CN106571873B - 一种基于plzt调谐啁啾光纤光栅的方法 - Google Patents

一种基于plzt调谐啁啾光纤光栅的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，首先，搭建基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置：将线性啁啾光纤光栅粘于PLZT陶瓷片上表面，紫外灯置于PLZT陶瓷片上方，宽光谱激光器接入光环形器的1端口，光环行器的2端口接线性啁啾光纤光栅的输入端，光环行器的3端口接光谱分析仪；其次，利用紫外灯照射PLZT陶瓷片，通过控制光照强度和光照时间，改变PLZT陶瓷片形变量，进而对啁啾光纤光栅进行实时调谐。本发明不受电磁场影响，不受空间尺寸限制，精度高，调谐范围大，且成本低。

Description

一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法。
背景技术
镧改性锆钛酸铅（PLZT）陶瓷作为一种智能的光致形变材料，它能将光能直接转化为机械能，在紫外光的照射下产生形变，消除了中间的机械能传动误差，可以实现远程光控非接触式驱动，并且不受电磁干扰，这些特性使得PLZT陶瓷片在微光驱动领域具有广泛的应用前景。
啁啾光纤光栅作为光延迟器件中的核心器件，受到国内外学者的普遍关注。而对于啁啾光纤光栅的调谐，更是在研究其特性过程中的重点。现有的调谐手段包括温度调谐、应力调谐（简支梁调谐、压电陶瓷调谐）、磁致伸缩棒调谐等。通过调谐啁啾光纤光栅，来达到改变其啁啾系数和反射谱平移量的目的，从而得到相应的光延时特性。然而这些调谐方式有的存在不同程度的迟滞效应，有的受到空间大小的限制，有的极易受到电磁场的干扰产生振荡。所以，需要一种新的调谐方式，减轻或克服以上因素的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，基于光致形变材料的调谐方式，在光纤通信中能够对光延迟时间进行实时地控制。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，方法步骤如下：
步骤一：搭建基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置：
所述基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置包括宽光谱激光器、光环行器、光谱分析仪、紫外灯、PLZT陶瓷片和线性啁啾光纤光栅。
通过环氧树脂胶将线性啁啾光纤光栅沿PLZT陶瓷片的长度方向水平粘于PLZT陶瓷片上表面的正中位置；将紫外灯置于PLZT陶瓷片上表面正上方，使光源输出端口正对PLZT陶瓷片的上表面；将宽光谱激光器的输出端接入光环形器的1端口，光环行器的2端口接线性啁啾光纤光栅的输入端，光环行器的3端口接光谱分析仪。
步骤二：打开宽光谱激光器和光谱分析仪，观察并记录无紫外灯照射PLZT陶瓷片的情况下，宽光谱激光器输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅反射后，在光谱分析仪上的光谱分布，包括反射谱起始波长、终止波长和谱宽范围。
步骤三：打开紫外灯，设置紫外灯的光照强度和光照时间，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅反射后，在光谱分析仪上的光谱分布，同时记录此时相对之前反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤四：按照100mW/cm2的增量，继续增大紫外灯的光照强度，保持光照时间与步骤三相同，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅反射后，在光谱分析仪上的光谱分布，同时记录此时相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤五：重复步骤四，记录到光照强度超过6000mW/cm2停止。
步骤六、根据上述记录的反射谱起始波长、终止波长、谱宽范围、相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值，绘制线性啁啾光纤光栅在PLZT陶瓷片调谐下的反射谱，从而获得线性啁啾光纤光栅的反射谱特性。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）装置简单，操作方便，易于实现。
（2）非接触式的调谐方式，不受空间大小的限制。
（3）采用紫外灯照射，不受电磁场干扰，响应速度快，调谐范围大，成本低。
附图说明
图1为本发明基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的总装置示意图。
图2为本发明啁啾光纤光栅粘贴于PLZT陶瓷片上表面的示意图。
图3为本发明未照射PLZT陶瓷片时的反射光谱示意图。
图4为本发明紫外灯调至某一光照强度时的反射光谱示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，方法步骤如下：
步骤一：搭建基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置：
所述基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置包括宽光谱激光器1、光环行器2、光谱分析仪3、紫外灯4、PLZT陶瓷片5和线性啁啾光纤光栅6。
使用环氧树脂胶将线性啁啾光纤光栅6沿长度方向水平粘于PLZT陶瓷片5上表面正中位置上；将紫外灯4置于PLZT陶瓷片5上表面正上方，使光源输出端口正对PLZT陶瓷片5上表面；将宽光谱激光器1输出端接入光环形器2的1端口，光环行器2的2端口接线性啁啾光纤光栅6的输入端，光环行器的3端口接光谱分析仪3。
步骤二：打开宽光谱激光器1和光谱分析仪3，观察并记录无紫外灯4照射PLZT陶瓷片5的情况下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，包括反射谱起始波长、终止波长和谱宽范围。
步骤三：打开紫外灯4，设置紫外灯4的光照强度和光照时间分别为某一值，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，同时记录此时相对之前（即步骤二初始状态下的）反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤四：按照100mW/cm2的增量，继续增大紫外灯4的光照强度，保持光照时间与步骤三相同，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，同时记录此时相对之前反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤五：重复步骤四，记录到光照强度超过6000mW/cm2停止。
步骤六、根据上述记录的反射谱起始波长、终止波长、谱宽范围、相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值，绘制线性啁啾光纤光栅6在PLZT陶瓷片5调谐下的反射谱，从而获得线性啁啾光纤光栅6的反射谱特性。
所述PLZT陶瓷片5的长度尺寸要稍大于线性啁啾光纤光栅6的长度尺寸，超出长度在6mm~20mm范围内均可。
上述步骤一中，所述紧邻线性啁啾光纤光栅6两端的光纤部分需涂上环氧树脂胶，沿PLZT陶瓷片5的长度方向，将线性啁啾光纤光栅6平直地粘于PLZT陶瓷片5上表面正中位置，并确定粘贴牢固。
所述宽光谱激光器1的波长范围要覆盖线性啁啾光纤光栅6的反射波长范围，并保证宽光谱激光器1的半高谱宽要稍大于线性啁啾光纤光栅6的反射谱宽，超出谱宽20nm~100nm范围内均可。
所述紫外灯4的光源尺寸要足够大，保证PLZT陶瓷片5的上表面完全沐浴在紫外灯4的光源中。
所述紫外灯4的照射时间不宜过长，保证该照射时间下，PLZT陶瓷片5的形变量没有达到饱和。
实施例1
实验测试的线性啁啾光纤光栅6的中心反射波长为1550.9nm，谱宽为2nm，光栅长度为10mm；宽光谱激光器1的中心波长1550.9nm，半高谱宽69nm；PLZT陶瓷片5的尺寸为：15mm×5mm×0.8mm（长、宽、厚）；紫外灯4的光源尺寸为：30mm×20mm（长、宽），最大光照强度为6000mW/cm2。其测试装置如图1所示，其方法步骤为：
步骤一：搭建基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置：
使用环氧树脂胶将线性啁啾光纤光栅6沿长度方向水平粘于PLZT陶瓷片5上表面正中位置上；将紫外灯4置于PLZT陶瓷片5上表面正上方，使光源输出端口正对PLZT陶瓷片5上表面；将宽光谱激光器1输出端接入光环形器2的1端口，光环行器2的2端口接线性啁啾光纤光栅6的输入端，光环行器的3端口接光谱分析仪3。
步骤二：打开宽光谱激光器1和光谱分析仪3，观察并记录无紫外灯4照射PLZT陶瓷片5情况下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，包括反射谱起始波长、终止波长和谱宽范围。
步骤三：打开紫外灯4，设置紫外灯4的光照强度和光照时间分别为200 mW/cm2和20s，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，同时记录此时相对之前反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤四：按照100mW/cm2的增量，继续增大紫外灯4的光照强度，保持光照时间与步骤三相同，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器1输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅6反射后，在光谱分析仪3上的光谱分布，同时记录此时相对之前反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值。
步骤五：重复步骤四，记录到光照强度超过6000mW/cm2停止。
步骤六、根据上述记录的反射谱起始波长、终止波长、谱宽范围、相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值，绘制线性啁啾光纤光栅6在PLZT陶瓷片5调谐下的反射谱，从而获得线性啁啾光纤光栅6的反射谱特性（如图3和图4所示）。
结合图1~图4，本实施案例通过控制紫外灯4的光照强度和光照时间，达到对PLZT陶瓷片5长度方向位移量的改变，进而对线性啁啾光纤光栅6的反射谱特性进行实时调谐与测试。本发明不受电磁场影响，不受空间尺寸限制，精度高、操作方便、结构简单、调谐范围大，且成本低。

Claims (6)

1.一种基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤一：搭建基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置：
所述基于PLZT陶瓷片调谐啁啾光纤光栅的实验装置包括宽光谱激光器（1）、光环行器（2）、光谱分析仪（3）、紫外灯（4）、PLZT陶瓷片（5）和线性啁啾光纤光栅（6）；
通过环氧树脂胶将线性啁啾光纤光栅（6）沿PLZT陶瓷片（5）的长度方向水平粘于PLZT陶瓷片（5）上表面的正中位置；将紫外灯（4）置于PLZT陶瓷片（5）上表面正上方，使光源输出端口正对PLZT陶瓷片（5）的上表面；将宽光谱激光器（1）的输出端接入光环形器（2）的1端口，光环行器（2）的2端口接线性啁啾光纤光栅（6）的输入端，光环行器的3端口接光谱分析仪（3）；其中PLZT陶瓷片（5）的长度尺寸大于线性啁啾光纤光栅（6）的长度尺寸；
步骤二：打开宽光谱激光器（1）和光谱分析仪（3），观察并记录无紫外灯（4）照射PLZT陶瓷片（5）的情况下，宽光谱激光器（1）输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅（6）反射后，在光谱分析仪（3）上的光谱分布，包括反射谱起始波长、终止波长和谱宽范围；其中宽光谱激光器（1）的波长范围要覆盖线性啁啾光纤光栅（6）的反射波长范围，并保证宽光谱激光器（1）的半高谱宽大于线性啁啾光纤光栅（6）的反射谱宽；
步骤三：打开紫外灯（4），设置紫外灯（4）的光照强度和光照时间，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器（1）输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅（6）反射后，在光谱分析仪（3）上的光谱分布，同时记录此时相对之前反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值；
步骤四：按照100mW/cm2的增量，继续增大紫外灯（4）的光照强度，保持光照时间与步骤三相同，观察并记录该光照强度和光照时间下，宽光谱激光器（1）输出的宽光束光源经由线性啁啾光纤光栅（6）反射后，在光谱分析仪（3）上的光谱分布，同时记录此时相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值；
步骤五：重复步骤四，记录到光照强度超过6000mW/cm2停止；
步骤六、根据上述记录的反射谱起始波长、终止波长、谱宽范围、相对步骤二的反射谱的平移方向、平移量、反射谱宽的变化值，绘制线性啁啾光纤光栅（6）在PLZT陶瓷片（5）调谐下的反射谱，从而获得线性啁啾光纤光栅（6）的反射谱特性。
2.根据权利要求1所述的基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法，其特征在于：PLZT陶瓷片（5）的长度超出线性啁啾光纤光栅（6）长度范围为6mm~20mm。
3.根据权利要求1所述的基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法及装置，其特征在于：上述步骤一中，将紧邻线性啁啾光纤光栅（6）两端的光纤部分涂上环氧树脂胶，沿PLZT陶瓷片（5）的长度方向，平直地粘于PLZT陶瓷片（5）上表面正中位置，并确定粘贴牢固。
4.根据权利要求1所述的基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法及装置，其特征在于：上述宽光谱激光器（1）的半高谱宽超出线性啁啾光纤光栅（6）的反射谱宽超出谱宽的范围为20nm~100 nm。
5.根据权利要求1所述的基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法及装置，其特征在于：上述步骤二中，保证PLZT陶瓷片（5）的上表面完全沐浴在紫外灯（4）的光源中。
6.根据权利要求1所述的基于PLZT调谐啁啾光纤光栅的方法及装置，其特征在于：上述步骤三中，紫外灯（4）的照射时间不宜过长，保证该照射时间下，PLZT陶瓷片（5）的形变量没有达到饱和。
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