CN1448736A - 一种长周期光纤光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长周期光纤光栅的制作方法及其装置，属于光纤通信和光纤传感技术领域，涉及到光无源器件和光纤传感器件的制作。其特征在于采用波长为10.6μm、频率为20k～24kHz的CO2激光脉冲以及由柱面透镜和交角为120°两个平面镜构成的三束聚焦光学系统制作长周期光纤光栅。将激光束对称聚焦到裸光纤上，通过计算机控制一维平移台移动光纤和曝光，二者交替进行，完成长周期光纤光栅制作。本制作方法能够有效的改善长周期光栅的弯曲特性，消除光栅物理形变，具有结构简单、设计灵活等特点。由此方法制作的长周期光纤光栅可广泛应用于光纤通信中的纤内滤波，增益平滑以及作为波长解调型光纤传感元件。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域。是一种长周期光纤光栅的制作方法及相应的装置，涉及到光纤通信系统中光无源器件和光纤传感器件的制作技术。
背景技术
自从1995年A.M.Vengsarkar等人在光纤中成功地写入长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating，以下简称LPFG)以来，LPFG在光纤通信和光纤传感技术领域得到广泛应用，比如利用LPFG无后向反射、插入损耗小等优点研制成纤内带通/阻滤波器，EDFA的增益平滑器等；在光纤传感方面，LPFG对温度、应变的感应灵敏度高于布拉格光纤光栅，成为一种较为理想的波长调制型传感元件。而与布拉格光纤光栅相比，LPFG制作容易，成本低廉。
目前，有许多制作LPFG的方法，比如振幅掩模法，微弯变形法，CO2激光写入法等。迄今为止，CO2激光写入法通常采用波长为10.6μm的聚焦的CO2激光对光纤的一侧进行逐点曝光，周期性的改变光纤纤芯的折射率，形成LPFG。由于用CO2激光单面写入时光纤仅在一侧受到照射，而另一侧不受激光照射，引起光纤折射率变化在光纤横截面的角向分布不均匀，从而导致烧写出的LPFG的谐振波长与弯曲的方向有很强的依赖性，并且写出的LPFG易产生弯曲变形。
发明内容
本发明的目的是，提供一种结构简单、制作方便的CO2激光三束聚焦、对称烧写LPFG的方法及其装置，以消除CO2激光单侧照射写入引起的折射率改变不均匀和易产生弯曲变形的缺陷。
本发明的技术方案是，利用石英强烈吸收10.6μm的CO2激光辐射的性质，用CO2激光周期性的局部加热光纤，释放在拉制光纤过程中残留在光纤中的应力，使纤芯折射率发生周期性改变，形成LPFG。本发明采用波长为10.6μm、频率为20k～24kHz的CO2脉冲激光，通过一个ZnSe柱面透镜聚焦，在光纤上形成线形光斑。为了使烧写成的LPFG没有物理变形，并有相对一致的弯曲特性，在LPFG写入平台上采用了两个成120°交角的平面反射镜，从而可以形成互成120°角的三束光对称照射光纤，进行LPFG烧写操作。
本发明所采用的装置主要包括射频激励波导CO2激光器，宽谱光源，光谱分析仪，一维精密电控平移台，三束聚焦光学系统等。通过调节CO2激光脉冲的频率、占空比以及激光脉冲的个数，可以改变照射到光纤上的激光能量。CO2激光经聚焦后，形成线形光斑，经过写入平台上的两个成120°角的反射镜后，形成互成120°角的三束光均匀的照射到光纤横截面360°的圆周上。光纤写入过程中，用光谱分析仪实时监测光纤损耗谱的变化。完成一次曝光后，由计算机控制平移台沿轴向光纤移动一个光栅周期，然后按同样步骤反复进行，直到写完设计的周期数。通过调节光栅的周期、光栅写入长度、以及CO2激光脉冲的参数，就可以制作出符合设计要求的LPFG。
本发明的效果和益处是，采用了由柱面透镜和交角为120°的两个平面反射镜构成的三束线形聚焦光学系统，使得烧写出的长周期光纤光栅的弯曲特性在光纤的角向均匀一致，消除了物理变形。整个LPFG写入系统结构简单，易与控制、调节和运行操作，具有重要的实际应用价值。
附图说明
附图1是长周期光纤光栅制作方法的装置示意图。
图中(1)射频激励波导CO2激光器，(2)SLED宽谱光源，(3)计算机，(4)单模光纤，(5)CO2激光束，(6)ZnSe柱面透镜，(7)光栅写入平台，(8)光谱分析仪，(9)一维精密电控平移台。
附图2是在光栅写入平台的示意图。
图中(4)单模光纤，(5)CO2激光束，(7)光栅写入平台，(10)反射镜1，(11)反射镜2。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的最佳实施例。
首先根据CO2激光器的工作特性来确定激光器的参数，比如工作频率、占空比和激光脉冲数等。本发明采用的激光脉冲频率在20k-24kHz之间，调节激光脉冲的频率和占空比以及激光脉冲的数量，可以改变照射到单模光纤(4)上的激光能量。其次根据要制作的LPFG的谐振波长和峰值损耗大小以及带宽等特性，确定LPFG的周期和光栅的长度，由上述两个参数可以计算出要写入的LPFG的周期数，从而对电控平移台(9)的参数进行设置。将裸光纤置于安装有两面反射镜(10，11)的LPFG写入平台(7)上，然后由计算机(3)根据设定的激光器参数控制CO2激光器(1)发射脉冲激光(5)，激光(5)通过柱面透镜(6)在单模光纤(4)上聚焦成一线形光斑。在LPFG写入平台(7)上两面成120°的反射镜(10，11)位于光纤(4)的下方，光纤距两反射镜(10，11)交线约0.1mm。由于LPFG写入平台(7)的上述结构，可以形成互成120°的三束激光对称入射到光纤(4)上。由于三束光的光强相近，使光纤在360°圆周上对CO2激光能量的吸收均匀，从而使纤芯折射率的改变基本上是对称的，保证了制成的LPFG向不同方向弯曲特性的一致性。一次激光脉冲发射后，由计算机(3)控制电控平移台(9)带动光纤(4)沿轴向移动一个光栅周期，然后重复进行上述的过程，直到写完设计的光栅周期数。光纤的输入端连接一SLED宽谱光源(2)，SLED发出的光经过用于烧写光栅的光纤后输出到光谱分析仪(8)，通过光谱分析仪(8)来实时的监测制作过程中的LPFG的透射谱。利用本发明制作完成的长周期光纤光栅，其谐振波长峰值损耗超过30dB，插入损耗小于1dB。
Claims (1)
1.一种长周期光纤光栅的制作方法，是采用CO2激光脉冲在单模光纤中写入长周期光栅的方法和装置，本装置包括射频波导CO2激光器，宽谱光源，光谱分析仪，一维电控平移台和三束聚焦光学系统等，其特征在于采用波长为10.6μm、频率为20k～24kHz的CO2激光脉冲以及由柱面透镜和交角为120°的两个平面镜构成的三束聚焦光学系统，形成互成120°角的三束激光圆对称地对光纤进行烧写操作。
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