CN107884871B - 可见光波段光纤光栅的刻写装置 - Google Patents

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Abstract

一种可见光波段光纤光栅的刻写装置，紫外光源产生的紫外光经过位于光学平台上的第一分光棱镜分为两束，一束紫外光通过第一聚焦准直透镜照射在第一相位掩膜板上产生±1级衍射，衍射光形成的干涉条纹对光敏光纤进行曝光，另一束紫外光经过第一组平面反射镜照射在第二分光棱镜上，经过第二分光棱镜分成两束，一束紫外光通过第二聚焦准直透镜照射在第二相位掩膜板上对光敏光纤另一位置进行曝光，另一束紫外光通过第三聚焦准直透镜照射在第三相位掩膜板上对光敏光纤第三位置进行曝光。本发明具有结构简单、稳定性好、操作方面的优点，在光纤光栅刻写技术领域广泛推广使用。

Description

可见光波段光纤光栅的刻写装置
技术领域
本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及到一种可见光波段光纤光栅的刻写装置。
背景技术
光纤光栅因其体积小、质量轻、稳定性高、功耗低、易于与光纤传输系统连接，是全光网络的重要器件，因此被广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。随着光纤与光器件制备方法和技术的不断发展和完善，光纤光栅成为近年来发展最为迅猛、最具代表性的光无源器件之一，同时随着研究的深入和应用需求的不断扩大，用途各异且各具特性的光纤光栅层出不穷。
在目前的水下光通信技术研究中，由于水体的吸收和散射作用，光波在水下传输的衰减很大，但波长为470nm-540nm的蓝绿光在水下的衰减远小于其他波长的光波因此受到广泛关注。在与红外通信技术相比，可见光通信具有可以长时间的高数据传输，安全性高、对人体安全、频率资源丰富等优点。随着可见光波段通信技术的迅速发展并在未来的通信领域中占有重要的地位和价值，可见光器件在各个领域发展中起着重要作用。高性能的可见光波段的光纤光栅，可广泛应用于光纤激光、光纤传感和航空领域。白光发光二极管(LED)发光效率的逐步提高和蓬勃发展，也为可见光波段通信和传感都提供了可靠的光源，因此可见光波段光纤光栅器件具有广阔的应用前景。但相位掩模板的周期在一定的范围，通过相位掩模板法制作可见光波段光纤光栅存在一定的技术困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理、结构简单、稳定性好、操作方便的可见光波段光纤光栅的刻写装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：光学平台上设置有紫外光源、第一分光棱镜、第一平面反射镜组、第二分光棱镜、第二平面反射镜组、光纤夹持拉伸装置、第一聚焦准直透镜、第二聚焦准直透镜、第三聚焦准直透镜、第二平面反射镜组、相位掩膜板固定装置、安装有光敏光纤的光纤夹持拉伸装置，相位掩膜板固定装置上设置有第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板，第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板形成三角形腔，光敏光纤穿过三角形腔，第一相位掩膜板和第二相位掩膜板以及第三相位掩膜板的衍射区距光敏光纤的距离相等，紫外光源产生的紫外光经过位于光学平台上的第一分光棱镜分为两束，一束紫外光通过第一聚焦准直透镜照射在第一相位掩膜板上产生±1级衍射，衍射光形成的干涉条纹对光敏光纤进行曝光，另一束紫外光经过第一组平面反射镜照射在第二分光棱镜上，经过第二分光棱镜分成两束，一束紫外光通过第二聚焦准直透镜照射在第二相位掩膜板上对光敏光纤另一位置进行曝光，另一束紫外光通过第三聚焦准直透镜照射在第三相位掩膜板上对光敏光纤第三位置进行曝光。
作为一种优选的技术方案，所述的紫外光源为氩离子激光器或准分子激光器。
作为一种优选的技术方案，所述的第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板沿着光敏光纤轴线方向相互错位量为ΔZ，
Figure BDA0001465787350000021
式中，p为相位掩膜板的周期；第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板结构相同，相邻两相位掩膜板之间的夹角为60°。
作为一种优选的技术方案，所述光纤夹持拉伸装置为：光纤夹具上夹持有光敏光纤，光纤夹具一端设置有用于调节光敏光纤的三维调节架，另一端光敏光纤的端部设置有拉力计。
作为一种优选的技术方案，所述的第一平面反射镜组和第二平面反射镜组均由两块垂直的平面反射镜组成。
作为一种优选的技术方案，所述的第一相位掩膜板和第二相位掩膜板以及第三相位掩膜板的衍射区距光敏光纤的距离为0.3mm～0.7mm。
本发明的有益效果如下：
本发明采用相位掩膜板固定装置上设置有第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板，第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板形成三角形腔，光敏光纤穿过三角形腔，第一相位掩膜板和第二相位掩膜板以及第三相位掩膜板的衍射区距光敏光纤的距离相等，可实现对光敏光纤三个位置同时进行光栅刻写，本发明具有结构简单、稳定性好、操作方面的优点，在光纤光栅刻写技术领域广泛推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中S处的具体光路示意图。
图3是第一相位掩膜板04、第二相位掩膜板09、第三相位掩膜板13与光敏光纤14的位置关系示意图。
图4是光敏光纤在第一相位掩膜板04和第二相位掩膜板09以及第三相位掩膜板13轴向错位量为ΔZ的曝光示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。
在图1、2中，本实施例的一种可见光波段光纤光栅的刻写装置由紫外光源01、第一分光棱镜02、第一聚焦准直透镜03、第一相位掩膜板04、第一平面反射镜05、第二平面反射镜06、第二分光棱镜07、第二聚焦准直透镜08、第二相位掩膜板09、第三平面反射镜10、第四平面反射镜11、第三聚焦准直透镜12、第三相位掩膜板13、光敏光纤14、光纤夹持拉伸装置15、相位掩膜板固定装置构成。
光学平台上固定安装有紫外光源01、第一分光棱镜02、第一平面反射镜05、第二分光棱镜07、第二平面反射镜06、光纤夹持拉伸装置15、第一聚焦准直透镜03、第二聚焦准直透镜08、第三聚焦准直透镜12、第三平面反射镜10、第四平面反射镜11、相位掩膜板固定装置、安装有光敏光纤14的光纤夹持拉伸装置15，紫外光源01为氩离子激光器，也可以为准分子激光器，第一平面反射镜05与第二平面反射镜06相互垂直，第三平面反射镜10与第四平面反射镜11相互垂直，相位掩膜板固定装置为市场上销售的产品，相位掩膜板固定装置上安装有第一相位掩膜板04、第二相位掩膜板09、第三相位掩膜板13，第一相位掩膜板04、第二相位掩膜板09、第三相位掩膜板13形成三角形腔，相邻两相位掩膜板之间的夹角为60°，第一相位掩膜板04、第二相位掩膜板09、第三相位掩膜板13沿着光敏光纤14轴线方向相互错位量为ΔZ，
Figure BDA0001465787350000041
式中，p为相位掩膜板的周期；第一相位掩膜板04、第二相位掩膜板09、第三相位掩膜板13结构相同，光敏光纤14穿过三角形腔，如图3，第一相位掩膜板04和第二相位掩膜板09以及第三相位掩膜板13的衍射区距光敏光纤14的距离均为0.5mm，相位掩膜板固定装置上安装有压电陶瓷促动器，压电陶瓷促动器用于调节第一相位掩膜板04～第三相位掩膜沿着光敏光纤14轴线方向相互错位量。
紫外光源01产生的紫外光经过位于光学平台上的第一分光棱镜02分为两束，一束紫外光通过第一聚焦准直透镜03照射在第一相位掩膜板04上产生±1级衍射，衍射光形成的干涉条纹对光敏光纤14进行曝光，另一束紫外光经过第一组平面反射镜照射在第二分光棱镜07上，经过第二分光棱镜07分成两束，一束紫外光通过第二聚焦准直透镜08照射在第二相位掩膜板09上对光敏光纤14另一位置进行曝光，另一束紫外光通过第三聚焦准直透镜12照射在第三相位掩膜板13上对光敏光纤14第三位置进行曝光，如图4。
根据光纤布拉格光栅反射式的光学滤波特性，反射峰值波长称布拉格为波长λB，
λB＝2neffΛ
式中neff是光纤的有效折射率，Λ为光栅周期，利用本发明制作光纤光栅不依赖于入射光波长，只与光纤光栅折射率调制的周期有关，因此可以通过减小光纤光栅周期Λ实现光纤光栅工作在可见光波段，而光纤光栅的周期
Figure BDA0001465787350000051
通过调节三个周期相同的相位掩膜板在轴向上有一定的错位量并且同时对被刻写光纤曝光，使得被刻写光纤光栅周期减小而实现可见光波段光纤光栅的刻写。
本实施例的光纤夹持拉伸装置15为光纤夹具上夹持有光敏光纤14，防止光敏光纤14在刻栅过程中抖动，光纤夹具一端安装有调节光敏光纤14的三维调节架，三维调节架用于调节光敏光纤14与三个相位掩膜板间的距离、光纤高度和光纤纵向拉伸量，光纤夹具另一端光敏光纤14的端部设置有拉力计，拉力计用于测量光敏光纤14在轴向拉伸情况下所承受的拉力。光纤夹持拉伸装置15为市场上销售的产品。

Claims (3)

1.一种可见光波段光纤光栅的刻写装置，在光学平台上设置有紫外光源、第一分光棱镜、第一平面反射镜组、第一聚焦准直透镜、第二平面反射镜组、第二聚焦准直透镜，相位掩膜板固定装置，其特征在于：在光学平台上还设置有第二分光棱镜、第三聚焦准直透镜、安装有光敏光纤的光纤夹持拉伸装置，在相位掩膜板固定装置上设置有第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板，第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板形成三角形腔，光敏光纤穿过三角形腔，第一相位掩膜板和第二相位掩膜板以及第三相位掩膜板的衍射区距光敏光纤的距离相等；
上述的光纤夹持拉伸装置为：光纤夹具上夹持有光敏光纤，光纤夹具一端设置有用于调节光敏光纤的三维调节架，另一端光敏光纤的端部设置有拉力计；
上述的第一平面反射镜组和第二平面反射镜组均由两块垂直的平面反射镜组成。
2.根据权利要求1所述的可见光波段光纤光栅的刻写装置，其特征在于：所述的第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板沿着光敏光纤轴线方向相互错位量为
Figure 681835DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 902732DEST_PATH_IMAGE002
式中，p为相位掩膜板的周期；第一相位掩膜板、第二相位掩膜板、第三相位掩膜板结构相同，相邻两相位掩膜板之间的夹角为60°。
3.根据权利要求1所述的可见光波段光纤光栅的刻写装置，其特征在于，所述的第一相位掩膜板和第二相位掩膜板以及第三相位掩膜板的衍射区距光敏光纤的距离为0.3mm～0.7mm。
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