CN110632704A - 一种高精细度光纤f-p腔和制备装置及方法 - Google Patents

一种高精细度光纤f-p腔和制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种高精细度光纤F‑P腔和制备装置及方法。本发明具体解决高精细度光纤F‑P腔的两个镀有高反射率薄膜平面绝对平行的问题。本发明高精细度光纤F‑P腔包括镀有高反射率薄膜的标准单模光纤和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤以及毛细管组成。本发明制备装置由CO2激光器、扩束镜、聚焦镜和微动台组成激光加工光路。本发明的制备方法是搭建激光加工光路，对单模光纤进行开设凹槽及镀膜，将标准单模光纤和有凹槽的单模光纤用毛细管封装形成高精细度光纤F‑P腔。

Description

一种高精细度光纤F-P腔和制备装置及方法
技术领域
本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种高精细度光纤F-P腔和制备装置及方法。
背景技术
光纤Fabry-Pérot(F-P)腔因其独特的优势被广泛地应用于光纤通信及光纤传感系统中。现有的光纤F-P腔主要包括三类：第一类是基于两个光纤与空气的反射面构成的双光束干涉式F-P腔，其优点是制备工艺简单，缺点是精细度太低，进而导致线宽大，传感灵敏度低；第二类是利用两个同中心波长的布拉格光栅构成的F-P腔，其精细度高于第一类，但是受限于布拉格光栅的反射率与光纤自身的吸收和非线性效应，其精细度依然偏低；第三类是直接在两个光纤端面镀高反射率薄膜进而构成F-P腔，由于高反射率薄膜的反射率可以远高于布拉格光栅，同时其腔为空腔不存在吸收和非线性效应，因此这一类型的F-P腔可以实现更高的精细度，这一类型的F-P腔是一种典型的临界腔，其精细度主要受限于两个高反射率薄膜平面绝对平行的要求，这对光纤F-P腔的制备和封装提出了极大的挑战。
发明内容
针对高精细度光纤F-P腔的两个镀有高反射率薄膜平面绝对平行的问题本发明提供了一种高精细度光纤F-P腔和制备装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本发明一种高精细度光纤F-P腔，包括左标准单模光纤和右标准单模光纤，在所述左标准单模光纤的右端面镀有高反射率薄膜，在所述右标准单模光纤的左端面设有凹槽，在右标准单模光纤的左端面及凹槽的表面上镀有高反射率薄膜，所述左标准单模光纤的右端和右标准单模光纤的左端通过毛细管封装固定，左标准单模光纤的右端和右标准单模光纤的左端之间形成高精细度光纤F-P腔。该类型的F-P腔可以构成稳定腔，可以有效地解决现有双平面光纤F-P腔的绝对平行的问题，构成稳定腔的要求为0＜1-L/R＜1 (Ⅰ)
其中，L是腔长，R是凹槽底部的曲率半径。
光纤F-P腔的腔长L与入射光波长λ满足如下关系：
2nL＝mλ (Ⅱ)
其中，n是腔内折射率，m是干涉级数。
所述凹槽深度0.01-10μm，宽度15-125μm。凹槽的深度和宽度决定于所需反射镜的几何尺寸和腔长，上述凹槽的深度和宽度的范围基本覆盖了构成稳定腔所需的几何参数范围。
所述凹槽的剖面为弧形，其底部近似为圆形，来匹配光的球面波前，构成稳定腔。
所述高精细度光纤F-P腔左标准单模光纤的右端面和右标准单模光纤的左端面之间的长度L为5μm-2mm。
所述毛细管的内径为125-130μm，用于封装常见的光纤，常见光纤的包层直径一般为125μm。
本发明一种制备高精细度光纤F-P腔的装置，包括CO2激光器、扩束镜、聚焦镜和微动台；所述CO2激光器、扩束镜、聚焦镜和微动台从左向右依次设置形成激光加工光路。CO2激光器发出的激光先经过扩束镜放大，再经过聚焦镜的聚焦可以获得更小的腰斑，将固定在微动态上的光纤调节与光路共轴，调节光纤在光轴上的位置可以加工不同几何参数的凹槽，进而来满足制备不同光纤F-P腔对凹槽几何参数的要求。
本发明一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，从左向右依次搭建CO2激光器、扩束镜、聚焦镜和微动台形成激光加工光路，使得束腰光斑可调；然后将一根标准单模光纤固定在微动台上，使标准单模光纤的轴与CO2激光器的激光光轴重合，调节CO2激光器的CO2激光的脉冲长度和强度，在标准单模光纤的端面根据不同需要制备不同几何尺寸的凹槽；
步骤2，给制备了凹槽的单模光纤和标准单模光纤端面镀高反射率薄膜，得到镀有高反射率薄膜的标准单模光纤和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤；
步骤3，利用电弧将镀有高反射率薄膜的标准单模光纤和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤封装在毛细管中。由于标准单模光纤和毛细管的尺寸都是已知的，因此，这样的封装方式可以有效地降低封装的难度。
所述步骤1中束腰光斑直径为20-100μm。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明的光纤F-P腔由于其利用了一个由CO2激光加工的凹槽端面，所以其可以获得更高的精细度，同时也有效地降低了F-P腔的封装难度。CO2激光加工的凹槽的表面粗糙度小于1纳米，所以其散射非常小，有利于减小散射损耗获得更精细度；CO2激光加工的凹槽的底部接近为圆弧，可以有效地降低封装的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明高精细度光纤F-P腔的结构示意图；
图2是本发明制备高精细度光纤F-P腔的装置示意图。
附图标记说明如下：
1—标准单模光纤，2—具有凹槽和高反射薄膜的单模光纤，3—毛细管，4—镀有高反射率薄膜的凹槽，5—焊点，6—高反射率薄膜，7—CO2激光器，8—扩束镜，9—聚焦镜，10—微动台。
具体实施方式
如图2，是本发明制备高精细度光纤F-P腔的装置示意图；本发明一种制备高精细度光纤F-P腔的装置，包括CO2激光器7、扩束镜8、聚焦镜9和微动台10；所述CO2激光器7、扩束镜8、聚焦镜9和微动台10从左向右依次设置形成激光加工光路。
实施例1
本实施例一种高精细度光纤F-P腔，包括左标准单模光纤1和右标准单模光纤2，在所述左标准单模光纤1的右端面镀有高反射率薄膜，在所述右标准单模光纤2的左端面设有深度为0.01μm，宽度为15μm的弧形凹槽，在右标准单模光纤2的左端面及凹槽的表面上镀有高反射率薄膜，高精细度光纤F-P腔左标准单模光纤1的右端面和右标准单模光纤2的左端面之间的长度L为5μm。所述左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端通过内径为125μm的毛细管3封装固定，左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端之间形成高精细度光纤F-P腔。见图1，是本发明高精细度光纤F-P腔的结构示意图。
本实施例一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，从左向右依次搭建CO2激光器7、扩束镜8、聚焦镜9和微动台10形成激光加工光路，使得直径为20μm的束腰光斑可调；然后将一根标准单模光纤固定在微动台10上，使标准单模光纤的轴与CO2激光器7的激光光轴重合，调节CO2激光器7的CO2激光的脉冲长度和强度，在标准单模光纤的端面根据不同需要制备不同几何尺寸的凹槽；
步骤2，给制备了凹槽的单模光纤和标准单模光纤端面镀高反射率薄膜，得到镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2；
步骤3，利用电弧将镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2封装在毛细管3中。
实施例2
本实施例所用装置与实施例1相同。
本实施例一种高精细度光纤F-P腔，包括左标准单模光纤1和右标准单模光纤2，在所述左标准单模光纤1的右端面镀有高反射率薄膜，在所述右标准单模光纤2的左端面设有深度为5μm，宽度为60μm的弧形凹槽，在右标准单模光纤2的左端面及凹槽的表面上镀有高反射率薄膜，高精细度光纤F-P腔左标准单模光纤1的右端面和右标准单模光纤2的左端面之间的长度L为0.5mm。所述左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端通过内径为130μm的毛细管3封装固定，左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端之间形成高精细度光纤F-P腔。
本实施例一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，从左向右依次搭建CO2激光器7、扩束镜8、聚焦镜9和微动台10形成激光加工光路，使得直径为100μm的束腰光斑可调；然后将一根标准单模光纤固定在微动台10上，使标准单模光纤的轴与CO2激光器7的激光光轴重合，调节CO2激光器7的CO2激光的脉冲长度和强度，在标准单模光纤的端面根据不同需要制备不同几何尺寸的凹槽；
步骤2，给制备了凹槽的单模光纤和标准单模光纤端面镀高反射率薄膜，得到镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2；
步骤3，利用电弧将镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2封装在毛细管3中。
实施例3
本实施例所用装置与实施例1相同。
本实施例一种高精细度光纤F-P腔，包括左标准单模光纤1和右标准单模光纤2，在所述左标准单模光纤1的右端面镀有高反射率薄膜，在所述右标准单模光纤2的左端面设有深度为10μm，宽度为125μm的弧形凹槽，在右标准单模光纤2的左端面及凹槽的表面上镀有高反射率薄膜，高精细度光纤F-P腔左标准单模光纤1的右端面和右标准单模光纤2的左端面之间的长度L为2mm。所述左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端通过内径为130μm的毛细管3封装固定，左标准单模光纤1的右端和右标准单模光纤2的左端之间形成高精细度光纤F-P腔。
本实施例一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，从左向右依次搭建CO2激光器7、扩束镜8、聚焦镜9和微动台10形成激光加工光路，使得直径为50μm的束腰光斑可调；然后将一根标准单模光纤固定在微动台10上，使标准单模光纤的轴与CO2激光器7的激光光轴重合，调节CO2激光器7的CO2激光的脉冲长度和强度，在标准单模光纤的端面根据不同需要制备不同几何尺寸的凹槽；
步骤2，给制备了凹槽的单模光纤和标准单模光纤端面镀高反射率薄膜，得到镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2；
步骤3，利用电弧将镀有高反射率薄膜的标准单模光纤1和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤2封装在毛细管3中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种高精细度光纤F-P腔，其特征在于：包括左标准单模光纤(1)和右标准单模光纤(2)，在所述左标准单模光纤(1)的右端面镀有高反射率薄膜，在所述右标准单模光纤(2)的左端面设有凹槽，在右标准单模光纤(2)的左端面及凹槽的表面上镀有高反射率薄膜，所述左标准单模光纤(1)的右端和右标准单模光纤(2)的左端通过毛细管(3)封装固定，左标准单模光纤(1)的右端和右标准单模光纤(2)的左端之间形成高精细度光纤F-P腔。
2.根据权利要求1所述的一种高精细度光纤F-P腔，其特征在于：所述凹槽深度0.01-10μm，宽度15-125μm。
3.根据权利要求1所述的一种高精细度光纤F-P腔，其特征在于：所述凹槽为弧形。
4.根据权利要求1所述一种高精细度光纤F-P腔，其特征在于：所述高精细度光纤F-P腔左标准单模光纤(1)的右端面和右标准单模光纤(2)的左端面之间的长度L为5μm-2mm。
5.根据权利要求1所述一种高精细度光纤F-P腔，其特征在于：所述毛细管(3)的内径为125-130μm。
6.一种制备高精细度光纤F-P腔的装置，其特征在于：包括CO2激光器(7)、扩束镜(8)、聚焦镜(9)和微动台(10)；所述CO2激光器(7)、扩束镜(8)、聚焦镜(9)和微动台(10)从左向右依次设置形成激光加工光路。
7.一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，从左向右依次搭建CO2激光器(7)、扩束镜(8)、聚焦镜(9)和微动台(10)形成激光加工光路，使得束腰光斑可调；然后将一根标准单模光纤固定在微动台(10)上，使标准单模光纤的轴与CO2激光器(7)的激光光轴重合，调节CO2激光器(7)的CO2激光的脉冲长度和强度，在标准单模光纤的端面根据不同需要制备不同几何尺寸的凹槽；
步骤2，给制备了凹槽的单模光纤和标准单模光纤端面镀高反射率薄膜，得到镀有高反射率薄膜的标准单模光纤(1)和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤(2)；
步骤3，利用电弧将镀有高反射率薄膜的标准单模光纤(1)和具有凹槽和高反射率薄膜的单模光纤(2)封装在毛细管(3)中。
8.根据权利要求5所述的一种高精细度光纤F-P腔的制备方法，其特征在于：所述步骤1中束腰光斑直径为20-100μm。
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