CN110426781A - 一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅。一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，包括微纳光纤、石英毛细管及包层液体，所述微纳光纤及包层液体均封装在石英毛细管中；微纳光纤水平悬于石英毛细管的中心位置；包层液体填充在微纳光纤的周围；所述微纳光纤为单模光纤拉锥后中间的纳米光纤部分，单模光纤拉锥后对称延伸出石英毛细管两侧端部分为单模光纤；所述微纳光纤的中间位置刻写有长周期光栅。本发明提供的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，实现解决现有技术中长周期光纤光栅可调谐性差的问题。

Description

一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅
技术领域
本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅。
背景技术
长周期光纤光栅作为一种新型的光无源器件，具有体积小、插入损耗小、无后向反射、易与其他光器件集成和连接等优点，在光纤通信和光纤传感领域已经显示出了极为广阔的应用前景。
目前，比较常见的长周期光栅有采用高非线性材料掺杂的光纤制备的长周期光栅和将高热光、电光效应的聚合物涂覆在光纤包层的长周期光纤光栅等。如Jun KyeBae等人通过对纤芯掺入 B-Ge 的长周期光纤光栅进行分段加热处理，实现30nm 的热光调谐范围；联合国立大学的 Nan-Kuang Chen 等将一种高热光效应的聚合物涂覆在包层经过激光刻蚀的长周期光纤光栅表面，通过改变外界的温度，可以实现 105nm 的调谐范围；宾西法尼亚州立大学的 Q. Chen 等人将高电光系数的聚合物纳米颗粒涂覆在长周期光纤光栅包层外面，并通过加载电压来改变聚合物的折射率，最终实现了长周期光纤光栅谐振波长范围大于 50nm 的偏移。然而，这些长周期光栅受限于普通光纤长周期光栅对外界变化的低灵敏性，很难使得光栅的可调谐性得到实质的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，实现解决现有技术中长周期光纤光栅可调谐性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，包括微纳光纤、石英毛细管及包层液体，所述微纳光纤及包层液体均封装在石英毛细管中；微纳光纤水平悬于石英毛细管的中心位置；包层液体填充在微纳光纤的周围；所述微纳光纤为单模光纤拉锥后中间的纳米光纤部分，单模光纤拉锥后对称延伸出石英毛细管两侧端部分为单模光纤；所述微纳光纤的中间位置刻写有长周期光栅。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述石英毛细管的管壁靠近两侧端处各设置有一个侧孔，所述侧孔作为包层液体通道用于填充或者移除包层液体。
本发明技术方案的进一步改进在于：单模光纤1在石英毛细管4两侧的延伸结构密封穿接出石英毛细管4的两侧端壁。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述包层液体为敏感性液体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述敏感性液体为高敏感系数的热光材料。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述敏感性液体为高敏感系数的电光材料。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供了一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，将微纳光纤、液体包层和长周期光栅相结合，将对外界环境敏感的液体材料作为包层填充在微纳光纤长周期光栅周围的结构；与现有技术相比，其波长调谐范围更广，可重复好，可以通过液体包层填充材料的选择与更换，实现长周期光栅的波长调谐范围的改变；同时利用微纳光纤的小尺寸及对外界环境变化的高感知度，实现光栅输出光谱光学性质的高效变化，提高了长周期光栅对外界变化的灵敏性；使得长周期光栅的可调谐性得到实质的提高，波长调谐范围广，可重复性好，在光纤通信和光纤传感领域具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，所述包层液体为敏感性液体，如高敏感系数的热光材料或者电光材料等；当外界环境，如温度，电场等发生改变时，会引起液体包层折射率的变化，进而引起模式有效折射率的变化，造成光栅谐振条件变化，在光谱上表现为谐振波长的漂移。
本发明提供了一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，调谐范围更广，重复性好，可通过对包层液体材料进行更换，改变光栅的参数，调节其耦合特性，实现长周期光栅的谐振峰波长的调节。
附图说明
图1为本发明实施例提供的液体包层微纳光纤长周期光栅的结构示意图；
图2为本发明实施例中用飞秒激光制造液体包层微纳光纤长周期光栅的实验装置的结构示意图；
其中，1、单模光纤，2、微纳光纤，3、长周期光栅，4、石英毛细管，5、包层液体通道，6、包层液体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示本发明实施例提供的液体包层微纳光纤长周期光栅的结构示意图：一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，包括微纳光纤2、石英毛细管4及包层液体6，所述微纳光纤2及包层液体6均封装在石英毛细管4中；微纳光纤2水平悬于石英毛细管4的中心位置；包层液体6填充在微纳光纤2的周围；所述微纳光纤2为单模光纤拉锥后中间的纳米光纤部分，单模光纤拉锥后对称延伸出石英毛细管4两侧端部分为单模光纤1；所述单模光纤1在石英毛细管4两侧的延伸结构密封穿接出石英毛细管4的两侧端壁。所述微纳光纤2的中间位置刻写有长周期光栅3。
进一步地，在本发明提供的实施例中，所选的石英毛细管4的内径和外径分别为~660μm和~900μm；微纳光纤2的直径为5μm；长周期光栅3的栅距为70μm，且共刻写10个周期。
所述石英毛细管4的管壁靠近两侧端处各设置有一个侧孔，所述侧孔作为包层液体通道5用于填充或者移除包层液体6。所述包层液体6为敏感性液体。所述敏感性液体可以为高敏感系数的热光材料，也可以为高敏感系数的电光材料。
进一步地，在本发明提供的实施例中，可通过对包层液体6的材料进行更换，改变光栅的参数，调节其耦合特性，实现长周期光栅的谐振峰波长的调节。
进一步地，本发明提供的一种宽带可调的液体包层长周期光纤光栅的制作方法，具体包括以下步骤 ：
1）、拉锥：取一段单模光纤，将单模光纤中间一段的涂覆层去掉，并用酒精棉球将光纤反复擦拭干净；把去除涂覆层的单模光纤放置在拉锥平台的夹具上，确保平行放置；通过两边的步进电机同时左右移动，拉制出一段相对均匀的微纳光纤，微纳光纤直径为5μm。
2）、微纳光纤的封装：利用飞秒在毛细管壁上形成两个侧孔，用作样品流体的进出通道；打孔完毕用高压气枪及酒精对玻璃管进行多次清洁将微纳光纤一端尾纤穿过石英毛细管，并将两端尾纤固定，此过程需保证微纳光纤水平拉直，之后移动固定石英毛细管的三维位移平台使得微纳光纤位于管内中心区域，然后用合适的胶体将微纳光纤两端的单模尾纤固定于管口，实现微纳光纤的封装。
3）、包层液体的填充与更换：将石英毛细管壁上的一个孔浸入液体中，而另一个孔向大气开放，两个侧孔之间的部分通过毛细效应在几秒钟内充满液体。通过使用一块吸水纸覆盖毛细管壁上的一个孔，毛细管内的大部分液体可以在几秒钟内被移除。 将毛细管用此方法反复清洁数次后，可以用新的包层液体填充毛细管，并出现新的液体包层微纳光纤长周期光栅。
4）、刻栅：如附图2本发明实施例中用飞秒激光制造液体包层微纳光纤长周期光栅的实验装置的结构示意图所示，将液体包层微纳光纤放置于飞秒加工平台上，两端的单模尾纤固定于光纤夹具上，一端连接宽谱光源，一端与光谱仪相连。飞秒激光通过显微物镜聚焦于微纳光纤的表面，通过控制飞秒激光光斑、能量及飞秒激光横向扫描的速度在微纳光纤表面引入周期性改变。
上述4步制作工艺顺利完成后，宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅制备完毕。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，包括微纳光纤（2）、石英毛细管（4）及包层液体（6），其特征在于：所述微纳光纤（2）及包层液体（6）均封装在石英毛细管（4）中；微纳光纤（2）水平悬于石英毛细管（4）的中心位置；包层液体（6）填充在微纳光纤（2）的周围；所述微纳光纤（2）为单模光纤拉锥后中间的纳米光纤部分，单模光纤拉锥后对称延伸出石英毛细管（4）两侧端部分为单模光纤（1）；所述微纳光纤（2）的中间位置刻写有长周期光栅（3）。
2.根据权利要求1所述的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，其特征在于，所述石英毛细管（4）的管壁靠近两侧端处各设置有一个侧孔，所述侧孔作为包层液体通道（5）用于填充或者移除包层液体（6）。
3.根据权利要求1所述的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，其特征在于，单模光纤（1）在石英毛细管（4）两侧的延伸结构密封穿接出石英毛细管（4）的两侧端壁。
4.根据权利要求1所述的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，其特征在于，所述包层液体（6）为敏感性液体。
5.根据权利要求4所述的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，其特征在于，所述敏感性液体为高敏感系数的热光材料。
6.根据权利要求4所述的一种宽带可调的液体包层微纳光纤长周期光栅，其特征在于，所述敏感性液体为高敏感系数的电光材料。
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