CN203275699U - 一种带宽可控的光纤光栅刻写装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带宽可控的光纤光栅刻写装置，该装置包括：依次排列的光束整形模块（108）、柱面透镜（107）、相位掩膜板（106）以及设置于所述光束整形模块（108）上方的反射镜（112）和激光发射器（113）；其中，所述光束整形（108）包括：光束分析仪（116）、微电机调谐光阑（117）、转动台（110）与电位移台（111）；所述转动台（110）置于所述电位移台（111）上；所述光束分析仪（116）与微电机调谐光阑（117）顺次置于所述转动台（110）中。本实用新型公开装置所刻写的光纤光栅可保证刻写时的刻写激光光束质量最佳，并且其带宽不受刻写激光的光斑尺寸和相位模板的啁啾度的限制；另外，该装置刻写的效率较高，重复性较强，可有效的减少了制作成本。

Description

一种带宽可控的光纤光栅刻写装置

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，尤其涉及一种带宽可控的光纤光栅刻写装置。

背景技术

光纤布拉格光栅（简称光纤光栅），作为二十一世纪最为重要的光子器件之一，以其体积小、灵敏度高、波长编码、抗电磁干扰、与光纤无缝连接等优点，在光纤传感、通信和光纤激光器等领域中得到了广泛应用。

而随着光通信和激光技术的不断发展，对应不同的具体应用，对光纤光栅的带宽要求也各不相同。对于10GHz的DWDM（密集型光波复用）通信系统中，光纤光栅所需的带宽为0.05nm-0.07nm；在普通光传感系统中，光纤光栅带宽范围为0.1nm-0.2nm；而在光纤激光器谐振腔所需的光纤光栅其带宽范围为0.5nm-2nm。因此如何设计一种简便、经济、高效的带宽可控的光纤光栅刻写方法成为研究的热点。

当前对于光纤光栅的带宽控制主要有以下两种方法：

1）啁啾相位掩模板法（啁啾掩模板法是在最初制作相位掩模板）：通过电子束腐蚀方法，制作出不同啁啾度的相位掩模板，然后将光纤至于相位掩模板后，采用紫外激光对光纤曝光，从而得出不同带宽的光纤光栅。但是，此方法的制作成本相当昂贵，每制作一种带宽的光纤光栅需配置一块对应的相位掩模板。

2）光斑整形法：此方法通过扩束法对紫外激光器整形，可控制光斑曝光长度；从而在啁啾相位掩模板刻写光纤光栅时达到控制其带宽的目的。但是，扩束后的紫外激光光束质量、均匀性下降，刻写质量下降。另外，扩束后光斑尺寸受紫外激光扩束镜的和模板长度的限制，在制作大带宽的光纤光栅时，所刻带宽同样受到限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带宽可控的光纤光栅刻写装置，其制作成本较低，刻写效率较高，且可重复使用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带宽可控的光纤光栅刻写装置，其特征在于，该装置包括：依次排列的光束整形模块（108）、柱面透镜（107）、相位掩膜板（106）以及设置于所述光束整形模块（108）上方的反射镜（112）和激光发射器（113）；

其中，所述光束整形模块（108）包括：光束分析仪（116）、微电机调谐光阑（117）、转动台（110）与电位移台（111）；所述转动台（110）置于所述电位移台（111）上；所述光束分析仪（116）与微电机调谐光阑（117）顺次置于所述转动台（110）中。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，通过光束分析仪对入射激光的光束质量分析，采用微电机可调谐光阑选取光束质量最佳区域位置，再根据实际所需带宽的大小根据计算机编程控制精密移动位移台的移动范围，即可控制刻写光纤光栅的带宽大小，由于刻写激光和相位模板可同时沿刻写光纤水平位置移动。因此，采用此类方法刻写的光纤光栅带宽可不受刻写激光光斑尺寸和相位模板自身的啁啾度的限制，即可达到带宽可控的目的，有效的减少了制作成本且该刻写装置的效率较高，重复性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种带宽可控的光纤光栅刻写装置的示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例

图1为本实用新型实施例提供的一种带宽可控的光纤光栅刻写装置的示意图。如图1所示，该装置包括：依次排列的光束整形模块108、柱面透镜107、相位掩膜板106以及设置于所述光束整形模块108上方的反射镜112和激光发射器113。

其中，所述光束整形108包括：光束分析仪116、微电机调谐光阑117、转动台110与电位移台111；所述转动台110置于所述电位移台111上；所述光束分析仪116与微电机调谐光阑117顺次置于所述转动台110中。

前述的转动台110及电位移台111分别与电位移台控制器109相连。

前述的光束分析仪116及微电机调谐光阑117分别与计算机115相连。

进一步的，该装置还包括：反射镜112；该反射镜112与激光发射器113发射方向呈45°夹角，置于该激光发射器113与光束分析仪之间116；且该反射镜112为表面镀膜的99%高反射镜。

前述的反射镜112、光束分析仪116、微电机调谐光阑117、转动台110及柱面透镜107置于一燕尾式导轨中。

进一步的，该装置还包括：光纤夹具114；该光纤夹具114设置于所述相位掩膜板106的下方，

进一步的，该装置还包括：宽带光源101与光谱仪105；所述宽带光源101与光谱仪105通过耦合器102相连，且分别置于光纤夹具114上去除涂覆层后的光钎103的两端。

前述的光纤103为双包层光纤或标准单模光纤（或其它适用类型光纤），且该光纤去除涂覆层区域104的长度大于所述相位掩膜板106的长度。

以上为本装置的主要元件及连接关系，下面针对每一元件的功能及用途做详细介绍。

在本实用新型的实施例中，激光发射器113用于发射预定波长的激光（例如，波长248nm的激光）；光束整形模块108，采用光束分析仪116对激光发射器113发射的预定波长的激光光束质量进行分析，根据分析结果，采用微电机调谐光阑对入射激光整形，选取光束质量最佳区域，用整形后的激光对去除涂覆层后的光纤进行曝光刻写；柱面透镜107，用于对整形处理的激光进行聚焦处理；相位掩膜板106，用于利用聚焦处理后的激光对该光纤的曝光区域进行刻写。

其中，所述光束整形模块108中的光束分析仪116，用于对该激光发射器113发射的预定波长的激光数据进行采集与分析，并将分析结果发送至计算机115。

所述转动台110，在光束分析仪116采集完入射激光数据后旋转90°，微电机调谐光阑117从计算机115中读取入射激光的光束质量分析数据，依据此数据对其入射激光做整形处理。

所述电位移台111，根据光纤光栅所需带宽与刻写光斑尺寸的线性关系，控制电位移台的移动范围，来控制刻写出光纤光栅的带宽，从而达到光纤光栅带宽可控的效果。

宽带光源101与光谱仪105分别设置于去除涂覆层后的光钎两端；用于刻写过程实时检测，获得所需带宽的光纤光栅。

光纤夹具114用于固定光纤103，宽带光源101与光谱仪105可以通过3dB耦合器102与光纤103连接；3dB耦合器102的两个端口中，一个端口接宽带光源101，另一端接光谱仪105。

所述电位移台控制器109用于控制所述转动台110及电位移平台111在水平方向移动。

所述反射镜112、光束分析仪116、微电机调谐光阑117、转动台110及柱面透镜107和相位模板106置于一燕尾式导轨中；且该燕尾式滑轨置于步进距为微米级的电位移台111上。

上述为本实用新型的实施例提供的光纤光栅的刻写装置的组成、连接关系及每一原件的功能。为了便于进一步的理解该装置的工作原理，下面以该装置在实际应用中对10/125μm标准的单模光纤进行光栅刻写为例做进一步介绍。

首先，对该光纤103将进行载氢处理，并去除其涂覆层后固定于光纤夹具114上，该光纤103的一端与带宽为400-1600nm的超连续宽带光源101连接，另一端与光谱仪105连接，用于在刻写时检测光纤103的谱线特性、制作光纤光栅刻写过程中的熔接损耗及光纤光栅制作时其带宽的实际值。

然后，可以利用输出波长为248nm、光斑尺寸为6mm*3mm(长*宽)的KrF准分子激光器113入射激光经过45°表面镀膜99%高反射镜112后，进入转动台110上的光束分析仪116，由光束分析仪116对激光的光束数据（能量分布与光斑大小等）进行采集与分析，并将分析结果存储在计算机115中；然后，将转动台110旋转90°，由转动台110上的微电机调谐光阑117根据计算机115中的光束数据对激光光束做相应整形，再控制所述转动台110下方的电位移台111（可选择步进距为微米级的电位移台）调节所述光纤的曝光区域104（可以通过对电位移台编写电机驱动程序，控制其运动轨迹，使得激光能量分布为高斯型，用以增大光纤光栅的边模，抑制由于光纤光栅两端折射率锐变而产生的旁瓣）。

再经过柱面透镜107将该激光竖直方向聚焦，将光斑聚焦成为直线光斑，本实施例中光斑最大直线长度为6mm，而后经过相位掩模板106，分成±1级衍射光斑，交替形成干涉条纹，照射于光纤103上；由于光束整形模块108和相位模板106同时至于同一燕尾式导轨中，因此，移动电位移台111可使刻写光斑和模板同时沿去涂覆层后的光纤103上水平移动，控制移动电位仪台111的移动范围，以达到刻写光纤光栅的带宽可控。

与此同时，光纤103的一端连接的光谱仪105，对刻写情况进行观测，直至完成刻写工作，得到合适带宽的光纤光栅。

本实用新型实施例中采用光束分析仪分析激光光束数据，较传统用肉眼观察的方法相比可准确的得到刻写激光的光斑大小，能量分布，并可实时观测激光光束的变化情况。其优点在于若因为外界或激光器自身原因，产生刻写激光器光束位置和能量分布发生改变，通过计算机同步光束分析仪的采集与微电机调谐光阑的驱动数据，可精确保证刻写光纤光栅时的光束质量为最优。

另外，本实用新型实施例中采用的是宽度可调节的微电机调谐光阑和可移动电位移台来控制光纤光栅的带宽。对于啁啾相位模板而言，光纤光栅的带宽与其光斑的大小成线性关系。本实用新型实施例的优点在于只需一块啁啾相位模板即可刻写任意带宽的光纤光栅，所刻写的光纤光栅带宽不受限于刻写激光的光斑尺寸和给定的相位模板的啁啾度，并且可方便控制刻写光纤光栅带宽的大小。对于给定啁啾度的相位模板，当光纤光栅所需带宽小于光斑最大直线长度（本实用新型实施例中经过柱面透镜后最大光斑为6mm）时，可通过微电机调谐光阑对刻写激光整形，使得垂直照射到柱透镜的光斑直线长度变小，从而得到较小带宽的光纤光栅，当光纤光栅所需带宽大于光斑最大直线长度时，通过微电机调谐光阑和光束分析仪选取光斑质量最好的区域，根据所需带宽和光斑长度的线性关系，移动电位移台扩大光纤的曝光区域，可控制制作出的光纤光栅带宽大小，以此来控制光纤光栅的带宽大小。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种带宽可控的光纤光栅刻写装置，其特征在于，该装置包括：依次排列的光束整形模块（108）、柱面透镜（107）、相位掩膜板（106）以及设置于所述光束整形模块（108）上方的反射镜（112）和激光发射器（113）； 

其中，所述光束整形模块（108）包括：光束分析仪（116）、微电机调谐光阑（117）、转动台（110）与电位移台（111）；所述转动台（110）置于所述电位移台（111）上；所述光束分析仪（116）与微电机调谐光阑（117）顺次置于所述转动台（110）中。 

2.根据权利要求1所述的刻写装置，其特征在于，所述转动台（110）及电位移台（111）分别与电位移台控制器（109）相连。 

3.根据权利要求1所述的刻写装置，其特征在于，所述光束分析仪（116）及微电机调谐光阑（117）分别与计算机（115）相连。 

4.根据权利要求1所述的刻写装置，其特征在于，所述反射镜（112）与激光发射器（113）发射方向呈45°夹角，且置于该激光发射器（113）与光束分析仪（116）之间。 

5.根据权利要求1所述的刻写装置，其特征在于，所述反射镜（112）、光束分析仪（116）、微电机调谐光阑（117）、转动台（110）及柱面透镜（107）置于一燕尾式导轨中。 

6.根据权利要求1所述的刻写装置，其特征在于，该装置还包括：光纤夹具（114）；该光纤夹具（114）所夹光纤置于所述相位掩膜板（106）的下方。 

7.根据权利要求6所述的刻写装置，其特征在于，该装置还包括：宽带光源（101）与光谱仪（105）； 

所述宽带光源（101）与光谱仪（105）通过耦合器（102）相连，且分别置于光纤夹具（114）上去除涂覆层后的光钎（103）的两端。 

8.根据权利要求7所述的刻写装置，其特征在于，所述光纤（103）为双包层光纤或标准单模光纤，且该光纤去除涂覆层区域（104）的长度大于所述相位掩膜板（106）的长度。 

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