光纤光栅的长度大于0.5cm，反射率在10dB以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤光栅分割成两部分后，两部分的最大偏离长度比为3:7。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤切割的质量满足单模光纤熔接指标，熔接处的熔点损耗小于0.02dB。

5.一种制作相移光纤光栅和在线监测的装置，其特征在于，包括依次连接的宽谱光源、单模光纤和光谱仪，该单模光纤上刻有光纤光栅；

该装置还包括光纤切割刀和光纤熔接机，所述光纤切割刀用于将光纤光栅一分为二，所述光纤熔接机用于将一分为二的光纤光栅熔接，以将该光纤光栅制作成相移光纤光栅；

光谱仪用于查看制作完成的相移光纤光栅的透射谱。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述单模光纤的长度大于2m。