CN107884872A - 基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤光栅技术领域，特别涉及一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，包括氩离子激光器、扩束系统、50/50分光镜、压电陶瓷促动器、上位机、第一反射镜、第一聚焦透镜、反射单元、第二聚焦透镜、光纤及水平移动平台。第一反射镜与压电陶瓷促动器连接；光纤固定在水平移动平台上。氩离子激光器发出的紫外光经扩束系统扩束后入射至50/50分光镜分为两束平行光；一束平行光经第一反射镜反射至第一聚焦透镜，经第一聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分；另一束平行光经反射单元反射至第二聚焦透镜，经第二聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分。本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，为紫外直写光纤光栅提供了有效的切趾方法。

Description

基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法
技术领域
本发明涉及光纤光栅技术领域，特别涉及一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法。
背景技术
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
紫外直写光栅技术是制作光纤光栅的方式之一，它利用光纤材料对紫外光的光敏性，让相干光干涉图像照射光纤制成纤芯折射率呈周期或非周期性变化。光栅的栅距取决于刻写过程中相干光形成的干涉条纹，该方法制成的光纤光栅条纹间距整齐，质量较好。但现有的技术中存在紫外直写光栅切趾难的技术问题。
发明内容
本发明实施例通过提供一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法，解决了现有技术中紫外直写光栅切趾难的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，包括：氩离子激光器、扩束系统、50/50分光镜、压电陶瓷促动器、上位机、第一反射镜、第一聚焦透镜、反射单元、第二聚焦透镜、光纤及水平移动平台；
所述第一反射镜与所述压电陶瓷促动器固定连接；所述压电陶瓷促动器与所述上位机电性连接，所述上位机对所述压电陶瓷促动器加载锯齿波信号；所述光纤上设置有裸纤部分，所述光纤固定在所述水平移动平台上；
所述氩离子激光器发出的紫外光入射至扩束系统，经所述扩束系统扩束后入射至所述50/50分光镜分为两束平行光；
一束所述平行光入射至所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射至所述第一聚焦透镜，经所述第一聚焦透镜会聚至所述光纤的裸纤部分；
另一束所述平行光入射至所述反射单元，经所述反射单元反射至所述第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜会聚至所述光纤的裸纤部分；
所述水平移动平台带动所述光纤匀速运动，完成写栅过程。
进一步的，所述反射单元包括：第二反射镜及第三反射镜；
另一束所述平行光入射至所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射至所述第三反射镜，经所述第三反射镜反射至所述第二聚焦透镜。
进一步的，所述氩离子激光器发出的激光波长为244nm。
进一步的，所述氩离子激光器发出的激光功率为50-100mW。
进一步的，所述扩束系统的扩束倍数为3-5倍。
进一步地，所述压电陶瓷促动器的位移量为15-20μm，电容为180nF。
进一步的，所述第一聚焦透镜及所述第二聚焦透镜的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上。
进一步的，所述水平移动平台的移速为纳米级。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的方法，包括如下步骤：
将第一反射镜与压电陶瓷促动器固定连接，所述压电陶瓷促动器与上位机电性连接；
将所述光纤固定在水平移动平台上，在所述光纤上设置裸纤部分；
控制所述上位机对所述压电陶瓷促动器加载锯齿波信号；
控制氩离子激光器发出的紫外光入射至扩束系统，经所述扩束系统扩束后入射至50/50分光镜分为两束平行光；
控制一束平行光入射至第一反射镜，经第一反射镜反射至第一聚焦透镜，经所述第一聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分；
控制另一束平行光入射至反射单元，经所述反射单元反射至第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分；
控制水平移动平台带动所述光纤匀速运动，完成写栅过程。
进一步的，所述第一反射镜与所述压电陶瓷促动器通过胶水固定连接。
本发明实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法，将写栅系统中一个反射镜固定在压电陶瓷促动器上，通过对压电陶瓷促动器加载锯齿波信号，在一个写栅周期内，随着时间的增加，每个子周期的电压占空比逐渐增加，在中心处增加至100％占空比，然后相应的逐渐减小，则引起了干涉条纹的相位变化，从而形成光纤光栅的切趾。
因此，本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法，水平移动平台和压电陶瓷的精度均为为纳米级，由上位机控制，有效的控制了写栅和切趾过程的精度，把控重复性，光纤光栅的重复性及一致性良好，为紫外直写光纤光栅提供了有效的切趾方法，解决了紫外直写光栅切趾难的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的上位机对压电陶瓷促动器加载的锯齿波信号波形图；
图3为本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的方法流程图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置及方法，解决了现有技术中紫外直写光栅切趾难的技术问题。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通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。
实施例一
参见图1，本发明实施例提供了一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，该装置包括：氩离子激光器1、扩束系统2、50/50分光镜3、压电陶瓷促动器4、上位机(图中未示出)、第一反射镜5、第一聚焦透镜6、反射单元12、第二聚焦透镜9、光纤11及水平移动平台10。其中，第一反射镜5与压电陶瓷促动器4固定连接；参见图2，压电陶瓷促动器4与上位机电性连接，上位机对压电陶瓷促动器4加载锯齿波信号；光纤11上设置有裸纤部分，光纤11固定在水平移动平台10上。
氩离子激光器1发出的紫外光入射至扩束系统2，经扩束系统2扩束后入射至50/50分光镜3分为两束平行光；一束平行光入射至第一反射镜5，经第一反射镜5反射至第一聚焦透镜6，经第一聚焦透镜6会聚至光纤11的裸纤部分；另一束平行光入射至反射单元12，经反射单元12反射至第二聚焦透镜9，经第二聚焦透镜9会聚至光纤11的裸纤部分；水平移动平台10带动光纤11匀速运动，完成写栅过程。
作为一种优选的实施例，反射单元12包括一个或一个以上的反射镜，用于实现光路角度的转换。例如，本实施例提供的反射单元12包括：第二反射镜及第三反射镜。经50/50分光镜3分出的一束平行光入射至第二反射镜，经第二反射镜反射至第三反射镜，并经第三反射镜反射至第二聚焦透镜9，经第二聚焦透镜9会聚至光纤11的裸纤部分。
作为一种优选的实施例，氩离子激光器1发出的激光波长为244nm，氩离子激光器1发出的激光功率为50-100mW。氩离子激光器的波长为244nm,244nm处于石英光纤的光谱吸收峰上，提高了紫外曝光写栅的效率；此外，氩离子激光器光束质量好，光斑大小仅为0.6*0.6mm，相干长度大，更利于控制写栅过程，双光束干涉在光纤裸纤部分形成的条纹状光斑更为优良。
作为一种优选的实施例，扩束系统2的扩束倍数为3-5倍。聚焦光斑的直径仅为6μm，需使用3-5倍扩束系统使得光斑缩小。
作为一种优选的实施例，压电陶瓷促动器4的位移量为15-20μm，电容为180nF。位移量15-20μm的压电陶瓷能完成切趾所需的位移量。
作为一种优选的实施例，第一聚焦透镜6及第二聚焦透镜9的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上。光纤的裸纤部分纤芯直径为6-8μm，最终的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上，正好完整覆盖纤芯部分。
作为一种优选的实施例，水平移动平台10的移速为纳米级。
实施例二
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的方法，参见图1及图3，该方法包括如下步骤：
步骤S10、将第一反射镜5与压电陶瓷促动器4固定连接，压电陶瓷促动器4与上位机电性连接。其中，第一反射镜5与压电陶瓷促动器4通过胶水固定连接。上位机用于对压电陶瓷促动器4加载锯齿波信号。压电陶瓷促动器4的位移量为15-20μm，电容为180nF。
步骤S20、将光纤11固定在水平移动平台10上，在光纤11上设置裸纤部分。其中，水平移动平台10的移速为纳米级。
步骤S30、控制上位机对压电陶瓷促动器4加载锯齿波信号。
步骤S40、控制氩离子激光器1发出的紫外光入射至扩束系统2，经扩束系统2扩束后入射至50/50分光镜3分为两束平行光。其中，扩束系统2的扩束倍数为3-5倍。
步骤S50、控制一束平行光入射至第一反射镜5，经第一反射镜5反射至第一聚焦透镜6，经第一聚焦透镜6会聚至光纤11的裸纤部分。其中，第一聚焦透镜6的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上。
步骤S60、控制另一束平行光入射至反射单元12，经反射单元12反射至第二聚焦透镜9，经第二聚焦透镜9会聚至光纤11的裸纤部分。其中，第二聚焦透镜9的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上。
步骤S70、控制水平移动平台10带动光纤11匀速运动，完成写栅过程。
需要说明的是，上述步骤S10-步骤S70没有一定的顺序限制，可根据实际需要灵活设置执行顺序。
参见图1及图2，本发明实施例提供的基于压电陶瓷促动器4制作切趾光纤光栅的装置及方法的工作原理如下：将写栅系统中一个反射镜固定在压电陶瓷促动器4上，通过对压电陶瓷促动器4加载锯齿波信号，在一个写栅周期内，随着时间的增加，每个子周期的电压占空比逐渐增加，在中心处增加至100％占空比，然后相应的逐渐减小，则引起了干涉条纹的相位变化，从而形成光纤光栅的切趾。
本发明实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
本发明实施例提供的基于制作切趾光纤光栅的装置及方法，光纤光栅的重复性及一致性良好，为紫外直写光纤光栅提供了有效的切趾方法，解决了紫外直写光栅切趾难的问题。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，包括：氩离子激光器、扩束系统、50/50分光镜、压电陶瓷促动器、上位机、第一反射镜、第一聚焦透镜、反射单元、第二聚焦透镜、光纤及水平移动平台；
所述第一反射镜与所述压电陶瓷促动器固定连接；所述压电陶瓷促动器与所述上位机电性连接，所述上位机对所述压电陶瓷促动器加载锯齿波信号；所述光纤上设置有裸纤部分，所述光纤固定在所述水平移动平台上；
所述氩离子激光器发出的紫外光入射至扩束系统，经所述扩束系统扩束后入射至所述50/50分光镜分为两束平行光；
一束所述平行光入射至所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射至所述第一聚焦透镜，经所述第一聚焦透镜会聚至所述光纤的裸纤部分；
另一束所述平行光入射至所述反射单元，经所述反射单元反射至所述第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜会聚至所述光纤的裸纤部分；
所述水平移动平台带动所述光纤匀速运动，完成写栅过程。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，在于，所述反射单元包括：第二反射镜及第三反射镜；
另一束所述平行光入射至所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射至所述第三反射镜，经所述第三反射镜反射至所述第二聚焦透镜。
3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，所述氩离子激光器发出的激光波长为244nm。
4.根据权利要求3所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，所述氩离子激光器发出的激光功率为50-100mW。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，所述扩束系统的扩束倍数为3-5倍。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，所述压电陶瓷促动器的位移量为15-20μm，电容为180nF。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，所述第一聚焦透镜及所述第二聚焦透镜的聚焦光斑直径为6μm或6μm以上。
8.根据权利要求1-4任一项所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的装置，其特征在于，所述水平移动平台的移速为纳米级。
9.一种基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将第一反射镜与压电陶瓷促动器固定连接，所述压电陶瓷促动器与上位机电性连接；
将所述光纤固定在水平移动平台上，在所述光纤上设置裸纤部分；
控制所述上位机对所述压电陶瓷促动器加载锯齿波信号；
控制氩离子激光器发出的紫外光入射至扩束系统，经所述扩束系统扩束后入射至50/50分光镜分为两束平行光；
控制一束平行光入射至第一反射镜，经第一反射镜反射至第一聚焦透镜，经所述第一聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分；
控制另一束平行光入射至反射单元，经所述反射单元反射至第二聚焦透镜，经所述第二聚焦透镜会聚至光纤的裸纤部分；
控制水平移动平台带动所述光纤匀速运动，完成写栅过程。
10.根据权利要求9所述的基于压电陶瓷促动器制作切趾光纤光栅的方法，其特征在于，所述第一反射镜与所述压电陶瓷促动器通过胶水固定连接。
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