CN109828327B - 一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，其中，该方法包括：对光纤进行载氢处理，并去除其涂覆层；对激光器发射的预定波长的激光光束进行整形处理；在上位机软件界面输入拟刻写栅区长度，根据刻写栅区长度调节光阑大小，然后通过控制一维移动平台调节光纤曝光区域，对光纤进行刻写获得光纤光栅。本发明公开的方法克服制备不同长度光纤光栅成本高，手动光路调节复杂、效率慢等问题，提供一种刻写长度可调光纤光栅的方法，能够获得均匀对比度高、栅区长度在线连续可调的光纤光栅。

Description

一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法

本申请是申请号为201610916035.9，发明创造名称为一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别涉及一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(简称光纤光栅)，作为二十一世纪最为重要的光子器件之一，以其体积小、灵敏度高、波长编码、抗电磁干扰、与光纤无缝连接等优点，在光纤传感、通信和光纤激光器等领域中得到了广泛应用。

中国专利201310228540.0公开了一种带宽可控的光纤光栅刻写方法及装置，中国专利201510213965.3公开了一种刻写周期可调光纤光栅的装置及方法，但是随着光纤光栅在光纤传感、通信和光纤激光器等领域的广泛应用，对光纤光栅的长度要求也各不相同，因此为了满足工程需要，设计一种刻写长度可控的光栅制作方法成为研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种刻写任意栅区长度光纤光栅方法，其刻写效率高，操作方法简单且可重复使用。

本发明的技术方案是：一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，该方法采用的装置由激光器、激光光束整形系统、相位掩膜板、光纤和光纤夹持装置组成，所述的激光光束整形系统包括转向镜、扩束镜组、可调光阑和柱透镜，该刻写方法的具体过程如下：

对光纤进行载氢处理，并去除其涂覆层；

将整形处理的激光经柱透镜聚焦到相位掩膜板上，透射光经相位掩膜板产生±1级衍射，衍射光形成的干涉光对被刻写光纤曝光刻写。

优选的，所述的载氢处理包括：将光纤置于预定气压与温度的载氢池中，使该光纤中形成氢-锗化学键。

优选的，所述激光器发射的激光经过表面镀膜的99％转向镜后垂直射入所述扩束镜组中，所述转向镜与该激光器发射方向呈45°夹角。

优选的，所述对光纤的曝光区域刻写并实时监测包括：

在所述去除涂覆层后的光纤两端分别设置宽带光源与光谱仪，对刻写过程实时检测，在所述去除涂覆层的光纤下方设置裂像显微镜，对光纤长度进行验证。

优选的，所述的根据刻写光栅长度调整光阑大小具体包括：光阑参数G大小与光栅栅区长度L的关系为线性关系用式(1)表示：

L＝kG (1)

其中k值为正比例系数，光阑参数G指的是光阑横向尺寸。

优选的，所述的调节光阑具体调节光阑水平方向距离，方法包括：用具有一系列具体尺寸的不透光的遮挡物遮挡或选用自带可调节尺寸的可调光阑。

本发明的有益效果是：基于相位掩膜板对光纤进行刻写，使得所刻写的光纤光栅栅区长度不受限于刻写紫外激光光斑尺寸和相位模板的啁啾度，即可达到光栅栅区长度可控的目的，有效的减少了制作成本且该方法刻写的效率较高，重复性较强。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1为本发明刻写任意光纤光栅栅区长度装置的结构框图。

图2为本发明实时监测刻写不同长度光纤光栅的结构示意图。

图3为本发明的光阑调节大小与光栅刻写长度的关系示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

实施例1

本发明提供了一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，具体包括以下步骤：光纤进行载氢处理，去除其涂覆层后，将其安装于栅区长度可控的光纤光栅刻写装置上；该栅区长度可控的光纤光栅刻写装置通过转向镜和扩束镜组对激光器发射的激光光束变向和扩束，将扩束后的激光光束设定刻写栅区的光栅长度，可调光阑由一维移动平台电动控制并通过串口与计算机连接，在上位机软件界面输入需刻写栅区的光栅长度，根据刻写光栅长度调整光阑大小，调整后的光阑对接收的光束整形，根据整形后的光束控制一维电动平台调节光纤的曝光区域。基于相位掩膜板对光纤进行刻写，使得所刻写的光纤光栅栅区长度不受限于刻写紫外激光光斑尺寸和相位模板的啁啾度，即可达到光栅栅区长度可控的目的，有效的减少了制作成本且该方法刻写的效率较高，重复性较强。

本发明提供了一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，刻写过程具体包括以下步骤：

对光纤进行载氢处理，并去除其涂覆层。

将光纤置于预定气压与温度的载氢池中经过一段时间的载氢，使该光纤中形成氢-锗(H-Ge)化学键，以便于光纤成栅对光纤进行快速刻写；再利用光纤剥线钳去除该光纤的涂覆层，通常情况下，去涂覆层区域的长度不少于20cm，去涂覆层区域的长度大于相位掩膜板的长度。

对激光器101发射的激光光束整形处理。

激光光束整形系统包括转向镜102、扩束镜组103、可调光阑104和柱透镜105，可调光阑104由一维移动平台109电动控制并且可调光阑104通过串口与计算机110连接；激光器101发射的激光光束经转向镜102和扩束镜组103扩束，将扩束后的激光光束在计算机软件界面输入拟刻写光栅栅区长度，根据栅区长度调节可调光阑104的宽度；可调光阑对扩束后的激光光束整形处理。

本发明实施例中为降低光纤光栅刻写的成本，确保刻写光纤光栅栅区长度可控，需要对激光器101发射激光光束进行整形，具体的：利用转向镜102和扩束镜组103对该激光器101发射的预定波长(例如，248nm的紫外激光)的激光进行扩束；在通过串口与光阑连接的计算机软件界面输入拟需要刻写的光栅栅区长度；根据输入的光栅栅区长度调节光阑宽度并对接收到的激光光束进行整形同时通过一维移动平台109调节曝光区域；柱透镜105将接收到的已整形的激光光束聚焦。

优选的，转向镜102为一表面镀膜的99％高反射镜，且该转向镜与该激光器发射方向呈45°夹角，用于改变激光光路及对激光光路进行微调。

优选的，计算机软件界面设置光栅栅区长度与光阑参数关系程序，输入光栅栅区长度经过软件计算得到光阑参数，光阑参数G大小与光栅栅区长度L的关系为线性关系用式(1)表示：

L＝kG (1)

优选的，所述的一维移动平台109通过控制器控制，可以实现匀速移动，实现栅区长度均匀刻写。

聚焦后的光束经过相位掩膜板106对该光纤的曝光区域进行刻写，获得所需的光纤光栅。

相位掩模板106用于产生±l级衍射光，衍射光交替形成干涉条纹，对曝光区域进行刻写，获得光纤光栅。

刻写过程中光纤光栅监测和检测。

图2示出了本发明实时监测刻写不同长度光纤光栅的结构图。如图2所示，在所述去除涂覆层后的光纤两端分别设置宽带光源220(例如ASE宽带光源)、光谱仪230与光谱仪231，光谱仪230和光谱仪231分别监测反射光谱和透射光谱，对刻写过程进行实时监测(对不同长度光栅刻写过程中光栅反射谱与透射谱进行实时监测)，宽带光源220与光谱仪230与耦合器210端口1和端口2连接，光谱仪231与光纤一端连接，光纤另一端与耦合器210端口3连接，在去除涂覆层的光纤108下方设置裂像显微镜240，对光栅长度进行验证和检测。

实施例2

图1为本发明实施例2提供的一种刻写任意光纤光栅栅区长度装置的结构框图。如图1所示，该装置包括：激光器101、转向镜102、扩束镜组103、可调光阑104、柱透镜105、相位掩膜板106、光纤108及光纤夹持装置107。

所述的激光器101用于发射预定波长的激光。

所述柱透镜105，用于对整形处理的激光进行聚焦处理。

所述转向镜102，用于改变激光光路及对激光光路进行微调。

所述扩束镜组103，用于对激光光束扩束整形。

所述相位掩膜板105，用于利用聚焦处理后的激光对该光纤的曝光区域进行刻写。

所述的光纤夹持装置107与光纤接触面设有橡胶垫，确保摩擦力作用不对光纤造成损伤；所述的光纤夹持装置用于固定和定位光纤。

所述可调光阑104接收整形后的激光光束并对激光光束再次整形处理；所述可调光阑104为圆形、长方形或正方形，根据刻写实际情况而定；所述的可调光阑104置于一维移动平台109上方，光阑通过一维移动平台109电动控制调节光阑的水平位置进而改变去涂覆层光纤108的曝光区域，所述的一维移动平台109通过控制器控制，可匀速移动实现栅区长度均匀刻写；所述的可调光阑104通过串口与计算机110连接，用户通过在软件界面输入拟刻写光栅栅区长度来调整光阑大小；所述可调光阑104调节光阑宽度的方法包括：用不透光的具有具体尺寸的遮挡物遮挡通孔(例如具体尺寸的布或木块等)或自带可调节尺寸的光阑，通过调整手柄改变光阑尺寸(例如照相物镜中的光圈)。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，该方法采用的装置由激光器、激光光束整形系统、相位掩膜板、光纤和光纤夹持装置组成，所述的激光光束整形系统包括转向镜、扩束镜组、可调光阑和柱透镜，该刻写方法的具体过程包括以下步骤：

对光纤进行载氢处理，并去除其涂覆层，所述的载氢处理包括：将光纤置于预定气压与温度的载氢池中，使该光纤中形成氢-锗化学键；

激光器发射的预定波长的激光光束经过表面镀膜的99％转向镜后垂直射入所述扩束镜组中，所述激光器发射的激光经过，所述转向镜与该激光器发射方向呈45°夹角；

对扩束后的激光光束设定刻写光栅的栅区长度，所述方法包括以下子步骤：可调光阑由一维移动平台电动控制并通过串口与计算机连接，在上位机软件界面输入需刻写光栅的栅区长度，根据刻写光栅长度调整光阑大小，调整后的光阑对接收的光束整形，根据整形后的光束控制一维电动平台调节光纤的曝光区域；

所述的根据刻写光栅长度调整光阑大小具体包括：光阑参数G大小与光栅栅区长度L的关系为线性关系用式(1)表示：

L＝kG (1)

其中k值为正比例系数，光阑参数G指光阑横向尺寸；

所述的调节光阑具体调节光阑水平方向距离，方法包括：用具有一系列具体尺寸的不透光的遮挡物遮挡或选用自带可调节尺寸的可调光阑；

将整形处理的激光经柱透镜聚焦到相位掩膜板上，透射光经相位掩膜板产生±1级衍射，衍射光形成的干涉光对被刻写光纤曝光刻写，并实时监测光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的一种基于可调光阑刻写任意栅区长度光纤光栅方法，其特征在于，所述对光纤的曝光区域刻写并实时监测包括：

在所述去除涂覆层后的光纤两端分别设置宽带光源与光谱仪，对刻写过程实时检测，在所述去除涂覆层的光纤下方设置裂像显微镜，对光纤长度进行验证。

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