CN110007394B - 一种制备相移光纤布拉格光栅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤器件领域，公开了一种制备相移光纤布拉格光栅的方法，该制备方法将两个倾角不同的倾斜布拉格光栅刻写在光纤纤芯，两个光栅的栅区叠加在一起形成相移布拉格光栅。与现有技术相比，该方法操作简单，成本低，制备的相移布拉格光栅透射峰的位置和调制深度均可调节。本发明方法制备的相移布拉格光栅可用于制作传感器、可调节窄带滤波器等。经实验验证，本发明提供的制备方法和加工设备可以制备透射峰峰位不同的相移布拉格光栅。

Description

一种制备相移光纤布拉格光栅的方法
技术领域
本发明涉及一种制备相移光纤布拉格光栅的方法，属于光纤器件领域。
背景技术
相移光纤光栅的光谱特点是在光栅光谱的谐振峰中打开一个或若干个透射窗口，被广泛应用于可调谐光器件以及多参量传感方面，在光通信及光谱分析等研究领域具有很高的应用价值。
目前，实际生产中最常用的相移布拉格光栅制备方法是使用相移相位掩模板直接写入，所需要的相移相位掩模板造价昂贵，且一个相移相位掩模板只能制作一种相移布拉格光栅。
另一种方法如图1所示，是利用显微物镜2，将飞秒激光3聚焦至待形成相移区域的光纤布拉格光栅纤芯1上，通过激光辐照改变照射区域的折射率，将该区域的布拉格光栅擦除，得到相移光纤布拉格光栅，加工工艺复杂，加工效率低，需要昂贵的高精度电动位移平台，而且激光擦除区域的光纤材料会变脆，容易发生断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种相移光纤布拉格光栅及制备方法，将两个倾角不同的布拉格光栅叠加在一起形成相移布拉格光栅，操作简单，成本低，光谱质量高，相移布拉格光栅的透射峰的位置和调制深度均可调。
本发明第一方面提供一种相移光纤布拉格光栅，由刻写在光纤(12)上的两个布拉格光栅构成，各所述布拉格光栅与光纤(12)的夹角不同，使得两个布拉格光栅的周期不同；两个所述布拉格光栅的光谱叠加形成所述相移布拉格光栅的光谱。
进一步地，所述光纤为单模光纤、多模光纤、细芯光纤、光子晶体光纤和塑料光纤中的一种。
本发明第二方面提供一种制备相移光纤布拉格光栅的方法，包括如下步骤：
(1)打开激光器的快门，第一反射镜和第一光阑为一组，第二反射镜和第二光阑为一组，利用交叉原理通过调整第一反射镜和第二反射镜的角度，将光路调直，使激光垂直于柱透镜入射；将相位掩模板放置在柱透镜聚焦点的前方，并与柱透镜平行；
(2)调节第一光阑的开口大小，使入射光斑的直径为8mm-13mm；转动衰减片的调节旋钮将激光功率降低至预设功率；
(3)将光纤剥去预设长度的涂覆层，并用酒精浸润的擦镜纸清洁光纤表面；用光纤切割刀将光纤的端头切平后，将光纤夹在光纤夹具两端的光纤夹上；
(4)通过旋钮调节手动三维位移平台，控制光纤沿X轴、Y轴和Z轴三个方向平移，使光纤的纤芯与激光聚焦点重合，通过旋钮手动调节旋转平台使光纤与相位掩模板平行；
(5)通过旋钮手动调节旋转平台使光纤水平转动，利用旋转平台上的刻度确保光纤旋转角度A，打开激光器的快门，制备第一个布拉格光栅，关闭激光器快门；
(6)通过旋钮手动调节旋转平台使光纤水平转动；利用旋转平台上的刻度确保光纤转动角度B，A≠B；打开激光器的快门，制备第二个布拉格光栅，关闭激光器快门；
(7)所述第一个布拉格光栅和所述第二个布拉格光栅组成所述相移光纤布拉格光栅，将第一个布拉格光栅的光谱和第二个布拉格光栅的光谱叠加后形成相移光纤布拉格光栅的光谱。
进一步地，步骤(5)和步骤(6)中所述旋转角度A和转动角度B为0°～8°，且A与B相差不超过3°以确保光谱为相移布拉格光栅光谱。
进一步地，所述激光器所发射激光的重复频率为10～2000Hz，所述预设功率为200～2000mw。
本发明第三方面提供一种制备相移光纤布拉格光栅的设备，包括用于产生飞秒激光脉冲的激光器，用于调整光路的第一反射镜、第二反射镜、第一光阑和第二光阑，用于调整光束能量的衰减片，用于将激光聚焦成线形的柱透镜，用于形成干涉条纹的相位掩模板，用于固定光纤的光纤夹具，用于调整光纤与相位掩模板夹角的旋转平台和用于调整光纤的位置的三维位移平台。
与现有技术相比，本发明的操作简便，加工效率高，成本低，适用于各种类型的光纤。布拉格光栅的峰位会随倾角的增大而向长波方向漂移，因此通过控制旋转角度可实现相移布拉格光栅透射峰峰位的精确控制。
本发明方法制备的相移光纤布拉格光栅可用于制造传感器和可调节窄带滤波器等。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是现有技术中飞秒激光擦除法的制备原理示意图。
图2是本发明一个实施例的制备原理示意图。
图3是本发明一个实施例中光纤旋转并与相位掩模板形成新夹角的示意图。
图4是普通布拉格光栅与3°倾斜布拉格光栅叠加形成的相移布拉格光栅光谱图
图5是2°倾斜布拉格光栅与4°倾斜布拉格光栅叠加形成的相移布拉格光栅光谱图
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
制备方法实施例1
使用SMF-28单模光纤、800nm飞秒激光器和周期2142nm的相位掩模板，通过如图2-3所示的方法分别加工0度和3度的布拉格光栅，步骤如下：
1、打开激光器4的快门，第一反射镜5和第一光阑9为一组，第二反射镜6和第二光阑7为一组，利用交叉原理通过调整第一反射镜5和第二反射镜6的角度，将光路调直，使激光垂直柱透镜10入射；
2、将相位掩模板11放置在柱透镜10聚焦点的前方，并与柱透镜10平行；
3、调节第一光阑9的开口大小，使入射光斑的直径为8mm。将激光频率设置为1000Hz，转动衰减片8的调节旋钮将激光功率降低至600mw；
4、将光纤12剥去1cm涂覆层，并用酒精浸润的擦镜纸清洁光纤12表面.用光纤切割刀将光纤12的端头切平后，将光纤12夹在光纤夹具13两端的光纤夹上；
5、通过旋钮调节手动三维位移平台15，控制光纤12沿X轴、Y轴和Z轴三个方向平移，使光纤12的纤芯与激光聚焦点重合，通过旋钮手动调节旋转平台14使光纤12与相位掩模板11平行；
6、打开激光器4的快门照射20秒，制备出0度布拉格光栅；
7、通过旋钮手动调节旋转平台14使光纤12水平转动，利用旋转平台14上的刻度确保光纤12转动了3度；
8、打开激光器4的快门照射20秒，制备出3度倾斜布拉格光栅。
如图4所示，0度布拉格光栅和3度倾斜布拉格光栅组成的相移光纤布拉格光栅所形成的光谱，在1549.88nm处形成了一个较窄的透射峰。
制备方法实施例2
使用SMF-28单模光纤、800nm飞秒激光器和周期2142nm的相位掩模板，通过如图2-3所示的方法分别加工2度和4度的布拉格光栅，步骤如下：
1、打开激光器4的快门，第一反射镜5和第一光阑9为一组，第二反射镜6和第二光阑7为一组，利用交叉原理通过调整第一反射镜5和第二反射镜6的角度，将光路调直，使激光垂直柱透镜10入射；
2、将相位掩模板11放置在柱透镜10聚焦点的前方，并与柱透镜10平行；
3、调节第一光阑9的开口大小，使入射光斑的直径为8mm；将激光频率设置为1000Hz，转动衰减片8的调节旋钮将激光功率降低至600mw；
4、将光纤12剥去1cm涂覆层，并用酒精浸润的擦镜纸清洁光纤12表面；用光纤切割刀将光纤12的端头切平后，将光纤12夹在光纤夹具13两端的光纤夹上；
5、通过旋钮调节手动三维位移平台15，控制光纤12沿X轴、Y轴和Z轴三个方向平移，使光纤12的纤芯与激光聚焦点重合，通过旋钮手动调节旋转平台14使光纤12与相位掩模板11平行；
6、通过旋钮手动调节旋转平台14使光纤12水平转动，利用旋转平台14上的刻度确保光纤12转动了2度；
7、打开激光器4的快门照射20秒，制备出2度布拉格光栅；
8、通过旋钮手动调节旋转平台14使光纤12水平转动，利用旋转平台14上的刻度确保光纤12转动了4度；
9、打开激光器4的快门照射20秒，制备出4度倾斜布拉格光栅。
如图5所示，2度倾斜布拉格光栅和4度倾斜布拉格光栅组成的相移光纤布拉格光栅所形成的光谱在1550.94nm处形成了一个较窄的透射峰，峰位较实施例1向长波方向漂移了1.06nm。
如图2所示，本发明制备设备的一个实施例中，包括用于产生飞秒激光脉冲的激光器4，用于调整光路的第一反射镜5、第二反射镜6、第一光阑9和第二光阑7，用于调整光束能量的衰减片8，用于将激光聚焦成线形的柱透镜10，用于形成干涉条纹的相位掩模板11，用于固定光纤12的光纤夹具13，用于调整光纤12与相位掩模板11夹角的手动旋转平台14和用于调整光纤12的位置的手动三维位移平台15。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (3)

1.一种制备相移光纤布拉格光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)打开激光器(4)的快门，第一反射镜(5)和第一光阑(9)为一组，第二反射镜(6)和第二光阑(7)为一组，利用交叉原理通过调整第一反射镜(5)和第二反射镜(6)的角度，将光路调直，使激光垂直于柱透镜(10)入射；将相位掩模板(11)放置在柱透镜(10)聚焦点的前方，并与柱透镜(10)平行；
(2)调节第一光阑(9)的开口大小，使入射光斑的直径为8mm-13mm；转动衰减片(8)的调节旋钮将激光功率降低至预设功率；
(3)将光纤(12)剥去预设长度的涂覆层，并用酒精浸润的擦镜纸清洁光纤(12)表面；用光纤切割刀将光纤(12)的端头切平后，将光纤(12)夹在光纤夹具(13)两端的光纤夹上；
(4)通过旋钮调节手动三维位移平台(15)，控制光纤(12)沿X轴、Y轴和Z轴三个方向平移，使光纤(12)的纤芯与激光聚焦点重合，通过旋钮手动调节旋转平台(14)使光纤(12)与相位掩模板(11)平行；
(5)通过旋钮手动调节旋转平台(14)使光纤(12)水平转动，利用旋转平台(14)上的刻度确保光纤(12)旋转角度A，打开激光器(4)的快门，制备第一个布拉格光栅，关闭激光器(4)快门；
(6)通过旋钮手动调节旋转平台(14)使光纤(12)水平转动；利用旋转平台(14)上的刻度确保光纤(12)转动角度B，A≠B；打开激光器(4)的快门，制备第二个布拉格光栅，关闭激光器(4)快门；
(7)所述第一个布拉格光栅和所述第二个布拉格光栅组成所述相移光纤布拉格光栅，将第一个布拉格光栅的光谱和第二个布拉格光栅的光谱叠加后形成相移光纤布拉格光栅的光谱。
2.根据权利要求1所述的制备相移光纤布拉格光栅的方法，其特征在于，步骤(5)和步骤(6)中所述旋转角度A和转动角度B为0°～8°，且A与B相差不超过3°以确保光谱为相移布拉格光栅光谱。
3.根据权利要求1所述的制备相移光纤布拉格光栅的方法，其特征在于，所述激光器(4)所发射激光的重复频率为10～2000Hz，所述预设功率为20～2000mW。
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