CN105887052A - 一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置。由激光光源、光纤隔离器、光纤环形器、倾斜布拉格光纤光栅、凹槽、第一光功率计和第二光功率计组成。镀膜时，将倾斜布拉格光纤光栅浸没在凹槽的液体材料中。同时打开激光光源输出一定功率的激光，当输出的激光向右传播至倾斜布拉格光纤光栅，一部分在纤芯中传播的激光将会被反射进入光纤的包层中。因激光在该栅区的侧表面产生的光热和光压效应，待镀膜的材料分子会被吸附在倾斜布拉格光纤光栅的侧表面，以达到均匀镀膜的效果。第一光功率计和第二光功率计分别用于监测镀膜时经过倾斜布拉格光纤光栅和被其反射回的激光的光功率大小。

Description

一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置
技术领域
本发明提出了一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，属于光纤镀膜领域。
背景技术
倾斜布拉格光纤光栅与布拉格光纤光栅类似，不同之处在于布拉格光纤光栅的光栅面与光纤轴向方向垂直，而倾斜布拉格光纤光栅的光栅面不再与光纤轴向方向垂直而是倾斜了一定的角度。当入射光进入倾斜光纤光栅的栅区时，部分纤芯光会被反射进入包层，从而激发出大量的包层模，激发出的包层模对外界环境的变化特别敏感，尤其是周围折射率的变化。倾斜布拉格光纤光栅传感器已经被广泛地应用于传感领域。在光纤光栅的侧表面均匀镀上薄膜材料可以制作成新型的基于倾斜布拉格光纤光栅的光纤薄膜传感器。制成的光纤薄膜传感器可应用于相对湿度、气体、生物以及化学等传感领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置。通过将一定功率的激光输入到倾斜布拉格光纤光栅中，当激光经过倾斜的光栅栅区时，激光会被反射进入光纤包层，从而在光纤光栅的包层处产生大量热量，同时，该栅区的侧表面还会形成光压。将光纤光栅浸入不同种类的液体材料后，利用该光热效应以及光压效应，可以在光纤光栅的侧表面均匀镀上不同种类的薄膜。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：由激光光源(1)、光纤隔离器(2)、光纤环形器(3)、倾斜布拉格光纤光栅(4)、凹槽(5)、第一光功率计(6)和第二光功率计(7)组成；光纤隔离器(2)用于防止系统中反射回的激光对激光光源(1)造成损害；凹槽(5)用于放置待镀膜的液体材料；第一光功率计(6)用于监测激光透过倾斜布拉格光纤光栅(4)后的输出激光功率的大小；第二光功率计(7)用于监测被倾斜布拉格光纤光栅(4)反射回的激光功率的大小；光纤隔离器(2)左端与激光光源(1)连接，右端与光纤环形器(3)左边第一接口连接，光纤环形器(3)右边第二接口连接倾斜布拉格光纤光栅(4)，第一光功率计(6)与倾斜布拉格光纤光栅(4)右端口连接，第二光功率计(7)与光纤环形器(3)下边第三接口连接。
所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：激光光源(1)的波长和功率均可调谐，工作波长范围900nm～1600nm。
所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：镀膜过程中，激光光源(1)输出的光功率范围3mW～300mW。
所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：倾斜布拉格光纤光栅(4)的光栅倾斜角度范围1°～10°。
所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：待镀膜材料为液状溶液。
本发明的工作原理是：
激光光源(1)输出的具有一定功率的激光传播至倾斜布拉格光纤光栅(4)时，部分在纤芯中传播的激光将会被倾斜的光栅面反射进入光纤的包层中，在光纤包层中传播的激光将会产生大量的热量，同时，该栅区的侧表面还会形成光压。将倾斜布拉格光纤光栅(4)浸入到待镀膜材料的液状溶液，其周围的液体材料将会被均匀的加热。因光热和光压效应，待镀膜的材料分子会被吸附在倾斜布拉格光纤光栅(4)的侧表面，以达到均匀镀膜的效果。
通过调节激光光源(1)输出光功率的大小，可以达到调节倾斜布拉格光纤光栅(4)附近产生的热量的大小。该方法可以解决薄膜吸附不牢固的问题。
将倾斜布拉格光纤光栅(4)浸入到待镀膜材料的液状溶液的时间长短不同，最终倾斜布拉格光纤光栅(4)侧表面镀上的材料薄膜的厚度也将会不一样。
本发明的有益效果是：普通的加热镀膜会使得圆柱型的倾斜布拉格光纤光栅受热不均匀，从而导致最终的镀膜效果很不理想。本发明利用激光的光热和光压效应，可以使圆柱型倾斜布拉格光纤光栅受热均匀，从而在倾斜布拉格光纤光栅的侧表面获得均匀的镀膜效果。本发明提出的镀膜装置操作简便且价格低廉，获得的薄膜均匀度较佳。
附图说明
图1是本发明的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置示意图；
图2是本发明的倾斜布拉格光纤光栅结构以及激光在其内部传播时的光路示意图；
图3是本发明镀膜方法的实验光谱图，液状材料选取的是氧化石墨烯乙醇溶液。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：由激光光源(1)、光纤隔离器(2)、光纤环形器(3)、倾斜布拉格光纤光栅(4)、凹槽(5)、第一光功率计(6)和第二光功率计(7)组成；光纤隔离器(2)用于防止系统中反射回的激光对激光光源(1)造成损害；凹槽(5)用于放置待镀膜的液体材料；第一光功率计(6)用于监测激光透过倾斜布拉格光纤光栅(4)后的输出激光功率的大小；第二光功率计(7)用于监测被倾斜布拉格光纤光栅(4)反射回的激光功率的大小；光纤隔离器(2)左端与激光光源(1)连接，右端与光纤环形器(3)左边第一接口连接，光纤环形器(3)右边第二接口连接倾斜布拉格光纤光栅(4)，第一光功率计(6)与倾斜布拉格光纤光栅(4)右端口连接，第二光功率计(7)与光纤环形器(3)下边第三接口连接。
将倾斜布拉格光纤光栅(4)悬空放置于凹槽(5)中并且两端固定，将液体材料倒入凹槽(5)使倾斜布拉格光纤光栅(4)淹没。同时打开激光光源(1)输出一定功率的激光。输出的激光经过光纤隔离器(2)后，由光纤环形器(3)左边第一接口进入光纤环形器(3)，然后再由光纤环形器(3)右边第二接口出射，射出的激光将会向右传播至倾斜布拉格光纤光栅(4)，此时，一部分在纤芯中传播的激光将会被反射进入光纤的包层中。包层中传播的激光将会产生大量的热量，同时，该栅区的侧表面还会形成光压。因光热和光压效应，待镀膜的材料分子会被吸附在倾斜布拉格光纤光栅(4)的侧表面，以达到均匀镀膜的效果。第一光功率计(6)用于监测镀膜时经过倾斜布拉格光纤光栅(4)的激光功率的大小。
因倾斜布拉格光纤光栅(4)的特殊结构，会有一部分激光被反射回并沿着光纤往反方向传播。被反射回的激光由光纤环形器(3)右边第二接口进入光纤环形器(3)，然后由光纤环形器(3)下边第三接口出射，出射激光的光功率由第二光功率计(7)监测。
图3是采用本发明提出的镀膜方法和镀膜装置，倾斜布拉格光纤光栅在镀膜前、后的光谱变化图。

Claims (5)

1.一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：由激光光源(1)、光纤隔离器(2)、光纤环形器(3)、倾斜布拉格光纤光栅(4)、凹槽(5)、第一光功率计(6)和第二光功率计(7)组成；光纤隔离器(2)用于防止系统中反射回的激光对激光光源(1)造成损害；凹槽(5)用于放置待镀膜的液体材料；第一光功率计(6)用于监测激光透过倾斜布拉格光纤光栅(4)后的输出激光功率的大小；第二光功率计(7)用于监测被倾斜布拉格光纤光栅(4)反射回的激光功率的大小；光纤隔离器(2)左端与激光光源(1)连接，右端与光纤环形器(3)左边第一接口连接，光纤环形器(3)右边第二接口连接倾斜布拉格光纤光栅(4)，第一光功率计(6)与倾斜布拉格光纤光栅(4)右端口连接，第二光功率计(7)与光纤环形器(3)下边第三接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：激光光源(1)的波长和功率均可调谐，工作波长范围900nm～1600nm。
3.根据权利要求1所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：镀膜过程中，激光光源(1)输出的光功率范围3mW～300mW。
4.根据权利要求1所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：倾斜布拉格光纤光栅(4)的光栅倾斜角度范围1°～10°。
5.根据权利要求1所述的一种倾斜布拉格光纤光栅侧表面镀膜的方法和装置，其特征在于：待镀膜材料为液状溶液。
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