CN107526131B - 一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备光纤布拉格光栅的装置及方法，包括激光器装置、激光整形装置、激光干涉装置、夹持移动装置及有机溶液填充装置，夹持移动装置的液体填充端口连接有机溶液填充装置的输出端口，激光器装置向激光整形装置发射激光，激光整形装置对激光进行整形处理后发射至激光干涉装置，激光干涉装置将激光分为两束激光，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面，夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移至激光干涉条纹所在的区域，使得空芯光纤的空气纤芯位于激光干涉条纹焦平面上，从而可以更加简单便捷的制备光纤布拉格光栅。

Description

一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法

技术领域

本发明属于光纤光栅技术领域，尤其涉及一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法。

背景技术

光纤布拉格光栅是一种反射型光纤光栅器件，其在光纤通信和光纤传感领域应用广泛，现有技术中，制备光纤布拉格光栅的方法主要是离子束刻蚀法和超快激光加工法。离子束刻蚀法和超快激光加工法理论上可以针对任意光纤进行光纤布拉格光栅的制备，但是，因空芯光纤具有特殊的空气纤芯结构，使用离子束刻蚀和超快激光加工法直接在空芯光纤内写制光纤布拉格光栅时，需要将激光精确聚焦在空芯光纤的内壁，增加制备复杂度。

因此，现有技术中存在着利用离子束刻蚀法和超快激光加工法制备光纤布拉格光栅时，需要将激光精确聚焦在空芯光纤的内壁，增加制备复杂度的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法，旨在解决现有技术中存在的利用离子束刻蚀法和超快激光加工法制备光纤布拉格光栅时，需要将激光精确聚焦在空芯光纤的内壁，增加制备复杂度的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种制备光纤布拉格光栅的装置，所述装置包括激光器装置、激光整形装置、激光干涉装置、夹持移动装置及有机溶液填充装置；

所述夹持移动装置的液体填充端口连接所述有机溶液填充装置的输出端口；

所述激光器装置向所述激光整形装置发射激光，所述激光整形装置对所述激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至所述激光干涉装置，所述激光干涉装置将整形处理后的激光分为两束激光，两束所述激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，所述有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面，所述夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至所述激光干涉条纹所在的区域，并使得所述空芯光纤的空气纤芯位于所述激光干涉条纹的焦平面上。

进一步地，所述有机溶液填充装置包括液体贮存室、第一填充导管、第二填充导管、压力泵及真空吸附器；

所述压力泵与所述液体贮存室的一端连接，所述液体贮存室的另一端与所述第一填充导管的一端连接，所述第一填充导管的另一端与所述空芯光纤的一端连接，所述空芯光纤的另一端与所述第二填充导管的一端连接，所述第二填充导管的另一端与所述真空吸附器连接。

进一步地，所述液体贮存室中贮存有机溶液。

进一步地，所述有机溶液具有吸收激光的性质。

进一步地，所述有机溶液为甲苯溶液或掺芘的丙酮溶液。

进一步地，所述激光干涉装置为光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路。

进一步地，所述激光双光束干涉光路包括一个激光分束镜、一个长行程电动位移平台及一对旋转反射镜；

所述激光分束镜及所述旋转反射镜安装在所述长行程电动位移平台上；

所述激光分束镜将所述激光分成两束激光，每一束激光射在一个所述旋转反射镜上。

进一步地，所述空芯光纤为空芯光子带隙光纤，或Kagome结构光子晶体光纤，或空芯石英管或空芯反谐振光纤。

为实现上述目的，本发明还提供一种制备光纤布拉格光栅的方法，所述方法适用于如权利要求1至8任意一项所述的制备光纤布拉格光栅的装置，所述方法包括：

开启激光器装置并以第一预设激光输出功率向激光整形装置发射激光；

所述激光整形装置对所述激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置；

所述激光干涉装置将整形处理后的激光分为两束激光，两束所述激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹；

有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面；

夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得所述空芯光纤的空气纤芯位于所述激光干涉条纹的焦平面上；

所述激光器装置以第二预设激光输出功率进行激光干涉曝光，写制所述光纤布拉格光栅，所述第二预设激光输出功率大于所述第一预设激光输出功率。

进一步地，所述有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面的步骤包括：

通过所述压力泵将所述液体贮存室中的有机溶液经过所述第一填充导管引入所述空芯光纤的空气纤芯中；

通过所述真空吸附器抽出填充在所述空气纤芯中的预置容量的有机溶液，以便剩余的有机溶液附着在所述空芯光纤的内壁表面。

本发明提出的一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法，装置包括激光器装置、激光整形装置、激光干涉装置、夹持移动装置及有机溶液填充装置，夹持移动装置的液体填充端口连接有机溶液填充装置的输出端口，激光器装置向激光整形装置发射激光，激光整形装置对激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置，激光干涉装置将整形处理后的激光分为两束激光，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面，夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上。与现有技术相比，利用有机溶液填充装置，在将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面之后，将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上，便可以直接写制光纤布拉格光栅，不需要将激光精确聚焦在空芯光纤的内壁，从而更加简单便捷的制备光纤布拉格光栅。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种制备光纤布拉格光栅的装置的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的一种制备光纤布拉格光栅的装置的另一结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的一种制备光纤布拉格光栅的装置的细化结构示意图；

图4是本发明第二实施例提供的一种制备光纤布拉格光栅的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

为了更好的理解本发明，请参阅图1所示的一种制备光纤布拉格光栅的装置的结构示意图、图2所示的一种制备光纤布拉格光栅的装置的另一结构示意图及图3所示的一种制备光纤布拉格光栅的装置的细化结构示意图，装置包括激光器装置10、激光整形装置20、激光干涉装置30、夹持移动装置40及有机溶液填充装置50；

夹持移动装置40的液体填充端口连接有机溶液填充装置50的输出端口；

激光器装置10向激光整形装置20发射激光，激光整形装置20对激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置30，激光干涉装置30将整形处理后的激光分为两束激光，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，有机溶液填充装置50将有机溶液填充和附着在空芯光纤60的内壁表面，夹持移动装置40将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤60移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤60的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上。

在本发明实施例中，如图2所示，空芯光纤60包括包层和空气纤芯，有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹。

在本发明实施例中，如图3所示，激光器装置10提供制备光纤布拉格光栅所需的激光能量，激光器装置10由Nd-YAG激光器101及倍频器102组成，激光整形装置20由预置个数的反射镜201及透镜组件202组成，通过调节每个反射镜201的角度，可以将激光光束按照预设角度输出，其中，预置个数的反射镜201可以根据实际情况进行设定，优选为两个反射镜201，通过调节透镜组件202中的各个透镜的位置，以改变焦点，从而对激光进行整形，激光整形模块通过对激光的整形从而调控激光光斑的能量分布和出射方向。

其中，激光器装置10中的激光器为高能量脉冲激光器，可以是纳秒脉冲激光器或亚纳秒脉冲激光器或皮秒脉冲激光器，按照类型分类，激光器可以是准分子激光器、气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等。

其中，激光器装置10输出的激光波长可以为193 nm、213 nm、248 nm、266 nm、313nm、355 nm、532 nm中的一种。

进一步地，空芯光纤60为空芯光子带隙光纤，或Kagome结构光子晶体光纤，或空芯石英管，或空芯反谐振光纤。

进一步地，激光干涉装置30为光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路301。

如图3所示，激光双光束干涉光路301包括一个激光分束镜3011、一个长行程电动位移平台3012及一对旋转反射镜3013；

激光分束镜3011及旋转反射镜3013安装在长行程电动位移平台3012上；

激光分束镜3011将激光分成两束激光，每一束激光射在一个旋转反射镜3013上。

在本发明实施例中，通过对光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路301的调整，使得两束激光在空间发生干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹。

其中，上述激光分束镜3011可以为激光半反半透镜或光学相位掩膜版。

其中，长行程电动位移平台3012为一维电动位移平台。

在本发明实施例中，利用激光干涉装置30可以根据需求设计不同周期的光纤布拉格光栅。

进一步地，夹持移动装置40由一对光纤夹具、一对三维位移平台、一个长行程电动位移平台及转接板构成。

在本发明实施例中，调节光纤夹具及三维位移平台，使得空芯光纤60垂直于激光的入射方向，调节长行程电动位移平台，使其沿着激光的入射方向移动，直到空芯光纤60的空气纤芯处于激光干涉条纹的焦平面上。

其中，可以通过观察空芯光纤60的背后的衍射光的形貌从而判断空芯光纤60是否处于焦平面上。

进一步地，有机溶液填充装置50包括液体贮存室501、第一填充导管502、第二填充导管503、压力泵504及真空吸附器505；

压力泵504与液体贮存室501的一端连接，液体贮存室501的另一端与第一填充导管502的一端连接，第一填充导管502的另一端与空芯光纤60的一端连接，空芯光纤60的另一端与第二填充导管503的一端连接，第二填充导管503的另一端与真空吸附器505连接。

进一步地，液体贮存室501中贮存有机溶液。

进一步地，有机溶液具有吸收激光的性质。

在本发明实施例中，空芯光纤60的两端分别与第一填充导管502的一端及第二填充导管503的一端密封连接，开启压力泵504进行加压，液体贮存室501内的有机溶液在压力泵504的作用下通过第一填充导管502流出，进入空芯光纤60的空气纤芯中，开启真空吸附器505，通过真空吸附器505抽出填充在空气纤芯中的预置容量的有机溶液，抽出的有机溶液经过第二填充导管503回流到真空吸附器505里面，由于有机溶液的表面张力作用，剩余的有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面。

在本发明实施例中，有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面，该有机溶液具有吸收激光的性质，基于空芯光纤60内壁表面的有机溶液对激光的吸收作用从而局部加热，冲击空芯光纤60内壁，形成光栅刻痕，该制备方式广泛适用各种脉冲激光。

请参阅图4，图4是本发明第二实施例提供的一种制备光纤布拉格光栅的方法的流程示意图，包括：

步骤S401、开启激光器装置10并以第一预设激光输出功率向激光整形装置20发射激光；

步骤S402、激光整形装置20对激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置30；

步骤S403、激光干涉装置30将整形处理后的激光分为两束激光，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹；

步骤S404、有机溶液填充装置50将有机溶液填充和附着在空芯光纤60的内壁表面；

步骤S405、夹持移动装置40将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤60移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤60的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上；

步骤S406、激光器装置10以第二预设激光输出功率进行激光干涉曝光，写制光纤布拉格光栅，第二预设激光输出功率大于第一预设激光输出功率。

在本发明实施例中，开启激光器装置10，进行预热，在激光输出功率稳定时，调低激光输出功率。

其中，调整激光整形模块20包括若干反射镜201和透镜组202，调整反射镜201，将激光按照预设角度射出，调整透镜组202，以调整焦距，对激光进行整形。

其中，激光干涉装置30为光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路301，激光双光束干涉光路301包括一个激光分束镜3011、一个长行程电动位移平台3012及一对旋转反射镜3013，通过对光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路301的调整，使得两束激光在空间发生干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，其中，上述激光分束镜3011可以为激光半反半透镜或光学相位掩膜版，长行程电动位移平台3012为一维电动位移平台。

在本发明实施例中，利用激光干涉装置30可以根据需求设计不同周期的光纤布拉格光栅。

其中，第二预设激光输出功率大于第一预设激光输出功率。

进一步地，有机溶液填充装置50将有机溶液填充和附着在空芯光纤60的内壁表面的步骤包括：

通过压力泵将液体贮存室中的有机溶液经过第一填充导管引入空芯光纤60的空气纤芯中；

通过真空吸附器抽出填充在空气纤芯中的预置容量的有机溶液，以便剩余的有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面。

有机溶液填充装置50包括液体贮存室501、第一填充导管502、第二填充导管503、压力泵504及真空吸附器505，压力泵504与液体贮存室501的一端连接，液体贮存室501的另一端与第一填充导管502的一端连接，第一填充导管502的另一端与空芯光纤60的一端连接，空芯光纤60的另一端与第二填充导管503的一端连接，第二填充导管503的另一端与真空吸附器505连接，液体贮存室501中贮存有机溶液，有机溶液具有吸收激光的性质，有机溶液可以为甲苯溶液或掺芘的丙酮溶液。

在本发明实施例中，空芯光纤60的两端分别与第一填充导管502及第二填充导管503的一端密封连接，开启压力泵504进行加压，液体贮存室501内的有机溶液在压力泵504的作用下通过第一填充导管502流出，进入空芯光纤60的空气纤芯中，开启真空吸附器505，通过真空吸附器505抽出填充在空气纤芯中的预置容量的有机溶液，抽出的有机溶液经过第二填充导管503回流到真空吸附器505里面，由于有机溶液的表面张力作用，剩余的有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面。

在本发明实施例中，有机溶液附着在空芯光纤60的内壁表面，该有机溶液具有吸收激光的性质，基于空芯光纤60内壁表面的有机溶液对激光的吸收作用从而局部加热，冲击空芯光纤60内壁，形成光栅刻痕，该制备方式广泛适用各种脉冲激光。

其中，夹持移动装置40由一对光纤夹具、一对三维位移平台、一个长行程电动位移平台及转接板构成。

在本发明实施例中，调节光纤夹具及三维位移平台，使得空芯光纤60垂直于激光的入射方向，调节长行程电动位移平台，使其沿着激光的入射方向移动，直到空芯光纤60的空气纤芯处于激光干涉条纹的焦平面上。

其中，可以通过观察空芯光纤60的背后的衍射光的形貌从而判断空芯光纤60是否处于焦平面上。

在本发明实施例中，开启激光器装置10并以第一预设激光输出功率向激光整形装置20发射激光，激光整形装置20对激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置30，激光干涉装置30将整形处理后的激光分为两束激光，两束激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，有机溶液填充装置50将有机溶液填充和附着在空芯光纤60的内壁表面，夹持移动装置40将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤60移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤60的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上，激光器装置10以第二预设激光输出功率进行激光干涉曝光，写制光纤布拉格光栅，第二预设激光输出功率大于第一预设激光输出功率。与现有技术相比，利用设置了有机溶液填充装置50的制备光纤布拉格光栅的装置，在将有机溶液填充和附着在空芯光纤60的内壁表面之后，将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤60移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得空芯光纤60的空气纤芯位于激光干涉条纹的焦平面上，便可以直接写制光纤布拉格光栅，不需要将激光精确聚焦在空芯光纤60的内壁，从而更加简单便捷的制备光纤布拉格光栅。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种制备光纤布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置包括激光器装置、激光整形装置、激光干涉装置、夹持移动装置及有机溶液填充装置；

所述夹持移动装置的液体填充端口连接所述有机溶液填充装置的输出端口；

所述激光器装置向所述激光整形装置发射激光，所述激光整形装置对所述激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至所述激光干涉装置，所述激光干涉装置将整形处理后的激光分为两束激光，两束所述激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹，所述有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面，所述夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至所述激光干涉条纹所在的区域，并使得所述空芯光纤的空气纤芯位于所述激光干涉条纹的焦平面上；

所述有机溶液填充装置包括液体贮存室、第一填充导管、第二填充导管、压力泵及真空吸附器；

所述压力泵与所述液体贮存室的一端连接，所述液体贮存室的另一端与所述第一填充导管的一端连接，所述第一填充导管的另一端与所述空芯光纤的一端连接，所述空芯光纤的另一端与所述第二填充导管的一端连接，所述第二填充导管的另一端与所述真空吸附器连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体贮存室中贮存所述有机溶液。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有机溶液具有吸收激光的性质。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有机溶液为甲苯溶液或掺芘的丙酮溶液。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光干涉装置为光学相位掩膜版或激光双光束干涉光路。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述激光双光束干涉光路包括一个激光分束镜、一个长行程电动位移平台及一对旋转反射镜；

所述激光分束镜及所述旋转反射镜安装在所述长行程电动位移平台上；

所述激光分束镜将所述激光分成两束激光，每一束激光射在一个所述旋转反射镜上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空芯光纤为空芯光子带隙光纤，或Kagome结构光子晶体光纤，或空芯石英管或空芯反谐振光纤。

8.一种制备光纤布拉格光栅的方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1至7任意一项所述的制备光纤布拉格光栅的装置，所述方法包括：

开启激光器装置并以第一预设激光输出功率向激光整形装置发射激光；

所述激光整形装置对所述激光进行整形处理，并将整形处理后的激光发射至激光干涉装置；

所述激光干涉装置将整形处理后的激光分为两束激光，两束所述激光进行干涉，得到周期性分布的激光干涉条纹；

有机溶液填充装置将有机溶液填充和附着在空芯光纤的内壁表面，具体包括：通过所述压力泵将所述液体贮存室中的有机溶液经过所述第一填充导管引入所述空芯光纤的空气纤芯中；

通过所述真空吸附器抽出填充在所述空气纤芯中的预置容量的有机溶液，以便剩余的有机溶液附着在所述空芯光纤的内壁表面；

夹持移动装置将内壁表面填充和附着有有机溶液的空芯光纤移动至激光干涉条纹所在的区域，并使得所述空芯光纤的空气纤芯位于所述激光干涉条纹的焦平面上；

所述激光器装置以第二预设激光输出功率进行激光干涉曝光，写制所述光纤布拉格光栅，所述第二预设激光输出功率大于所述第一预设激光输出功率。