CN112068240A - 一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，所述的光纤是非对称光纤。其特征在于仅通过对非对称光纤进行周期性螺旋扭转，即可实现长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅两种光纤光栅的叠加。本发明不需要改变周期以实现啁啾效应，简化了长周期啁啾光纤光栅的制作过程，可用于非对称光纤的长周期啁啾光纤光栅制备，可广泛用于光纤器件技术领域。

Description

一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，属于光纤器件技术领域。
(二)背景技术
长周期光纤光栅(LPFG)是一种理想的全光带阻传输型滤波器件，其在光纤通信、光纤传感和其它领域中有着重要的应用。啁啾光纤光栅是一种折射率和栅格周期沿轴向发生变化的光纤光栅，由于其小体积、低损耗、具有较宽的反射带宽和稳定的色散，被广泛的用于光纤色散补偿和宽带滤波器。
在长周期光纤光栅中引入啁啾效应的方法很多，但大部分都不够简单易行。专利CN200610169895.7通过引入光纤收放装置和精密移动装置，来改变写入光栅的周期，使得制作系统较为繁冗。专利CN201510649316.8将光纤光栅固定在记忆合金上，通过加热记忆合金使其恢复高温的时候的S形状，从而改变均匀光纤光栅的周期，使其产生啁啾效应。但由于记忆合金不能完全恢复设定形状，且加热也会影响到光纤光栅的性能，使得该方案的成本较高且稳定性较差。
本发明使用的非对称光纤为非对称光纤，可仅通过一次周期性高温或放电螺旋扭转的非对称光纤，实现在该光纤中写入具有啁啾效果的长周期光纤光栅，极大程度地简化了长周期啁啾光纤光栅的制备流程和制备系统复杂度。
(三)发明内容
本发明的目的在于给出一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
长周期啁啾光纤光栅的组成部分包括非对称光纤、螺旋扭转非对称光纤得到长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅。
所述的非对称光纤为纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤。
所述非对称光纤的啁啾光纤光栅是通过纤芯折射率不均匀分布实现。
该方法仅通过对非对称光纤进行周期性螺旋扭转，即可得到长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅。
所述的长周期啁啾光纤光栅制备方法如下：
1)将非对称光纤待螺旋扭转区域剥除涂覆层；
2)将除去涂覆层的非对称光纤放入可进行螺旋扭转操作的机器中，设定螺距和周期；
3)将非对称光纤一端接入宽带光源，另一端接入光谱仪；
4)开启宽带光源、光谱仪，开始扭转，程序结束后取出非对称光纤，完成制备。
本发明实现啁啾效应的制备方法，具体来说是通过同时得到的两种光纤光栅实现。第一种光纤光栅是由于空间的周期螺旋扭转所致的LPFG。第二种光纤光栅是由于具有较大范围的横向折射率变化，使得扭转非对称光纤后所形成的啁啾光纤光栅。
这里主要解释第二种光纤光栅的成栅原理。啁啾光纤光栅的成栅特点在于折射率和栅格周期的变化，那么仅让不同栅格的折射率发生不同变化，也可实现啁啾效应。具体来说，借助于微积分的思想，当纤芯折射率分布具有较大范围的横向变化时，如图3所示的非对称光纤端的轴向截面一维折射率分布示意图，将折射率横向变化的纤芯按折射率近似相等划分为多个网格。将如图3的非对称光纤扭转后，其中一个周期如图4的结构。用图2中2-a到2-d的过程表示一个周期的扭转，将非对称光纤沿轴向切片，并将每片的总体网格折射率的变化简化为一条由高折射率到低折射率分布的箭头，2-1为非对称光纤纤芯，2-3以箭头表示纤芯折射率由高到低的分布，以圆2-2所示的区域为例，在对非对称光纤螺旋扭转后，从2-a到2-d的过程中，前一网格中2-2区域的折射率会不同于后一网格2-2区域的折射率。虽然扭转时，空间上纤芯的每个部分光场变化和周期尺度都相同，但由于纤芯折射率分布本身存在较大范围的横向变化，每个划分网格的折射率调制都不尽相同。此时，对于整个光纤光栅而言，纤芯内每一个小局域网格对于整体光栅透射所贡献的透射波长也会各不相同，使得透射光谱中出现啁啾。
本发明至少具备以下的几项突出的有益效果：
(1)本发明仅通过一次周期性螺旋扭转非对称光纤，不需要变周期螺旋扭转光纤，即可长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅的叠加，简化了长周期啁啾光纤光栅的制备过程，缩小光纤光栅的尺寸。
(2)本发明通过叠加了两种光纤光栅，可实现双参量传感。
(3)本发明使用的方法操作简便，有利于器件的大批量生产。
(四)附图说明
图1为螺旋扭转非对称光纤的系统示意图。1为宽带光源，2为非对称光纤，3是可实现光纤螺旋扭转的机器，4为光谱仪。
图2为4个非对称光纤螺旋位置示意图，a到d为一个螺旋周期里的4个位置，2-1为纤芯，2-2为用于举例的网格，2-3以箭头表示纤芯折射率由高到低的分布，2-4为光纤包层。
图3为纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤的径向折射率分布、光纤端面和光纤，3-1为光纤的径向折射率分布，3-2为光纤端面的包层，3-3为光纤端面的纤芯，3-4为光纤的包层，，3-5为光纤纤芯。
图4为非对称光纤螺旋扭转得到的长周期啁啾光纤光栅，4-1为光纤包层，4-2为螺旋后的纤芯。
(五)具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。
实施例1：一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法
本发明基于的光纤是非对称光纤，其结构如图3所示，经过制备系统后，得到的扭转一个周期的非对称光纤结构如图4所示。
优选的，本实施例中使用的螺旋扭转光纤的机器为LZM110二氧化碳熔接机。
本发明使用的制备系统如图1所示，制备步骤如下：
步骤1：将非对称光纤2待螺旋扭转区域剥除涂覆层；
步骤2：将除去涂覆层的非对称光纤放入LZM110二氧化碳熔接机3中，设定熔接机的程序以设计螺旋的螺距和周期；
步骤3：非对称光纤2一端接入宽带光源1，另一端接入光谱仪4；
步骤4：开启宽带光源1、光谱仪4，运行熔接机3，开始扭转，程序结束后取出非对称光纤2，完成制备。
制备完成长周期啁啾光纤光栅的外形如图4所示，4-1为光纤包层，4-2为螺旋后的纤芯。
在说明书和附图中，已经公开了本发明的典型实施方式。本发明不限于这些实例性实施方式。具体术语仅作为通用性和说明性意义，并非为了限制本发明受保护的范围。

Claims (5)

1.一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，其特征在于：长周期啁啾光纤光栅的组成部分包括非对称光纤、螺旋扭转非对称光纤得到长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅。
2.根据权利要求1所述的一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，其特征在于：所述的非对称光纤为纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，其特征在于：所述非对称光纤的啁啾光纤光栅是通过纤芯折射率不均匀分布实现。
4.一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，其特征在于：该方法仅通过对非对称光纤进行周期性螺旋扭转，即可得到长周期光纤光栅和啁啾光纤光栅。
5.根据权利要求4所述的一种长周期啁啾光纤光栅及其制备方法，其特征在于：所述的长周期啁啾光纤光栅制备方法如下：
1)将非对称光纤待螺旋扭转区域剥除涂覆层；
2)将除去涂覆层的非对称光纤放入可进行螺旋扭转操作的机器中，设定螺距和周期；
3)将非对称光纤一端接入宽带光源，另一端接入光谱仪；
4)开启宽带光源、光谱仪，开始扭转，程序结束后取出非对称光纤，完成制备。
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