CN105700069A - 用于制备各芯异栅的多芯光纤及光栅写入方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制备各芯异栅的多芯光纤，它包括2或4个纤芯、包层、外包层和包层之间的空气孔隙或空气孔层；其中纤芯外设有独立或共用的包层，包层间配置有空气孔隙或空气孔层。上述多芯光纤的光栅的写入方法主要是通过在空气孔隙或空气孔层填充激光吸收液，并控制各纤芯与照射激光的角度，利用激光吸收液对激光的吸收、散射作用，减少整体曝光对无关纤芯的影响，实现多芯光纤各纤芯不同光栅写入。本发明操作简单，制作过程易于控制，能有效提升光栅写入质量。

Description

用于制备各芯异栅的多芯光纤及光栅写入方法
技术领域
本发明涉及一种光纤，特别是一种多芯光纤及制作方法。
背景技术
光纤通信的容量以接近每4年扩大10倍的速度发展，为了解决通信产业的传输扩容将面临技术瓶颈，近年来提出了利用多芯光纤来提高通信传输容量的技术方案。所谓多芯光纤，是指光纤中具有多个纤芯结构的光纤。多芯光纤不仅在通信领域，在光纤激光、光纤传感、光波分复用、光分插复用、光开关等领域也有着诸多的应用。
光纤光栅是在光纤上制作的一种无源光学器件，是光纤系统中的常用器件。采用多芯结构光纤制作光栅，将多个光纤光栅集成到一根光纤中，可以构造多波长组合光纤滤波器；此外，多芯光纤光栅可以同时获得弯曲的大小和方向的信息，采用多芯光纤光栅传感器可以对应变和弯曲等多种参量进行同时测量且有好的灵敏度，同一多芯光纤写入不同波长的光纤光栅组，还可构成分布式光纤光栅弯曲传感器。
常见的光纤光栅制作方法是采用紫外或飞秒激光对光纤单侧或环向曝光，由于光纤材料对激光具有很好的透过性，光纤中的多个纤芯只能写入相同周期的光栅，无法满足实际的应用需求，此外由于曝光受到纤芯分布的影响，造成各个纤芯的光栅谐振峰波长、反射率存在差异，影响光栅的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现各纤芯光栅分别写入、避免曝光对其他纤芯影响的用于制备各芯异栅的多芯光纤及光栅写入方法。
本发明的用于制备各芯异栅的多芯光纤包括：2或4个纤芯、包层、外包层和包层之间的空气孔隙或空气孔层；纤芯、包在纤芯外的包层以及包在包层外的外包层的材质均为石英玻璃，纤芯掺杂二氧化锗，纤芯均布，相邻芯间距24-32μm，纤芯相对于包层折射率差为0.4-1.5％，纤芯直径为8.3μm，多芯光纤外径125μm；多芯光纤有两种结构：一种是每个纤芯外均设有各自的圆形包层，光纤包层外侧与环形外包层相连，每个纤芯之间、每个纤芯与外包层之间为空气孔隙；另一种是纤芯共用包层，包层中配置呈十字型分布的空气孔层。
上述各芯异栅的多芯光纤光栅的写入方法，通过紫外激光制作多芯光纤光栅的步骤包括：
(1)取一根多芯光纤，向多芯光纤空气孔隙或空气孔层填充紫外激光吸收液，将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具上，调节三维调节架使光纤贴近相位掩模板并与之平行；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台使待写纤芯对准曝光激光，并将光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启准分子激光器，紫外激光经过相位掩模板对多芯光纤进行曝光，并通过光谱仪观察光栅光谱情况，直至完成曝光；
(5)调节电控旋转台180°或90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅；
(6)排空空气孔隙或空气孔层填充液，封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。
上述各芯异栅的多芯光纤光栅的写入方法，通过飞秒激光制作多芯光纤光栅步骤包括：
(1)取一根多芯光纤，向多芯光纤空气孔隙或空气孔层填充飞秒激光吸收液，将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具上，调节三维调节架使光纤位于聚焦系统焦点处；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台使待写纤芯对准曝光激光，并将光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启飞秒激光器，飞秒激光经过反射镜和集聚系统对多芯光纤进行曝光，完成一个光栅周期的刻蚀，通过电控精密位移平台移动光纤，进行下一个周期的刻蚀，由光谱仪观察光栅光谱情况；
(5)调节电控旋转台180°或90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅；
(6)排空空气孔隙或空气孔层中填充液，封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、避免了整体曝光纤芯分布对各纤芯光栅的影响，提高光栅写入质量；
2、多芯光纤各纤芯可实现不同光栅写入，提升多芯光纤光栅灵活性和应用范围；
3、操作简单，制作过程易于控制、可重复性强。
附图说明
图1是多芯光纤光栅示意图；
图2是本发明实施例1的多芯光纤剖视图；
图3是本发明实施例2的多芯光纤剖视图；
图4是本发明实施例1的光栅写入装置示意图；
图5是本发明实施例2的光栅写入装置示意图。
图中：1-多芯光纤；2-光栅；3-纤芯；4-包层；5-空气孔隙；6-外包层；7-空气孔层；8-电控精密位移平台；9-三维调节架；10-电控精密旋转台；11-光纤夹具；12-相位掩模板；13-准直聚焦系统；14-紫外激光；15-反射镜；16-飞秒激光。
具体实施方式
实施例1
在图2所示的用于制备各芯异栅的多芯光纤示意图中，4个纤芯2外均设有各自的圆形包层4，光纤包层外侧与环形外包层6相连，所述纤芯、包层以及外包层的材质均为石英玻璃，纤芯掺杂二氧化锗，纤芯均布，相邻芯间距32μm，纤芯相对于包层折射率差为0.5％，纤芯直径为8.3μm，多芯光纤1外径125μm；每个纤芯之间、每个纤芯与外包层之间为空气孔隙5。
上述各芯异栅的多芯光纤光栅的写入方法，如图4所示，包括如下步骤：
(1)取一根多芯光纤1，向多芯光纤空气孔隙填充紫外激光吸收液，将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具11上，调节三维调节架9使光纤贴近相位掩模板12并与之平行；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台10使待写纤芯对准曝光激光，并将多芯光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启工作波长193nm的准分子激光器，紫外激光14通过准直聚焦系统13和相位掩模板12对多芯光纤进行曝光，并通过光谱仪观察光栅光谱情况，直至完成曝光；
(5)调节电控旋转台90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅2，如图1所示；
(6)排空空气孔隙填充液，封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。
实施例2
如图3所示，4个纤芯3外共用包层4，包层中配置呈十字型分布的空气孔层7，所述纤芯、包层以及外包层的材质均为石英玻璃，纤芯掺杂二氧化锗纤芯均布，相邻芯间距32μm，纤芯相对于包层折射率差为0.5％，纤芯直径为8.3μm，多芯光纤1外径125μm。
上述各芯异栅的多芯光纤光栅的写入方法，如图5所示，包括如下步骤：
(1)取一根多芯光纤1，向多芯光纤空气孔层7填充飞秒激光波段吸收液将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具11上，调节三维调节架9使光纤位于准直聚焦系统13焦点处；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台10使待写纤芯对准曝光激光，并将光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启工作波长800nm的飞秒激光器，飞秒激光16经过反射镜15和准直聚焦系统对多芯光纤进行曝光，完成一个光栅周期的刻蚀，通过电控精密位移平台8移动光纤，进行下一个周期的刻蚀，由光谱仪观察光栅光谱情况；
(5)调节电控旋转台到90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅；
(6)排空空气孔隙填充液，封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。

Claims (4)

1.一种用于制备各芯异栅的多芯光纤，其特征在于：它包括2或4个纤芯、包层、外包层和包层之间的空气空隙或空气空层；纤芯纤芯外设有独立或共用的包层，包层间配置有空气孔隙或空气孔层，所述纤芯、包层以及外包层的材质均为石英玻璃，纤芯掺杂二氧化锗，纤芯均布，相邻芯间距24-32μm，纤芯相对于包层折射率差为0.4-1.5％，纤芯直径为8.3μm，多芯光纤外径125μm。
2.权利要求1所述的用于制备各芯异栅的多芯光纤，其特征在于：所述纤芯共用包层中，配置有呈十字型分布的空气孔层。
3.权利要求1的用于制备各芯异栅的多芯光纤的光栅的写入方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)取一根多芯光纤，向多芯光纤空气孔隙或空气孔层填充激光吸收液，将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具上，调节三维调节架使光纤贴近相位掩模板并与之平行；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台使待写纤芯对准曝光激光，并将光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启激光器，对多芯光纤进行曝光，并通过光谱仪观察光栅光谱情况，直至完成曝光；
(5)调节电控旋转台180°或90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅；
(6)排空空气孔隙填充液，进行封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。
4.根据权利要求3所述的用于制备各芯异栅的多芯光纤的光栅的写入方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)取一根多芯光纤，向多芯光纤空气孔隙或空气孔层填充飞秒激光吸收液，将多芯光纤一端连接尾纤；
(2)对多芯光纤曝光区域进行去涂覆、清洁处理，将光纤放置到光纤夹具上，调节三维调节架使光纤位于聚焦系统焦点处；
(3)使用显微镜观察各纤芯位置，调节电控旋转台使待写纤芯对准曝光激光，并将光纤另一端连入尾纤，连接两段尾纤分别接入宽谱光源和光谱仪；
(4)开启飞秒激光器，飞秒激光经过反射镜和集聚系统对多芯光纤进行曝光，完成一个光栅周期的刻蚀，通过电控精密位移平台移动光纤，进行下一个周期的刻蚀，由光谱仪观察光栅光谱情况；
(5)调节电控旋转台180°或90°，使多芯光纤的下一个待写纤芯对准激光，重复上述曝光步骤，逐一写入光栅；
(6)排空空气孔隙填充液，进行封装光栅，完成多芯光纤光栅制作。
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