CN1153074C - 通过微弯形成光纤光栅的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过微弯形成光纤光栅的装置和方法。在光纤光栅形成装置中，激光器系统发射CO2激光光束，透镜以预定宽度把CO2激光光束会聚在光纤上，光纤支座固定光纤的两端并向光纤施加拉伸应力，以及控制器控制CO2激光光束的强度、透镜的聚焦距离和光纤支座所施加的拉伸应力。

Description

通过微弯形成光纤光栅的装置和方法
本申请以1999年3月11日在韩国工业产权局申请的序列号为99-8081号申请为基础要求优先权，该在先申请的名称为“通过微弯形成光纤光栅的装置和方法(Device and Method for Forming Optical FiberGratings by Microbending)”，将该在先申请的内容包括在这里以供参考。
本发明一般涉及通过通过微弯形成光纤光栅的装置和方法，具体地说涉及利用CO2激光光束使得光纤微弯形成光纤光栅的装置和方法。
长周期的光纤光栅(LPFG)广泛用于低反射率的波长滤光器、搀铒光纤放大器(EDFA)的增益平缓滤光器和光纤传感器应用中。
在现有技术中，利用光敏性或剩余应力改变光纤芯的折射率，或者通过部分除去包层改变纤芯形成LPFG。然而，利用光敏性的方法不能用于非光敏性的光纤，而且需要进行氢化处理提高光敏性。通过释放剩余应力形成的LPFG不能对光纤产生高滤光作用，所述光纤中没有很多剩余的机械应力。而且，通过除去部分包层改变纤芯大大降低光纤的拉伸强度。
因此，本发明的目的是提供一种用CO2激光光束使得光纤微弯形成光纤光栅的装置和方法。
提供一种光纤光栅的形成装置和方法可以达到上述目的。在光纤光栅形成装置中，激光系统发射CO2激光光束，透镜以预定宽度把CO2激光光束会聚在光纤上，光纤支座固定光纤的两端并向光纤施加拉伸应力，以及控制器控制CO2激光光束的强度、透镜的聚焦距离和光纤支座所施加的拉伸应力。
根据本发明的另一方面，光纤光栅形成方法包括如下步骤：把CO2激光光束以预定宽度会聚在光纤上，固定光纤的两端并向固定的光纤施加拉伸应力，把CO2激光光束投射在施加拉伸应力的光纤的预定部分上，重复上述步骤，同时以预定间隔移动光纤。
通过下面结合附图所做的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更清楚，其中：
图1描述了根据本发明的利用CO2激光光束的LPFG形成装置；
图2是图1所示装置中的透镜和支架的详细视图；以及
图3是描述利用图1所示装置通过微弯形成的LPFG的光谱特性图。
下面将参考附图描述本发明的最佳实施例。在下面的描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为不必要的详细描述将掩盖本发明。
通过照射激光光束，通过释放剩余应力将在有许多剩余应力的光纤中形成LPFG，而LPFG在具有微小剩余应力的光纤中不会形成。然而，通过周期性微弯在具有微小剩余应力的非光敏性光纤中也可以形成LPFG。
图1描述了根据本发明的利用CO2激光光束的LPFG形成装置。LPFG形成装置包括CO2激光系统11、反射镜12、透镜13、支架14和控制计算机15。CO2激光系统11包括激光头、电源模块、遥控器和连接线缆11a。激光系统11发射脉冲形式的CO2激光束使得用户可以调整所发射的激光束的强度和功率。脉冲宽度和周期可以由遥控器或连接到遥控器上的脉冲发生器控制。反射镜12镀金，用于控制光路。透镜13由ZnSe制成，用于控制激光光束具有预定宽度。根据从控制计算机15产生的控制信号控制透镜13的聚焦距离。
支架14包括光纤固定件，由高分辨率步进电机(未示出)移动支架14，步进电机由计算机15通过一种接口总线GPIB(通用接口总线)14a控制。支架14中的光纤支座固定光纤16的两端并向光纤16施加拉伸应力。
还可以给光纤16的每个相应端部提供光源和光谱分析仪，用于使用白光照射光纤16和用于分析光纤16发射的光的光谱。因此，在制造LPFG过程中可以观察到光纤16的透射光谱。控制计算机15控制激光系统11发射的CO2激光光束的强度、透镜13的聚焦距离、和光纤支座施加的拉伸应力。
图2详细描述了图1所示的透镜和支架。参考图2，将描述透镜的聚焦和向光纤施加拉伸应力。参考标号21表示透镜，参考标号22表示透镜位置调节器，参考标号23表示光纤，参考标号24表示光纤支座，以及参考标号25表示光纤支座位置调节器。参考标号23a、23b和23c分别表示已经形成的光纤光栅、没有光纤光栅的部分、和正在形成的光纤光栅。参考标号23d表示施加在光纤23上的拉伸应力的方向，参考标号24a表示光纤支座24移动的方向以便向光纤23施加拉伸应力，以及参考标号25a表示光纤支座位置调节器25移动的方向。
如图2所示，CO2激光光束的焦点移动，而且可以通过向右和左移动透镜位置调节器22控制入射到光纤23的光束的宽度和强度。随着两端之间距离的增大，光纤支座24沿着相反方向拉伸光纤23的固定端。从而在光纤23中产生微弯。CO2激光光束产生周期性微弯，而光纤支座24施加外部拉伸应力。
除了使用光纤支座24沿着相反方向拉伸光纤23的两端施加拉伸应力以外，光纤23可以接收悬挂在光纤23的一端上的重锤产生的拉伸应力，所述光纤23设置成垂直于地面。
本发明适用于容易微弯的任何光纤，而与光敏性、剩余应力和包层结构无关。
在本发明中，在使用CO2激光光束释放剩余应力来制造光纤光栅的过程中增加了沿着相反方向增加光纤两端之间的距离的步骤，使得通过施加外部拉伸应力剩余应力微小的光纤中产生微弯。因此，能够形成LPFG，而不减小光纤的物理长度。
图3是表示在图1所示装置中通过微弯形成的LPFG的透射光谱特性图。在图3中，图的垂直轴表示波长，水平轴表示透射强度。该图表示具有光栅的光纤相对于波长的透射特性。
如图3所示，在波长1350nm和1475nm附近观察到带阻特性。即使在剩余应力微小的光纤中通过施加外部拉伸应力也能够产生微弯，因此可以在其中形成LPFG。
根据依据本发明的LPFG形成装置和方法，通过把光纤暴露于CO2激光光束中从而产生微弯，可以在光纤中形成LPFG而不降低它的拉伸强度。即使在低光敏性或剩余应力不足的光纤中也能够制造LPFG。
虽然参考它的某一最佳实施例示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解可以对形式和细节进行各种变型，而不脱离所附权利要求书限定的本发明实质和范围。

Claims (12)

1.一种光纤光栅形成装置，包括
激光系统(11)，用于发射CO2激光光束；
透镜(13)，用于以预定宽度把CO2激光光束会聚在光纤(16)上；
光纤支座(14)，用于固定光纤的两端并向光纤施加拉伸应力；以及
控制器(15)，控制CO2激光光束的强度、透镜(13)的聚焦距离和光纤支座(14)所施加的拉伸应力，
其中光纤支座(14)沿着相反方向拉伸光纤的两端，以便增加光纤(16)两端之间的距离，或以预定角度扭曲。
2.如权利要求1所述的光纤光栅形成装置，还包括反射镜(12)，用于通过改变光路，把激光系统(11)发射的CO2激光光束传播到透镜(13)。
3.如权利要求1所述的光纤光栅形成装置，其中光纤支座(14)固定成垂直于地面。
4.如权利要求3所述的光纤光栅形成装置，其中光纤支座(14)包括连接到光纤指向地面的一端上的重锤。
5.如权利要求1所述的光纤光栅形成装置，还包括位于光纤(16)一端附近的光源，用于向光纤投射白光，以及位于光纤另一端附近的光谱分析仪，用于分析通过光纤发射的光的光谱。
6.如权利要求1所述的光纤光栅形成装置，其中激光系统(11)以脉冲形式输出CO2激光光束。
7.如权利要求1所述的光纤光栅形成装置，其中控制器(15)通过改变激光光束的脉冲宽度和周期控制激光系统(11)发射的激光束的强度。
8.一种光纤光栅形成方法，包括如下步骤：
(a)把CO2激光光束以预定宽度会聚在光纤上；
(b)固定光纤的两端，并向固定的光纤施加拉伸应力；
(c)把CO2激光光束投射在施加拉伸应力的光纤的预定部分上；
(d)重复步骤(a)、(b)和(c)，同时以预定间隔移动光纤。
9.如权利要求8所述的光纤光栅形成方法，其中以脉冲形式发射CO2激光光束。
10.如权利要求8所述的光纤光栅形成方法，其中通过改变激光光束的脉冲宽度和周期控制CO2激光光束的强度。
11.如权利要求8所述的光纤光栅形成方法，其中在步骤(b)中随着光纤两端之间距离的增加，沿着相反方向拉伸光纤的两端，或以预定角度扭曲。
12.如权利要求8所述的光纤光栅形成方法，还包括如下步骤，即用白光照射光纤的一端，并分析从光纤另一端发射的光的光谱。
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