CN106989903A - 紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法及装置 - Google Patents

紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法及装置。通过调整紫外光曝光角度、曝光光纤长度和折射率调制深度来实现对保偏光纤的非对称折射率调制，从而产生强度可控的弱偏振耦合点。本发明的装置包括KrF激光器、保偏光纤、旋转光纤功能夹具、光纤特征轴监测装置。该发明的优点在于，强度可控弱耦合点可以降低由于耦合所带来的光损耗，同时降低各个干涉仪之间的信号干扰，可实现多个耦合点同时有效检测；利用多个弱偏振耦合点，可实现级联干涉仪，而利用保偏光纤内写入光栅同时产生弱偏振耦合，其将有利于构造级联保偏光纤光栅和基于其产生偏振耦合点构建的光纤干涉仪复用多功能传感网络。

Description

紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法及 装置
技术领域
本发明涉及的是一种利用紫外曝光产生强度可控弱偏振耦合点的方法。本发明还涉及一种利用紫外曝光产生强度可控弱偏振耦合点的装置。
背景技术
保偏光纤是偏振光在光纤中传输的时候，其偏振态在很长一端光纤内几乎保持不变的光纤，当其受到外部因素的影响时，保偏光纤内沿着某一光轴传输的偏振光会向另一光轴耦合形成偏振模能量耦合现象。现今已有多种检测原理和方案用于偏振耦合测试，各种方案的共同目标均为有效检测保偏光纤中的偏振耦合现象，测量保偏光纤双折射的空间分布，增强系统信噪比，提高空间分辨率、定位精度和探测灵敏度。其中的白光干涉法具有结构简单、空间分辨率及稳定性高、抗外界扰动、对光源功率波动不敏感等优点，可进行大范围绝对测量。
保偏光纤内偏振耦合不但是其重要性质之一，同时也是利用保偏光纤实现某些测试的机理之一。在关注偏振耦合测试的同时，将振耦合应用于光纤陀螺光纤环检测、Lyot去偏器检测、分布式传感等工程实际中。利用偏振耦合构成的分布式光纤传感器，主要采用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合，通过步进电机控制迈克耳孙干涉仪扫描臂的反射镜移动，改变干涉仪两臂之间的光程差，补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差，可实现对保偏光纤的偏振耦合强度和位置的测试。将保偏光纤置于不同的温度场内，以保偏光纤两端的连接器所引入的偏振耦合峰为参考峰，通过测量两偏振耦合峰之间的相对位置变化，可完成保偏光纤双折射随温度变化的测试。当利用侧向压力的方式产生多个偏振耦合点时，OCDP系统可测试耦合强度与应力大小的关系，并可指出温度对耦合点的强度的影响，并且耦合点的位置不发生变化。
申请号为201410260362.4的专利文件中提出了一种利用多峰分裂干涉图解调保偏光纤偏振耦合点位置的方法，利用多峰分裂的周期解调光纤耦合点位置，提高了保偏光纤耦合点的空间分辨率；申请号为200410094123.2的专利文件中提出了一种高双折射保偏光纤弱模耦合测量仪及控制方法，该装置具有测量精度高、灵敏度高的特点。这两份专利文件中涉及的技术方案只是针对保偏光纤偏振耦合的测量与解调方法提出创新，没有涉及偏振耦合可控的问题研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现多个耦合点同时有效检测、能构造级联干涉仪的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法。本发明的目的还在于提供一种紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置。
本发明的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置包括第一KrF激光器1、保偏光纤3、第一旋转光纤功能夹具41、第二旋转光纤功能夹具42、第一光纤特征轴监测装置51、第二光纤特征轴监测装置52，保偏光纤3的两端分别固定于第一旋转光纤功能夹具41与第二旋转光纤功能夹具42上，保偏光纤3中部悬空并去掉涂覆层，用第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52分别监测保偏光纤特征轴的方向，第一KrF激光器1向保偏光纤3发出紫外光2。
本发明的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置还可以包括：
1、在保偏光纤3上设置石英玻璃相位模板6向保偏光纤3写入光纤光栅7。
2、还包括第二KrF激光器11，第一KrF激光器1与第二KrF激光器11分别位于保偏光纤3的两侧。
本发明的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法为：固定第一KrF激光器1发出紫外光2的方向，同时调整第一旋转光纤功能夹具41与第二旋转光纤功能夹具42，使保偏光纤3的特征轴与水平方向成θ角度，紫外光2侧向曝光对保偏光纤3进行非对称折射率调制，等效于一段保偏光纤主轴发生旋转，当传输在保偏光纤某一特征轴的偏振光通过被调制的保偏光纤时，该偏振光的部分能量将耦合到另外一个特征轴上，经过光程相关装置后两个特征轴上的偏振光发生干涉，从而产生偏振耦合；同时调整紫外曝光强度、紫外光与特征轴的夹角θ的大小和曝光光纤长度，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
本发明的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法还可以包括：
1、紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置中还包括石英玻璃相位模板6，利用石英玻璃相位模板6写入光纤光栅7，保偏光纤中的折射率空间调制使保偏光纤固有特征轴发生旋转，产生偏振耦合，通过调整紫外曝光强度和特征轴的转角θ使弱偏振耦合强度可控。
2、紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置中还包括第二KrF激光器11，第二KrF激光器11在薄片保偏光纤的另一侧添加紫外光21，通过调整双侧紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
为了构造级联干涉仪，实现多个耦合点同时有效检测，本发明提出一种利用紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法和装置。
本发明利用紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法和装置，是通过调整紫外光曝光角度、曝光光纤长度和折射率调制深度来实现对保偏光纤的非对称折射率调制，从而产生强度可控弱偏振耦合点，其中折射率调制深度的改变是通过调整紫外曝光强度来实现的。
本发明的原理如附图4所示，紫外光2在光纤的一侧与特征轴成θ角对光纤进行曝光照射，当曝光方向与保偏光纤的固有特征轴不重合即θ不等于0°或90°时，保偏光纤的特征轴方向发生改变，与保偏光纤固有特征轴产生角度为的旋转。曝光光纤段光轴相对前后两段发生一定偏转，相当于旋转波片，快慢轴上光能量将发生交换，导致偏振耦合现象。考虑光纤内光场分布和材料吸收等因素，可以给出非对称调制函数，在此基础上可以仿真模拟光纤本征模场，给出本征轴偏转角度。例如紫外光在光纤的一侧以入射角θ对熊猫保偏光纤进行曝光照射，保偏光纤纤芯8的折射率将被调制，折射率的改变量为其中Δnp为光纤最大的折射率改变量、α为非对称系数，同时保偏光纤的模场将被调制。导致保偏光纤固有特征轴产生旋转，若旋转的角度为α，则x轴向y轴及y轴向x轴的耦合强度为其中l为受扰区长度、Lb为受扰区拍长。因此通过控制紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度三个量，可实现弱偏振耦合的强度可控。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在保证偏振耦合点强度可控的条件下，使其在能够探测的前提下足够弱，产生弱偏振耦合点。而强度可控的偏振耦合点是建立以弱耦合点为基础级联保偏光纤构建干涉仪的关键，弱偏振耦合点的耦合强度较小，耦合强度表达式中的高次项可以忽略，该耦合点的存在对其他耦合点的影响可以忽略，减小高阶耦合现象。强度可控弱耦合点可以降低由于耦合所带来的光损耗，同时降低各个干涉仪之间的信号干扰，可实现多个耦合点同时有效检测。利用多个弱偏振耦合点，实现级联干涉仪。利用保偏光纤内写入光栅同时产生强度可控弱偏振耦合点，其将有利于构造级联保偏光纤光栅和基于其产生偏振耦合点构建的光纤干涉仪复用多功能传感网络。
附图说明
图1是利用紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控偏振耦合点的装置图。
图2是在保偏光纤内写入光栅产生强度可控偏振耦合点的装置图。
图3是利用双侧紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控偏振耦合点的装置图。
图4是保偏光纤紫外光曝光及保偏光纤特征轴变化示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明利用紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法和装置，方法是通过调整紫外光曝光角度、曝光光纤长度和折射率调制深度来实现对保偏光纤的非对称折射率调制，从而产生强度可控弱偏振耦合点。结合图1，实施的装置包括第一KrF激光器1、紫外光2、保偏光纤3、第一旋转光纤功能夹具41和第二旋转光纤功能夹具42、第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52。保偏光纤3在曝光前需进行载氢以提高光敏性，保证光纤对紫外光更敏感，相同曝光强度下对光纤的折射率调制更大。将光纤放在一个高压的密封罐里，密封罐里充上氢气，放10到20天，让氢进到光纤里，实现光纤载氢。紫外曝光前将曝光部分的光纤涂覆层去掉，未去涂覆层的光纤两端分别固定于第一旋转光纤功能夹具41和第二旋转光纤功能夹具42上，两旋转光纤功能夹具位于同一水平面上，用第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52分别监测保偏光纤的特征轴方向，光纤特征轴监测装置由光源和显微镜构成，保证保偏光纤特征轴水平。功率可调的KrF激光器1可采用发出紫外光波长为248nm，激光的单脉冲强度为E＝10mJ，曝光频率为50Hz的激光器。固定KrF激光器1发出紫外光2的方向，同时调整第一旋转光纤功能夹具41与第二旋转光纤功能夹具42，使保偏光纤3的特征轴与水平方向成θ角度，紫外光2侧向曝光对保偏光纤3进行非对称折射率调制，调整紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度三个量，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
结合图2，保偏光纤内写入光栅产生强度可控偏振耦合点的装置包括第一KrF激光器1、紫外光2、保偏光纤3、第一旋转光纤功能夹具41和第二旋转光纤功能夹具42、第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52、石英玻璃相位模板6。保偏光纤3在曝光前将光纤放在一个高压的密封罐里，进行载氢以提高光敏性。紫外曝光前将曝光部分的光纤涂覆层去掉，未去涂覆层的光纤两端分别固定于第一旋转光纤功能夹具41和第二旋转光纤功能夹具42上，两旋转光纤功能夹具位于同一水平面上，用第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52分别监测保偏光纤的特征轴方向，使保偏光纤特征轴水平。固定第一KrF激光器1发出紫外光2的方向，在裸纤上放置石英玻璃相位模板6，同时调整第一旋转光纤功能夹具41与第二旋转光纤功能夹具42，使保偏光纤3的特征轴与水平方向成θ角度，紫外光2侧向曝光对保偏光纤3进行非对称折射率调制，调整紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度三个量，写入光纤光栅7的同时产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
结合图3，利用双侧紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置包括第一KrF激光器1和第二KrF激光器11、紫外光2和21、保偏光纤3、第一旋转光纤功能夹具41和第二旋转光纤功能夹具42、第一光纤特征轴监测装置51和第二光纤特征轴监测装置52。固定第一KrF激光器1发出紫外光2的方向和第二KrF激光器11发出紫外光21的方向，同时调整第一旋转光纤功能夹具41与第二旋转光纤功能夹具42，使保偏光纤3的特征轴与水平方向成θ角度，紫外光2和21双侧向曝光对保偏光纤3进行非对称折射率调制，调整紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度三个量，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。

Claims (6)

1.一种紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置，其特征是：包括第一KrF激光器(1)、保偏光纤(3)、第一旋转光纤功能夹具(41)、第二旋转光纤功能夹具(42)、第一光纤特征轴监测装置(51)、第二光纤特征轴监测装置(52)，保偏光纤(3)的两端分别固定于第一旋转光纤功能夹具(41)与第二旋转光纤功能夹具(42)上，保偏光纤(3)中部悬空并去掉涂覆层，用第一光纤特征轴监测装置(51)和第二光纤特征轴监测装置(52)分别监测保偏光纤内特征轴方向，第一KrF激光器(1)向保偏光纤(3)发出紫外光(2)。
2.根据权利要求1所述的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置，其特征是：在保偏光纤(3)上设置石英玻璃相位模板(6)向保偏光纤(3)写入光纤光栅(7)。
3.根据权利要求1所述的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置，其特征是：还包括第二KrF激光器(11)，第一KrF激光器(1)与第二KrF激光器(11)分别位于保偏光纤(3)的两侧。
4.一种紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法，其特征是：由第一KrF激光器(1)、保偏光纤(3)、第一旋转光纤功能夹具(41)、第二旋转光纤功能夹具(42)、第一光纤特征轴监测装置(51)和第二光纤特征轴监测装置(52)组成紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置，保偏光纤(3)的两端分别固定于第一旋转光纤功能夹具(41)与第二旋转光纤功能夹具(42)上，保偏光纤(3)中部悬空并去掉涂覆层，用第一光纤特征轴监测装置(51)和第二光纤特征轴监测装置(52)分别监测保偏光纤内特征轴方向；固定第一KrF激光器(1)发出紫外光(2)的方向，同时调整第一旋转光纤功能夹具(41)与第二旋转光纤功能夹具(42)，使保偏光纤(3)的特征轴与水平方向成θ角度，紫外光(2)侧向曝光对保偏光纤(3)进行非对称折射率调制，等效于一段保偏光纤主轴发生旋转，当传输在保偏光纤某一特征轴的偏振光通过被调制的保偏光纤时，该偏振光的部分能量将耦合到另外一个特征轴上，经过光程相关装置后两个特征轴上的偏振光发生干涉，从而产生偏振耦合；同时调整紫外曝光强度、紫外光与特征轴的夹角θ的大小和曝光光纤长度，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
5.根据权利要求4所述的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法，其特征是：紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置中还包括石英玻璃相位模板(6)，利用石英玻璃相位模板(6)写入光纤光栅(7)，保偏光纤中的折射率空间调制使保偏光纤固有特征轴发生旋转，产生偏振耦合，通过调整紫外曝光强度和特征轴的转角θ使弱偏振耦合强度可控。
6.根据权利要求4所述的紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的方法，其特征是：紫外曝光在保偏光纤内产生强度可控弱偏振耦合点的装置中还包括第二KrF激光器(11)，第二KrF激光器(11)在薄片保偏光纤的另一侧添加紫外光(21)，通过调整双侧紫外光曝光角度、曝光强度和曝光光纤长度，产生不同强度的弱偏振耦合点，实现弱偏振耦合点强度可控。
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