CN111781672B - 一种二维单芯光纤光栅及其刻写方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维单芯光纤光栅，包括纤芯和包覆在纤芯外的包层组成的光纤，所述纤芯包括两个以上子光栅结构，各子光栅结构与纤芯中心轴平行，各子光栅结构互不重叠且不共线。本发明还公开了前述二维单芯光纤光栅的刻写方法，本发明具有应用范围广、成本低等优点。

Description

一种二维单芯光纤光栅及其刻写方法

技术领域

本发明涉及光纤光栅领域，尤其涉及一种基于空间编码近场衍射光刻的二维单芯光纤光栅及其刻写方法。

背景技术

1978年，加拿大通信研究中心的Hill等发现纤芯掺锗的光纤具有光敏性，并利用驻波干涉法制成了世界上第一根光纤光栅。在首根光纤光栅诞生后的十余年间，随着光敏光刻工艺和光纤光栅刻写技术的飞速发展，一系列具有特殊折射率调制结构的光纤光栅相继问世，促进了光纤光栅技术的迅猛发展。由于光纤光栅对传输光模场具有灵活的调控功能，因此被广泛用作窄带滤波器、色散补偿器、波分/解波分复用器、模式转换器等光学元器件，在光纤通信和传感领域发挥出日益重要的作用。

众所周知，光纤光栅具有体积小、重量轻、便于集成等优点，它是通过特定的写入技术(光敏光刻或强光刻蚀)，在光纤材料(通常是纤芯)中形成折射率周期性变化的一种空间相位光栅，如图1所示。

虽然光纤光栅是一种空间光栅，但实际上传统光纤光栅的折射率仅在光纤轴向上受到调制，即光栅的栅区折射率只是轴向位置的函数。假设定义纤芯轴向为z轴，则纤芯折射率n₁仅是z的函数，其在径向上可认为各向同性，因此传统光纤光栅可以被看作为一维光纤光栅，即光栅的折射率调制仅体现在一个维度上。

普通单模光纤的纤芯直径约为8到10μm，多模光纤的纤芯直径一般也不超过100μm，目前用于光栅制作的刻写光斑尺寸通常大于纤芯直径，因此，刻写光仅能在光纤轴向上对纤芯折射率进行粗加工。如图1所示，设n₀为空气介质有效折射率，n₁为纤芯有效折射率，n₂为包层有效折射率，Λ为光纤光栅周期，Δn为纤芯有效折射率调制幅度，光纤的轴向为z轴。以光纤布拉格光栅为例，纤芯的折射率调制函数一般为三角函数，与上述光栅材料参数和结构参数有关，可表示为

式中，σ(z)为折射率的缓变包络，通常为切趾函数。光纤光栅具有波长选择作用，多波长光谱输出和复杂光纤模场调控是光纤光栅研究的热点。上述一维光纤光栅的光谱特性比较单一，若想获得具有丰富光谱特性的光纤光栅，通常需要采用光纤光栅集成的方式实现。目前常用的方法有两种：一是将多个光纤光栅串联集成，这种方法是将多个光纤光栅熔接组成传感阵列，此法降低了系统的可靠性，增加了复杂性；二是采用重叠光纤光栅，这种方法是在纤芯同一位置处多次刻写具有不同折射率调制特性的光纤光栅，但后续子光栅写入的多重曝光会对已写入的光栅造成影响，主要是改变了光栅波长、反射率和带宽等关键参数，这些关键参数的改变将导致重叠光栅的一致性、稳定性、可靠性和可控性无法得到保证，给重叠光栅的应用带来较大影响。本质上来讲，上述光纤光栅在形成丰富光谱特性时，并未改变纤芯折射率仅受到一维调制的事实。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种应用范围广、成本低的二维单芯光纤光栅及其刻写方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种二维单芯光纤光栅，包括纤芯和包覆在纤芯外的包层组成的光纤，所述纤芯包括两个以上子光栅结构，各子光栅结构与纤芯中心轴平行，各子光栅结构互不重叠且不共线。

各所述子光栅结构的折射率不同。

所述二维单芯光纤光栅折射率空间分布函数的表达式为：

z为光纤光栅栅区的轴向位置，r和θ分别为z处光纤横截面上某点的极径和极角，Λ_i和

分别为光纤光栅纵剖面第i个子光栅结构折射率调制函数的周期和相位。

所述光纤为光敏性光纤。

所述子光栅结构集成在纤芯的同一段光栅栅区。

作为一个总的发明构思，本发明提供一种二维单芯光纤光栅的刻写方法，包括以下步骤：

S1、二维相位掩膜板的制备：制作具有二维编码结构的二维相位掩膜板，所述二维相位掩膜板沿宽度方向依次间隔设有个两个以上周期性结构，所述周期性结构与子光栅结构一一对应；

S2、刻写装置的搭建：将待刻写光纤表面去除涂覆层，使用夹具系统夹持光纤，夹具系统通过位移系统调节光纤的水平度和垂直度，分别在光纤两侧安装二维相位掩膜板和表面涂敷有荧光物质的基底，二维相位掩膜板紧贴光纤并靠近准分子激光器一侧方向设置，基底与光纤间隔并远离准分子激光器一侧方向设置；

S3、刻写光斑和纤芯的对准：打开准分子激光器输出激光，激光经过整形光路的调整照射在二维相位掩膜板上形成刻写光斑，在基底上形成远场衍射条纹，观测远场衍射条纹，当光纤轴线和二维相位掩膜板的间隔线存在夹角α时，调节位移系统使光纤轴线和二维相位掩膜板的间隔线平行；

S4、打开宽谱光源和光谱仪，对光纤的透射光谱进行在线监测，光谱仪检测光谱输出透射光谱，根据透射光谱，实时微调光纤的水平角和上下位置，改变各周期性结构在纤芯上的分布直至各周期性结构在纤芯上均匀分布；

S5、监测透射光谱变化按预设需求控制刻写时间，对光纤进行刻写，获得二维单芯光纤光栅。

所述步骤S4中，当透射光谱中波长对应的凹陷下降程度不相等，且前一个凹陷下降程度大于后一个凹陷下降程度，向下微调光纤直至透射光谱中不同波长对应的凹陷下降程度相等或对称，否则，向上微调光纤直至透射光谱中不同波长对应的凹陷下降程度相等或对称。

所述步骤S5中，所述刻写时，根据光纤的预设子光栅参数，监测透射光谱变化，控制刻写时间，获得所需的二维单芯光纤光栅。

所述步骤S3中，所述整形光路包括依次设置的光阑、第一柱透镜、狭缝、第二柱透镜和第三柱透镜，所述光阑将激光变成长方形光斑，所述第一柱透镜将长方形光斑变成线性聚焦光斑，所述狭缝将聚焦光斑，进行空间滤波，所述第二柱透镜将聚焦光斑变成长方形均匀光斑，所述第三柱透镜将均匀光斑聚焦。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的二维单芯光纤光栅，相对于常规的光纤粗加工的一维光纤光栅仅在纤芯轴向方向上形成折射率调制，本发明的二维单芯光纤光栅是对光纤进行的一种更加精细的加工。通过具有多个周期性结构的二维相位掩膜板的作用，使得刻写光斑具有二位编码结构。当刻写光斑作用于待刻光纤纤芯上时，在相同的纤芯尺度上，不仅纤芯轴向有折射率调制，在径向上也有，形成沿轴向平行的多个子光栅结构，涉及到轴向和径向两个维度，基于光纤本质上又是立体结构，所以是立体空间的折射率调制，即本发明在纤芯小尺度三维空间施加立体空间调制，使得光纤光栅中光与物质的相互作用推广到复杂结构光场与复杂光学结构之间的相互作用，将光纤光栅从一维器件拓展到二维甚至三维器件，为复杂光场调控提供了新的手段，应用范围广。

2、本发明的二维单芯光纤光栅，对单芯光纤轴向和径向两个维度折射率的空间各向异性调制，获得丰富的光谱特性，采用普通的单模单芯光纤就可以实现二维光纤光栅的刻写，具有更好的推广应用价值和更低的成本。

3、本发明的二维单芯光纤光栅的刻写方法，基于空间编码近场衍射一次光刻成型，为In-Fiber小尺度复杂光学系统奠定了基础，可提高二维光纤光栅刻写效率，降低光栅制作成本，有望实现批量化生产和应用。

4、本发明的二维单芯光纤光栅的刻写方法，在刻写时，基于远场莫尔衍射条纹观测和在线光谱监测，可有效提高二维单芯光纤光栅质量，降低二维光纤光栅制作难度。

附图说明

图1是传统一维光纤光栅结构示意图。

图2是本发明的二维单芯光纤光栅纵剖面示意图(N个子光栅结构)。

图3是本发明其他实施例的二维光纤光栅结构示意图(2子光栅结构)。

图4是本发明实施例1二维相位掩膜板的俯视图。

图5是本发明二维相位掩膜板的立体结构示意图。

图6是本发明光斑在维相位掩膜板后表面产生±1级衍射形成干涉条纹的示意图。

图7是本发明二维单芯光纤光栅刻写系统示意图。

图8是本发明光纤纤芯与衍射光对准关系示意图。

图9是本发明二维单芯光纤光栅刻写平台示意图。

图10是子栅区位置与透射光谱关系示意图。

图中各标号表示：1、光纤；11、纤芯；111、子光栅结构；12、包层；2、准分子激光器；3、光阑；4、第一柱透镜；5、狭缝；6、第二柱透镜；7、第三柱透镜；8、光学平台；9、二维相位掩膜板；91、周期性结构；92、间隔线；16、宽谱光源；13、光谱仪；14、基底；15、光斑；17、光纤位移调节模块；171、夹具；172、垂直位移调节件；173、左右位移调节件；174、前后位移调节件；18、干板夹；19、光窗；20、掩膜板位移调节模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。

本发明的基于空间编码近场衍射光刻的二维单芯光纤光栅是一种在光纤径向和轴向上均具有复折射率调制的光纤光栅。

如图2所示，本发明的一种二维单芯光纤光栅，包括纤芯11和包覆在纤芯11外的包层12组成的光纤1，纤芯1包括N个以上子光栅结构111，各子光栅结构111与纤芯11中心轴平行且各子光栅结构111互不重叠不共线，N为大于等于2的正整数。

本实施例的二维单芯光纤光栅，N＝3。在其他实施例中，N取值根据具体需求而确定，可以为2(如图3所示)，或者其他数值。

当N＝2时，位于纤芯11上半部分和下半部分的折射率调制不同，因此将产生两个具有不同光谱特性的子光栅结构111，这两个子光栅结构111集成在纤芯11的同一段区域，互相平行分布但互不重叠。

本实施例的二维相位掩膜板9采用电子束刻写技术制作，其结构示意图如图4和图5所示，二维相位掩膜板9沿宽度方向依次间隔设有三个周期性结构91，周期性结构91与子光栅结构11一一对应。

本实施例中，周期性结构91呈平行条纹状，由硅玻璃片制成，条纹为方波形锯齿状，三个不同的周期性结构91(不同周期性结构91的硅玻璃片宽度和间距不同，相同周期性结构91的硅玻璃片间距相同)分别对应具有三个不同波长的子光栅结构111。

N个子光栅结构111的折射率沿轴向具有不同的周期性分布结构，因此具有不同的输出光谱特性，多个子光栅结构111综合起来形成的二维单芯光纤光栅就具有丰富的光谱特性。

二维单芯光纤光栅沿光纤1任意角度的纵剖面投影时，投影面的复折射率空间分布函数随角度不同而不同。在柱坐标系下，二维单芯光纤光栅折射率空间分布函数的表达式可写为：

这里，z为光纤光栅栅区的轴向位置，r和θ分别为z处光纤横截面上某点的极径和极角，Λ_i和

别为光纤光栅纵剖面第i个子栅区折射率调制函数的周期和相位。

本发明的二维单芯光纤光栅的刻写装置，包括光学平台8、准分子激光器2、整形光路、夹具系统、位移系统、二维相位掩膜板9、宽谱光源16、光谱仪13，以及表面涂敷漂白剂的基底14；夹具系统(即光纤位移调节模块17的夹具171)用于夹持光纤1并位于光学平台8上，位移系统(即光纤位移调节模块17的垂直位移调节件172、左右位移调节件173和前后位移调节件174)用于调节光纤1的水平度和垂直度；二维相位掩膜板9紧贴光纤1设置并与光纤1平行，二维相位掩膜板9沿宽度方向依次间隔设有N个周期性结构91，周期性结构91与子光栅结构111一一对应，N为大于等于2的正整数；宽谱光源16连接于光纤1一端，所述光谱仪13连接于光纤1另一端；

准分子激光器2输出的激光光斑经过整形光路的调整后照射在二维相位掩膜板9上，在基底14上形成远场衍射条纹，观测远场衍射条纹，调节光纤位移调节模块17和掩膜板位移调节模块20调节光纤1水平度和垂直度。

本实施例的二维相位掩膜板9不同于常规的一维相位掩膜板(只有一种周期性结构)，本实施例的二维相位掩膜板9携带有二维编码信息，其信息量取决于周期性结构的数量和形态，周期性结构91的数量取决于子光栅结构111的数量。

本发明利用二维相位掩膜板9的刻写原理是：

准分子激光器2产生的光斑经过二维相位掩膜板9将产生具有二维空间编码信息的近场衍射干涉条纹，若将待刻写光纤1贴近于二维相位掩膜板9，则干涉条纹将在具有光敏性的纤芯11中形成永久性的折射率周期性扰动。通过选择合适的二维相位掩膜板9刻蚀深度，可以将0级衍射光抑制到入射光束光强的5％，而±1级衍射光能量达到入射光能量的40％左右，因此，若二维相位掩膜板9的周期是Λ_mask(条纹周期)，则光栅的周期是Λ_mask/2，与光源波长无关。通过更换不同的二维相位掩膜板9，即可实现具有不同光谱特性的二维光纤光栅刻写。

采用二维相位掩膜板9进行二维单芯光纤光栅刻写的关键点有两个：一是二维编码衍射光斑的产生，二是刻写光斑与纤芯11的对准。准分子激光器2产生的紫外光光斑透过具有二维编码结构的二维相位掩膜板9后将产生单缝衍射和多缝干涉，若入射光覆盖二维相位掩膜板9的全部编码区，则产生的干涉条纹将携带二维相位掩膜板9的全部编码信息，即干涉条纹具有多条纹平行分布结构，这样的条纹光斑具有一定的空间尺寸，光斑只有与纤芯11进行精确对准，才能在波长尺度对纤芯11进行精细微加工。

在刻写时，基于远场莫尔衍射条纹观测可有效解决上述两关键点。其基本原理如下：

如图6和7所示，用于光栅刻写的紫外光光斑15经过扩束、准直和聚焦后，依次通过二维空间编码的二维相位掩膜板9、紧贴二维相位掩膜板9后表面的待刻写单芯光纤1后发生菲涅尔近场衍射。待刻单芯光纤1在远场出现垂直于光纤1轴向的扩展条纹，与此同时，二维相位掩膜板9各周期性结构91之间的间隙(记为间隙线92)约在μm量级，可近似为符合衍射条件的单缝，周期性结构91同样在远场产生垂直于该单缝的扩展条纹，上述扩展条纹(即衍射条纹图样)照射在含有漂白剂的基底14(本实施例为普通白纸)上，通过激发可见的绿色荧光使得衍射条纹图样可被人眼所见。

在实际操作中，光纤1与近似为单缝的周期性结构91之间的间隔线92可能不会处于平行状态，如图8(a)所示。当光纤1轴线相对于间隔线92之间存在的微小角度α时，在基底14上观测到的远场莫尔衍射条纹如图8(c)所示。随着光纤1和周期性结构91之间的间隔线92(即二维相位掩膜板9)之间夹角α的变化，远场莫尔衍射条纹的间隔(或周期)也随之而变化。通过调节图9中所示精密位移平台可改变光纤1的水平角和上下位置，最终使角度α为零，如图8(b)所示，此时远场莫尔衍射条纹如图8(d)所示，说明光纤1与周期性结构91之间的间隔线92基本平行，即实现了刻写光斑与纤芯11的对准。同时，通过对比光纤1衍射主极大与二维相位掩膜板9间隔线92之间的纵向位置，可使需要的刻写光斑经过第三柱透镜7聚焦后落在光纤1的中心纤芯11位置。

本实施例二维单芯光纤光栅包括三个步骤：二维相位掩膜板9的制备，刻写装置的搭建，光纤光栅的监测刻写。

一、本实施例的二维相位掩膜板9的制备过程为：

1)利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子；

2)氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，导致光刻胶被移开或从表面上被除掉，从而将基质材料暴露。

二、本实施例的刻写系统和平台的搭建

搭建基于紫外光刻相位掩膜法的二维单芯光纤光栅刻写系统，调节光路，产生具有空间编码结构的衍射光，具体实现过程为：

1)按照图7所示系统示意图在光学平台8上搭建光路，包括光阑3、第一柱透镜4、狭缝5、第二柱透镜6和第三柱透镜7；

2)打开准分子激光器2，使其输出248nm紫外激光；

3)调节光阑3，使紫外光经过光阑3后变为长方形光斑；

4)长方形光斑经过第一柱透镜4获得线状聚焦光束，调节狭缝5位置至第一柱透镜4焦点处，对聚焦光斑进行空间滤波；

5)调节第二柱透镜6位置，使狭缝5和第二柱透镜6之间的间距为第二柱透镜6的一倍焦距，从而获得经过整形后的长方形、均匀的光斑15；

6)将二维相位掩膜板9放置在第三柱透镜7后合适位置，用干板夹18夹紧，保持二维相位掩膜板9与光学平台8垂直；

7)经过第二柱透镜6准直后的长方形均匀光斑经过第三柱透镜7聚焦后照射在二维相位掩膜板9上，在二维相位掩膜板9后表面产生±1级衍射形成干涉条纹(如图6所示)。

三、光纤光栅的监测刻写

开始二维光纤光栅制备和刻写质量在线监测，具体实现过程为：

1)将待刻单芯光敏光纤1去除涂覆层，使裸纤暴露长度略大于二维相位掩膜板9长度，完成待刻写光纤1的制备；

2)将待刻光纤1两端含有涂覆层的部分分别夹持于二维相位掩膜板9两侧的两个光纤位移调节模块17上，光纤位移调节模块17位于光学平台8上，光纤位移调节模块17用于调节光纤1的位置，本实施例光纤位移调节模块17为六自由度精密光纤准直台；在光纤位移调节模块17上设有用于夹持光纤1的夹具171、用于调节光纤1垂直位移的垂直位移调节件172、用于调节光纤1左右位移的左右位移调节件173以及用于调节光纤1前后位移的前后位移调节件174。二维相位掩膜板9和光窗19通过干板夹18夹持，光纤1位于二维相位掩膜板9和光窗19之间，干板夹18下方设有用于调节掩膜板位置的掩膜板位移调节模块20。本实施例，掩膜板位移调节模块20为六自由度精密光纤准直台；

3)微调光纤位移调节模块17，并使用可移动的可视电子显微镜观察待刻写光纤1裸纤部分与二维相位掩膜板9的相对距离，使各处距离相等；

4)在距离光纤1大于1米处垂直于紫外光束平面上放置含有漂白剂的普通白纸作为基底14，调节准分子激光器2的激光参数，使重复频率低于1Hz、激光功率降低到可在白纸上观察到明显的蓝色荧光即可；在其他实施例中，基底14位于整形后光斑15的远场区即可取得相同或相似的技术效果；

5)微调光纤位移调节模块17和掩膜板位移调节模块20，直至基底14上光纤1的衍射条纹与子栅区(二维相位掩膜板9周期性结构91)和间隔线92衍射条纹平行；

6)通过微调光纤位移调节模块17在垂直方向整体移动光纤1，观察衍射条纹，使得需要的子栅区与待刻写光纤1的衍射条纹主极大位置重合；

7)调节准分子激光器2的脉冲功率、重复频率等参数以满足光栅刻写要求，如，设置脉冲功率为120mJ，重复频率为10Hz，启动紫外光；

8)按图7所示，将宽谱光源16和光谱仪13连接到待刻写光纤1两端，通过光谱仪13观察光纤1透射谱，按照上述子栅区位置与透射光谱关系的示意图，判断子栅区落在纤芯处的实际位置，通过微调光纤位移调节模块17在垂直方向微调光纤1，逐步修正透射光谱；

9)根据需要的光栅参数，通过监测透射光谱控制刻写时间获得所需的二维单芯光纤光栅，如刻写1分钟，光纤光栅的反射率将达到20dB(刻写时间越长，光栅反射率越高)。

刻写时，利用光谱仪13实时监测光谱输出，分辨各子栅区所对应透射或反射波长处能量的相对比例，可实时微调光纤1的水平角和上下位置，以改变各子栅区在纤芯11上分布的均匀程度。

本实施例中，考察图10(a)、(c)、(e)背景中间最亮的白色区域和各子光栅结构的位置关系，图10(a)为光纤1位置相对二维相位掩膜板9位于λ₁、λ₂子栅区(周期性结构91)正中，λ₁、λ₂子光栅均匀落在背景中间的白色区域，λ₃子光栅没有落在中间的白色区域，此时图10(b)中透射光谱出现两个波长对应的凹陷，且下降程度相等；图10(c)中光纤1位置靠近λ₁子栅区，λ₁子光栅完全落在白色区域，λ₂只有一部分落在白色区域，所以λ₁的透射峰更强，图10(d)中透射谱光波长λ₂对应凹陷处光功率下降程度减弱。图10(e)中光纤位于λ₂子栅区正中，λ₂子光栅在白色背景区域的最中间，λ₁和λ₃只有一部分落在白色区域，λ₂的透射峰最大，λ₁和λ₃较小，图10(f)中对应出现三个透射凹陷区，其中透射微调谱波长λ₂位于中央，对应凹陷处光功率下降程度最大。

通过远场莫尔衍射条纹观测和在线光谱监测、判别，实现对二维单芯光纤光栅刻写质量的在线监测。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种二维单芯光纤光栅，包括纤芯(11)和包覆在纤芯(11)外的包层(12)组成的光纤(1)，其特征在于：所述纤芯(11)包括两个以上子光栅结构(111)，各所述子光栅结构(111)与纤芯(11)中心轴平行，各子光栅结构(111)互不重叠且不共线。

2.根据权利要求1所述的二维单芯光纤光栅，其特征在于：各所述子光栅结构(111)的折射率不同。

3.根据权利要求2所述的二维单芯光纤光栅，其特征在于：所述二维单芯光纤光栅折射率空间分布函数的表达式为：

z为光纤光栅栅区的轴向位置，r和θ分别为z处光纤横截面上某点的极径和极角，Λ_i和

分别为光纤光栅纵剖面第i个子光栅结构(111)折射率调制函数的周期和相位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的二维单芯光纤光栅，其特征在于：所述光纤(1)为光敏性光纤。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的二维单芯光纤光栅，其特征在于：所述子光栅结构(111)集成在纤芯(11)的同一段光栅栅区。

6.一种二维单芯光纤光栅的刻写方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、二维相位掩膜板(9)的制备：制作具有二维编码结构的二维相位掩膜板(9)，所述二维相位掩膜板(9)沿宽度方向依次间隔设有两个以上周期性结构(91)，所述周期性结构(91)与子光栅结构(111)一一对应；

S2、刻写装置的搭建：将待刻写光纤(1)表面去除涂覆层，使用夹具系统夹持光纤(1)，夹具系统通过位移系统调节光纤(1)的水平度和垂直度，分别在光纤(1)两侧安装二维相位掩膜板(9)和表面涂敷有荧光物质的基底(14)，二维相位掩膜板(9)紧贴光纤(1)并靠近准分子激光器(2)一侧方向设置，基底(14)与光纤(1)间隔并远离准分子激光器(2)一侧方向设置；

S3、刻写光斑和纤芯(11)的对准：打开准分子激光器(2)输出激光，激光经过整形光路的调整照射在二维相位掩膜板(9)上形成刻写光斑，在基底(14)上形成远场衍射条纹，观测远场衍射条纹，当光纤(1)轴线和二维相位掩膜板(9)的间隔线(92)存在夹角α时，调节位移系统使光纤(1)轴线和二维相位掩膜板(9)的间隔线(92)的平行；

S4、打开宽谱光源(16)和光谱仪(13)，光谱仪(13)检测光谱输出透射光谱，根据透射光谱，实时微调光纤(1)的水平角和上下位置，改变各周期性结构(91)在纤芯(11)上的分布直至各周期性结构(91)在纤芯(11)上均匀分布；

S5、监测透射光谱变化按预设需求控制刻写时间，对光纤(1)进行刻写，获得二维单芯光纤光栅。

7.根据权利要求6所述的刻写方法，其特征在于：所述步骤S4中，当透射光谱中波长对应的凹陷下降程度不相等，且前一个凹陷下降程度大于后一个凹陷下降程度，向下微调光纤(1)直至透射光谱中不同波长对应的凹陷下降程度相等或对称，否则，向上微调光纤(1)直至透射光谱中不同波长对应的凹陷下降程度相等或对称。

8.根据权利要求7所述的刻写方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述刻写时，根据光纤(1)的预设子光栅参数控制刻写时间，获得所需的二维单芯光纤光栅。

9.根据权利要求6所述的刻写方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述整形光路包括依次设置的光阑(3)、第一柱透镜(4)、狭缝(5)、第二柱透镜(6)和第三柱透镜(7)，所述光阑(3)将激光变成长方形光斑，所述第一柱透镜(4)将长方形光斑变成线性聚焦光斑，所述狭缝(5)将聚焦光斑，进行空间滤波，所述第二柱透镜(6)将聚焦光斑变成长方形均匀光斑，所述第三柱透镜(7)将均匀光斑聚焦。

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