CN112255722A - 一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法 - Google Patents

一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，适用于纤芯存在较大范围横向折射率变化的光纤的啁啾光纤布拉格光栅制备。其特征是将准分子激光器、反射镜、扩束镜、柱透镜、掩模板和单应力元光纤依次按序放入刻写光路中，并使纤芯和掩模板平行，且垂直于掩模板栅线，即可使用刻写均匀光纤布拉格光栅的流程，得到啁啾光纤布拉格光栅。本发明使用不同的纤芯折射率存在较大范围的横向变化的光纤，即可只利用同一块相位掩模板制备出具有不同光谱特征的啁啾光纤布拉格光栅。本发明可用于啁啾光纤布拉格光栅的制备，可广泛用于光纤器件技术领域。

Description

一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新 方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，属于光纤器件技术领域。
(二)背景技术
啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)是一种折射率或栅格周期沿轴向发生变化的光纤布拉格光栅(FBG)，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。
当FBG栅区内的折射率和栅格周期不同时，满足特定栅区布拉格条件的波长也不相同，因此使得FBG具有啁啾效应，即为CFBG。针对此成栅特点，目前有直接和间接两类制作CFBG的方法。(1)直接法是通过啁啾相位掩模板直接在光纤中写入CFBG，其传统制作工艺使用啁啾相位掩模板，进行曝光或扫描以实现在光纤中写入CFBG。这种工艺最大的缺点是必须使用啁啾相位掩模板，且制作出的CFBG的啁啾度由啁啾相位掩模板的参数决定，导致制作不同啁啾度的CFBG只能通过使用不同的啁啾相位掩模板，大大增加了生产成本。直接法如专利CN106842415A，其使用扫描刻写的方式，实现使用均匀FBG相位掩模板来写入CFBG。但由于FBG的栅距为微米量级，所以较难精确操控扫描的步进，且刻写过程受外界因素如震动的影响较大。或者在光纤不平行掩模板的情况下，写入的FBG也具有啁啾效应，但此时光纤刻写部位没有都在刻写光的焦线上，导致折射率调制深度不同，且在拉远光纤一端时，容易引入倾斜，影响光栅质量。(2)间接法是对均匀的FBG进行啁啾调制，使其产生啁啾效应。在啁啾调制的过程中需要对光纤持续作用，稳定性较直接法略差，且会影响到光纤的使用寿命。间接法如专利CN105137533.A，其使用形状记忆合金对均匀FBG进行啁啾调制，通过常温固定FBG，加热使其恢复成所需的形状来弯曲FBG，达到应力调制啁啾的效果。但由于记忆合金恢复形状需要到达转变温度，会对光纤寿命和性能造成影响，其自身存在的变形误差和光纤的抗弯过程也会直接影响到啁啾调制的精度。
为了克服现有工艺的缺点，本发明仅使用均匀FBG掩模板，用制备均匀FBG的流程，可在纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤上写入CFBG。也可以通过使用不同的纤芯折射率存在较大范围的横向变化的光纤，利用同一块相位掩模板制备出具有不同光谱特征的CFBG。
(三)发明内容
本发明的目的在于给出一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法
本发明的目的是这样实现的：
啁啾光纤布拉格光栅的组成部分包括纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤和其纤芯中写入的啁啾光纤布拉格光栅。
具有较大范围的横向变化的纤芯折射率分布是线性分布，或非线性分布。
所述的啁啾光纤布拉格光栅的啁啾效应是通过纤芯折射率不均匀分布实现。
该方法仅使用均匀光栅掩模板，用制备均匀光纤布拉格光栅的流程，可在纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤上写入啁啾光纤布拉格光栅。
该方法制备的啁啾光纤布拉格光栅的啁啾度，取决于该光纤纤芯折射率横向变化的变化量。
该方法可通过使用不同的纤芯折射率存在较大范围的横向变化的光纤，利用同一块相位掩模板制备出具有不同光谱特征的啁啾光纤布拉格光栅。
CFBG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。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，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。在紫外激光通过一块均匀光栅掩模板辐照其上时，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布拉格反射所贡献的反射波长也会各不相同，使得反射光谱中出现啁啾现象。因为每一个网格产生的弱反射对总体布拉格反射的贡献与纤芯折射率的横向分布有关，所以要实现啁啾效应，在使用一块均匀光栅掩模板基础上，只需实现纤芯折射率的不同分布即可。进一步，若纤芯折射率横向分布是线性的，就得到线性啁啾光栅；若是非线性的，就会得到非线性啁啾光栅，若是没有变化，就得到均匀的标准FBG光栅，由此可实现仅通过一块均匀光栅掩模板制作多种光谱的FBG。
本发明至少具备以下的几项突出的有益效果：
(1)、本发明提供的一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，只需使用同一块均匀光栅掩模板，即可制作不同光谱的CFBG，无需准备多块不同参数的CFBG掩模板，可节约生产成本。
(2)、本发明的核心在于当光纤纤芯折射率分布具有较大范围的横向变化时对制备FBG的影响，可为制备CFBG等非均匀光纤光栅提供了一个新思路。
(四)附图说明
图1为本发明使用的刻写CFBG的系统示意图，1为准分子激光器，2 为反射镜部，3为扩束镜部，4为柱透镜部，5为均匀光栅掩模板，6为光纤，7 为光纤夹具部，8为宽带光源，9为光谱仪
图2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、光纤端面和光纤以及其中的CFBG，2-1为光纤的径向折射率分布，2-2为光纤端面的包层，2-3为光纤端面的纤芯，2-4为光纤的包层，2-5为纤芯中写入的 CFBG，2-6为光纤纤芯。
(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1：一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法
本发明使用的CFBG刻写系统如图1所示，制备步骤如下：
步骤1：设置准分子激光器1的刻写参数，并调整刻写系统内反射镜部2、扩束镜部3和柱透镜部4的相对位置以准直紫外激光束，使其能准确聚焦到待写入的光纤6的纤芯位置。
步骤2：根据设计需要，选取参数合适的均匀光栅掩模板，置于掩模板夹具上组成均匀光栅掩模板部5。
步骤3：取一单应力元光纤6，将待写入CFBG段剥除涂覆层，清洁后固定在光纤夹具上，光纤夹具和固定其的XYZ三轴位移台组成光纤夹具部7，通过XYZ三轴位移台调整光纤6位置使其紧贴均匀光栅掩模板5。
步骤4：将光纤6一端接入宽带光源8，另一端接入光谱仪9，开启准分子激光器1，经准直扩束压缩成细窄平行光后，通过均匀光栅掩模板5进行曝光，并通过光谱仪9实时监测写入过程，达到所需的光谱时停止曝光。
步骤5：断开单应力元光纤6和宽带光源8与光谱仪9的连接，打开光纤夹具7，取下光纤6，并进行封装。
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 (6)

1.一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：啁啾光纤布拉格光栅的组成部分包括纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤和其纤芯中写入的啁啾光纤布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：具有较大范围的横向变化的纤芯折射率分布是线性分布，或非线性分布。
3.根据权利要求1和权利要求2所述一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：所述的啁啾光纤布拉格光栅的啁啾效应是通过纤芯折射率不均匀分布实现。
4.一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：该方法仅使用均匀光栅掩模板，用制备均匀光纤布拉格光栅的流程，可在纤芯具有较大范围的横向折射率变化的光纤上写入啁啾光纤布拉格光栅。
5.根据权利要求4所述一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：该方法制备的啁啾光纤布拉格光栅的啁啾度，取决于该光纤纤芯折射率横向变化的变化量。
6.根据权利要求4所述一种借助于均匀光栅掩膜板制备啁啾光纤布拉格光栅的新方法，其特征在于：该方法可通过使用不同的纤芯折射率存在较大范围的横向变化的光纤，利用同一块相位掩模板制备出具有不同光谱特征的啁啾光纤布拉格光栅。
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