CN108845388B - 一种机械制长周期光纤光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，包括如下步骤：步骤1、准备光纤和缠绕线；步骤2、准备加热棒和导热圆柱套筒；步骤3、光纤放置在导热圆柱套筒上，导热圆柱套筒内部放有加热棒，缠绕线将光纤和导热圆柱套筒缠绕在一起，光纤受到缠绕线施加的周期性压力后，形成长周期光纤光栅；步骤4、加热棒能够改变温度，由于所述导热圆柱套筒和所述缠绕线热膨胀程度不同，使得所述缠绕线的缠绕紧缩或松弛，从而可以使所述光纤受到不同的压力，从而控制纤芯与包层模式之间的耦合强度，同时所述缠绕线能够通过改变缠绕线直径来改变谐振波长。本发明有谐振波长可调谐、模式耦合强度可控、光栅可擦除。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感领域与光通信无源器件领域，尤其涉及机械制长周期光纤光栅(LPFG)的制作方法。
背景技术
长周期光纤光栅作用于同向传输的纤芯导模和包层模之间，它将纤芯导模耦合到向前传输的包层模从而形成谐振波长的损耗峰，呈现出透射型带阻滤波特性。LPFG由于其制作简单、易于连接、插入损耗低、无后向反射等优点，在光通信领域发挥着越来越重要的作用。此外，LPFG对环境参数(折射率、温度、湿度、应力、弯曲、扭曲等)的变化很敏感，因此，在传感测量方面也具有很大的竞争优势。
LPFG的滤波特性，如损耗幅度、共振波长和抑制带宽一般由制造工艺决定，并且不能改变。目前长周期光栅的制作大多采用在掺锗载氢光纤中，通过紫外激光加掩膜版对纤芯进行照射，从而引入大的折射率周期性变化来实现；这种长周期光纤光栅的性能，包括应力、温度、弯曲等，易受外界环境的影响。另一种常见的制作长周期光纤光栅的工艺，是使用CO2激光逐点写入的方法使得光纤纤芯折射率产生周期性变化；这种方法可获得较大的有效折射率变化，器件性能稳定，然而工艺复杂，成本昂贵，不适合大规模生产。
总之，目前的长周期光纤光栅制作方法存在着工艺复杂、成本昂贵和光栅功能单一等缺点。
发明内容
为了克服现有长周期光纤光栅制作复杂和制作成本高等不足，本发明提供一种具有谐振波长可调谐、模式耦合强度可控、光栅可擦除等优点的机械制长周期光纤光栅的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1准备光纤和缠绕线；
步骤2准备加热棒和导热圆柱套筒
首先准备一根加热棒，然后再准备一个中心是空的导热圆柱套筒；
步骤3机械制长周期光纤光栅的制作
光纤放置在导热圆柱套筒上，导热圆柱套筒内部放有加热棒，缠绕线将光纤和导热圆柱套筒缠绕在一起，光纤受到缠绕线施加的周期性压力后，形成长周期光纤光栅；
步骤4机械制长周期光纤光栅的使用
所述加热棒能够改变温度，由于所述导热圆柱套筒和所述缠绕线热膨胀程度不同，使得所述缠绕线的缠绕紧缩或松弛，从而可以使所述光纤受到不同的压力，从而控制纤芯与包层模式之间的耦合强度，同时所述缠绕线能够通过改变缠绕线直径来改变谐振波长。
进一步，所述步骤1中，所述光纤采用单模光纤。
再进一步，所述步骤1中，所述缠绕线选用弹性系数大、热膨胀系数小的金属或非金属材料制作。
所述缠绕线的材料为聚酰胺纤维或铁。
更进一步，所述步骤2中，所述加热棒采用电加热方式，通过调节电流的大小，使加热棒的功率增大或减小，进而改变导热圆柱体套筒的温度。
所述加热棒材料为不锈钢，所述导热圆柱套筒选用热膨胀系数大的材料，材料为铝。
本发明的技术构思为：加热棒可以通过改变温度使得导热圆柱套筒的温度发生变化，进而使缠绕线的缠绕紧缩或松弛，从而可以使光纤受到不同的压力，控制纤芯与包层之间的耦合强度，进一步的，缠绕线可以通过改变缠绕线直径来改变谐振波长，从而制成压力大小可变、周期可调的长周期光纤光栅。
本发明的有益效果主要表现在：1)通过给光纤缠绕线圈使得光纤受到周期性压力，通过调节加热棒的温度可改变光纤受到的压力大小，这样可以更快、更方便地得到滤波效果更好的长周期光纤光栅；2)目前长周期光纤光栅在用作滤波器方面存在滤波特性不可调节等缺点，本发明的机械制长周期光纤光栅在用作滤波器时可实现谐振波长和振幅损耗的调节；3)装置比较简单，材料易得，可以节省成本。
附图说明
图1是准备光纤的示意图。
图2是准备加热棒和导热圆柱套筒的示意图。
图3是机械制长周期光纤光栅制作和使用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1-图3，一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，包括以下步骤：
1)如图1，准备一根光纤101。在本发明中选用的光纤，包括但不限于单模光纤。
2)如图2，准备加热棒102和导热圆柱套筒103，其中加热棒102采用电加热方式，加热棒102的材料，包含但不仅限于不锈钢；导热圆柱套筒103中心是空的，可以把加热棒102放进去并紧密接触。导热圆柱套筒103选用热膨胀系数大的材料，材料包含但不仅限于铝。
3)如图3，把光纤101放在带有加热棒102的导热圆柱套筒103上，然后用缠绕线104把光纤101和导热圆柱套筒103缠绕在一起。所述缠绕线104选用弹性系数大、热膨胀系数小的金属或非金属材料制作，包括但不限于聚酰胺纤维和铁。光纤101受到缠绕线104施加的周期性压力后，就形成长周期光纤光栅。如果将宽光谱或波分复用的光105输入到光纤中，光在同向传输的纤芯基模和包层模之间发生耦合，就可以实现光栅的滤波功能，得到带阻信号106。
4)如图3，当闭合开关107后，电流可调恒流源108给加热棒102通电加热时，导热圆柱套筒103和缠绕线104的温度都会发生改变，调节加热棒102的功率，由于导热圆柱套筒103和缠绕线104热膨胀程度不同，导致缠绕线104紧缩或松弛，从而可以使光纤101受到不同的压力，从而控制纤芯与包层模式之间的耦合强度。进一步的，缠绕线104可以通过改变其缠绕线直径来改变谐振波长。
Claims (6)
1.一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1准备光纤和缠绕线；
步骤2准备加热棒和导热圆柱套筒
首先准备一根加热棒，然后再准备一个中心是空的导热圆柱套筒；
步骤3机械制长周期光纤光栅的制作
光纤放置在导热圆柱套筒上，导热圆柱套筒内部放有加热棒，缠绕线将光纤和导热圆柱套筒缠绕在一起，光纤受到缠绕线施加的周期性压力后，形成长周期光纤光栅；
步骤4机械制长周期光纤光栅的使用
所述加热棒能够改变温度，由于所述导热圆柱套筒和所述缠绕线热膨胀程度不同，使得所述缠绕线的缠绕紧缩或松弛，从而可以使所述光纤受到不同的压力，从而控制纤芯与包层模式之间的耦合强度，同时所述缠绕线能够通过改变缠绕线直径来改变谐振波长。
2.如权利要求1所述的一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，所述光纤采用单模光纤。
3.如权利要求1或2所述的一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，所述缠绕线选用弹性系数大、热膨胀系数小的金属或非金属材料制作。
4.如权利要求3所述的一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述缠绕线的材料为聚酰胺纤维或铁。
5.如权利要求1或2所述的一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，所述加热棒采用电加热方式，通过调节电流的大小，使加热棒的功率增大或减小，进而改变导热圆柱体套筒的温度。
6.如权利要求5所述的一种机械制长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，所述加热棒材料为不锈钢，所述导热圆柱套筒选用热膨胀系数大的材料。
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