CN207851345U - 相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤光栅制造领域，公开了一种相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅，以制备出相移区相移量的大小可控且相移区两边光纤光栅有效折射率不同的相移光纤布拉格光栅。所述装置包括一个扫描程序控制器，用于根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。本实用新型提供的技术方案一方面使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本实用新型技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域。

Description

相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅制造领域，尤其涉及一种相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅。

背景技术

相移光纤布拉格光栅(FBG)是利用掺杂光纤光致折射率变化特性，采用特殊工艺使得光纤纤芯的折射率发生永久性周期变化而形成。作为一种新型的光学器件，相移光纤布拉格光栅主要应用于波长选择器、波分复用器和单频光纤激光器等领域。现有的相移光纤布拉格光栅制备方法主要包括相移相位掩膜板法、横向全息两次曝光法、移动光纤或相位掩膜板法、激光后处理法、外部扰动调制法和飞秒激光微加工法等。

然而，上述现有方法的主要弊端一方面在于只能制备出相移区两边的光纤布拉格光栅有效折射率相同的相移光纤布拉格光栅(FBG)，这种相移光纤布拉格光栅限制了其在诸如单频光纤激光器等领域的广泛应用；另一方面，所制备出的相移光纤布拉格光栅其相移区相移量的大小很难控制。

实用新型内容

本实用新型实施例的主要目的在于提供一种相移光纤布拉格光栅制备装置和相移光纤布拉格光栅，以制备出相移区相移量的大小可控且相移区两边光纤光栅有效折射率不同的相移光纤布拉格光栅。

为实现上述目的，本实用新型实施例第一方面提供一种相移光纤布拉格光栅制备装置，包括紫外激光器、光源、反射镜、光阑、柱透镜、相位掩膜板、位于所述柱透镜和相位掩膜板之间的挡板、位于所述相位掩膜板下方的高精度位移平台、光谱采集分析器以及位于所述高精度位移平台之上且用于放置光纤的两个三维调整架；所述紫外激光器用于提供相干光，所述反射镜用于将所述紫外激光器提供的相干光反射至光阑，所述光阑用于控制从所述反射镜反射过来的相干光的圆形光斑大小并将所述反射镜反射过来的相干光透射至所述柱透镜，所述柱透镜用于将所述光阑透射出的圆形光斑汇聚成线型光斑透射至所述挡板和所述相位掩膜板，所述挡板用于遮挡从所述柱透镜透射至所述相位掩膜板的相干光而在所述光纤上形成相移区，所述光源的输出端与所述光纤的输入端相连，所述光纤的输出端与所述光谱采集分析器相连，所述光谱采集分析器用于实时记录和监测来自所述光纤的输出端的透射谱；所述装置还包括与所述光谱采集分析器以及所述高精度位移平台相连的扫描程序控制器；

所述扫描程序控制器，用于根据所述来自所述光纤的输出端的透射谱，控制所述相移区的相移量大小以及通过控制所述高精度位移平台的平移速率，将所述相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。

结合本实用新型实施例第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述扫描程序控制器具体用于：

根据公式控制所述相移区的相移量的大小，所述n₁为所述相移区左边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述n₂为所述相移区右边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述L₁为所述相移区左边光纤布拉格光栅的长度，所述L₂为所述相移区右边光纤布拉格光栅的长度，所述λ_B为所述相移光纤布拉格光栅的中心波长，所述λ_B＝2n_effΛ，所述n_eff为所述光纤的有效折射率，所述Λ为所述相移光纤布拉格光栅的光栅周期；

通过控制所述高精度位移平台的平移速率，并根据公式控制所述相移区两边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述

C₁和C₂分别为任意常数，所述P₁为透射至所述相移区左边光纤的激光的功率，所述P₂为透射至所述相移区右边光纤的激光的功率，所述v₁为所述光纤放置于所述三维调整架上由所述扫描程序控制器控制所述高精度位移平台平移，所述相移区左边光纤被来自所述相位掩膜板的激光扫描时的扫描速度，所述v₂为所述光纤放置于所述三维调整架上由所述扫描程序控制器控制所述高精度位移平台平移，所述相移区右边光纤被来自所述相位掩膜板的激光扫描时的扫描速度。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，所述光纤为经过载氢处理的光纤。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述高精度位移平台为x轴超高灵敏度的电动位移平台。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，挡板为尺寸较小且不透光的铝合金板。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中，所述三维调整架为x轴、y轴和z轴超高灵敏度的调整架。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，所述反射镜为对266nm波长反射率达到99％以上的全反镜。

结合本实用新型实施例第一方面或第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，所述光谱采集分析器为衍射光栅光谱仪、棱镜光谱仪、干涉光谱仪或微型光谱仪中的任意一种。

为实现上述目的，本实用新型实施例第二方面提供一种相移光纤布拉格光栅，所述相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可变，所述相移区两边的光纤布拉格光栅的有效折射率不同。

结合本实用新型实施例第二方面，在第二方面的第一种实施方式中，所述制备相移光纤布拉格光栅所用光纤为经过载氢处理的光纤。

从上述本实用新型实施例提供的技术方案可知，一方面，根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移光纤布拉格光栅相移区的相移量大小，相比于现有的相移光纤布拉格光栅制备方法，本实用新型提供的技术方案使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，通过控制搭载光纤的高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本实用新型技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的相移光纤布拉格光栅制备装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的相移光纤布拉格光栅制备方法的流程图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将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，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1，是本实用新型实施例提供的一种相移光纤布拉格光栅制备装置。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。附图1示例的相移光纤布拉格光栅制备装置包括紫外激光器101、光源102、反射镜104、光阑105、柱透镜106、相位掩膜板108、位于柱透镜106和相位掩膜板108之间的挡板107、位于相位掩膜板108下方的高精度位移平台103、光谱采集分析器114以及位于高精度位移平台103之上且用于放置光纤109的两个三维调整架112，其中，紫外激光器101用于提供相干光，反射镜104用于将紫外激光器101提供的相干光反射至光阑105，光阑105用于控制反射镜104反射过来的相干光的圆形光斑大小并将反射镜104反射过来的相干光透射至柱透镜106，柱透镜106用于将光阑透射出的圆形光斑汇聚成线型光斑透射至挡板107和相位掩膜板108，挡板107用于遮挡从柱透镜104透射至相位掩膜板108的相干光而在光纤109上形成相移区113，光源102的输出端与光纤109的输入端相连，光纤109的输出端与光谱采集分析器114相连，光谱采集分析器114用于实时记录和监测来自光纤109的输出端的透射谱。具体地，紫外激光器101是半导体紫外激光器，能够提供波长为266nm的激光，此激光为相干光。紫外激光器101提供的相干光到达反射镜104。在本实用新型实施例中，反射镜104 是一个全反射镜，可对来自紫外机关器101的激光提供高达99％的反射率。经反射镜104反射的激光到达可对光斑大小进行控制的光阑105。从光阑105透射出的光到达焦距大小为50.2mm、对266nm波长的光透射率高达99％的柱透镜106。柱透镜106的主要作用是将光阑105形成的圆型光斑汇聚成线型光斑，以增加激光光斑能量密度。从柱透镜106透射出来的激光经过周期为1070nm 的相位掩膜板108，其作用是将激光衍射为不同的级次，衍射光的能量主要集中在±1级上。在靠近相位掩膜板108、距离约为300um的位置，±1级的激光会发生光强强弱分布的干涉现象。在柱透镜106和相位掩膜板108之间有个挡板，其长度大小为1mm，用于在扫描过程中对激光进行遮挡，在光纤109上形成相移区113，相移区113两边分别为光纤布拉格光栅110和光纤布拉格光栅111，为了便于说明，可分别称为相移区左边光纤布拉格光栅和相移区右边光纤布拉格光栅。高精度位移平台103上两端分别设置有一个三维调整架112，其用于放置光纤109，光纤109是制备相移光纤布拉格光栅所用主要原料，其可以是普通单模光纤、低掺杂有源光纤、高掺杂有源光纤或者其他光纤，并且，为了能够增强光纤的光敏性，可以对光纤109进行载氢处理，具体是将光纤109 置入由高温高压反应釜提供的封闭室，其内充有高温高压的氢气。在本实用新型实施例中，三维调整架112为x、y和z轴超高灵敏度的调整架，由于可以在 x、y和z轴三个方向上做超高灵敏度的调整，因此，这种调整配合高精度位移平台103载着三维调整架112和相位掩膜板108所做的位移，可以调整光纤109 的最佳聚焦位置；此处，高精度位移平台103可以是x轴超高灵敏度的电动位移平台。

与现有技术不同的是，附图1示例的装置还包括与光谱采集分析器114以及高精度位移平台103相连的扫描程序控制器(图中未示出)。当扫描程序控制器启动时，其能够控制高精度位移平台103做高精度的移动，在控制高精度位移平台103移动时候即形成激光扫描光纤109的扫描过程。在本实用新型实施例中，光源102为宽带光源，可以是受激自发辐射光纤光源或超连续光纤光源。光源102的输出端与光纤耦合器的一端相连，光纤耦合器的另一端再与光纤109相连，通过这种方式实现光源102与光纤109的连接，而光纤耦合器可以是树形光纤耦合器、星型光纤耦合器或光纤环形器等形态的耦合器件，本实用新型对此不做限制。

在本实用新型实施例中，光谱采集分析器114一方面用于实时记录和监测来自光纤109的输出端的透射谱，另一方面，其与扫描程序控制器相连，将透射谱信息传递给扫描程序控制器。扫描程序控制器根据来自光纤109的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制高精度位移平台103的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。需要说明的是，光谱采集分析器114可以是衍射光栅光谱仪、棱镜光谱仪、干涉光谱仪或微型光谱仪等光谱仪，本实用新型对其具体形态不做限制。

从附图1示例的相移光纤布拉格光栅制备装置可知，一方面，根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移光纤布拉格光栅相移区的相移量大小，相比于现有的相移光纤布拉格光栅制备方法，本实用新型提供的技术方案使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，通过控制搭载光纤的高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本实用新型技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域；第三方面，附图1示例的装置制备出的相移光纤布拉格光栅，潜在应用前景非常好，例如，通过适当选取相移点的位置，可以形成多透射窗口和超宽矩形透射窗口的波长选择器；再如，制备出的相移光纤布拉格光栅可以应用于光纤激光器，能够激发出线宽很窄的激光，等等。

在本实用新型一个实施例中，附图1示例的装置中，扫描程序控制器具体用于：根据公式控制相移区113的相移量的大小，通过控制高精度位移平台的平移速率，并根据公式控制相移区113两边光纤布拉格光栅的有效折射率，其中，n₁为相移区左边光纤布拉格光栅的有效折射率，n₂为相移区右边光纤布拉格光栅的有效折射率，L₁为相移区左边光纤布拉格光栅的长度，L₂为相移区右边光纤布拉格光栅的长度，λ_B为相移光纤布拉格光栅的中心波长，λ_B＝2n_effΛ，n_eff为光纤的有效折射率，Λ为相移光纤布拉格光栅的光栅周期，C₁和C₂分别为任意常数，P₁为透射至相移区左边光纤的激光的功率，P₂为透射至相移区右边光纤的激光的功率，v₁为光纤113放置于三维调整架112上由扫描程序控制器控制高精度位移平台103平移，相移区左边光纤被相位掩膜板衍射后的激光扫描时的扫描速度，v₂为光纤109放置于三维调整架112上由扫描程序控制器控制高精度位移平台103平移，相移区右边光纤被相位掩膜板衍射后的激光扫描时的扫描速度。

请参阅附图2，是一种相移光纤布拉格光栅制备方法的流程图，该方法应用或应用于附图1示例的相移光纤布拉格光栅制备装置。附图2示例的方法主要包括如下步骤S201和S202，详细说明如下：

S201，将光纤放置于位于高精度位移平台之上的两个三维调整架，并调整光纤的最佳放置位置。

在本实用新型实施例中，光纤是制备相移光纤布拉格光栅所用主要原料，其可以是普通单模光纤、低掺杂有源光纤、高掺杂有源光纤或者其他光纤，并且，为了能够增强光纤的光敏性，可以对光纤进行载氢处理，具体是将光纤置入由高温高压反应釜提供的封闭室，其内充有高温高压的氢气，而调整光纤的最佳放置位置，可以是在x、y和z轴三个方向上调整三维调整架，这种调整配合高精度位移平台载着三维调整架和相位掩膜板所做的位移，可以调整光纤的最佳聚焦位置；高精度位移平台为x轴超高灵敏度的电动位移平台。

S202，扫描程序控制器根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。

需要说明的是，由于光纤的输出端与光谱采集分析器相连，光谱采集分析器又与扫描程序控制器相连，用于实时记录和监测来自光纤的输出端的透射谱，因此，来自光纤的输出端的透射谱实际来自光谱采集分析器的输出。作为本实用新型一个实施例，扫描程序控制器根据所述来自光纤的输出端的透射谱，控制相移区的相移量大小以及通过控制所述高精度位移平台的平移速率，将所述相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅可以是：根据公式控制相移区113的相移量的大小，通过控制高精度位移平台的平移速率，并根据公式控制相移区113两边光纤布拉格光栅的有效折射率，其中，n₁为相移区左边光纤布拉格光栅的有效折射率，n₂为相移区右边光纤布拉格光栅的有效折射率， L₁为相移区左边光纤布拉格光栅的长度，L₂为相移区右边光纤布拉格光栅的长度，λ_B为相移光纤布拉格光栅的中心波长，λ_B＝2n_effΛ，n_eff为光纤的有效折射率，Λ为相移光纤布拉格光栅的光栅周期，C₁和C₂分别为任意常数， P₁为透射至相移区左边光纤的激光的功率，P₂为透射至相移区右边光纤的激光的功率，v₁为光纤113放置于三维调整架112上由扫描程序控制器控制高精度位移平台103平移，相移区左边光纤被相位掩膜板衍射后的激光扫描时的扫描速度，v₂为光纤109放置于三维调整架112上由扫描程序控制器控制高精度位移平台103平移，相移区右边光纤被相位掩膜板衍射后的激光扫描时的扫描速度。

从上述附图2示例的相移光纤布拉格光栅制备方法可知，一方面，根据来自光纤的输出端的透射谱，控制相移光纤布拉格光栅相移区的相移量大小，相比于现有的相移光纤布拉格光栅制备方法，本实用新型提供的技术方案使得相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可控；另一方面，通过控制搭载光纤的高精度位移平台的平移速率，将相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅，从而使得本实用新型技术方案制备出的相移光纤布拉格光栅能够广泛应用于诸如单频光纤激光器等领域；第三方面，附图2示例的方法制备出的相移光纤布拉格光栅，潜在应用前景非常好，例如，通过适当选取相移点的位置，可以形成多透射窗口和超宽矩形透射窗口的波长选择器；再如，制备出的相移光纤布拉格光栅可以应用于光纤激光器，能够激发出线宽很窄的激光，等等。

本实用新型实施例还提供一种相移光纤布拉格光栅，其可以使用前述附图1 示例的相移光纤布拉格光栅制备装置或/和附图2示例的相移光纤布拉格光栅制备方法制备。与现有技术不同的是，本实用新型实施例提供的相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可变，相移区两边的光纤布拉格光栅的有效折射率不同，制备相移光纤布拉格光栅所用光纤是经过载氢处理的光纤。

本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本实用新型所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的相移光纤布拉格光栅制备方法、装置和相移光纤布拉格光栅的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种相移光纤布拉格光栅制备装置，包括紫外激光器、光源、反射镜、光阑、柱透镜、相位掩膜板、位于所述柱透镜和相位掩膜板之间的挡板、位于所述相位掩膜板下方的高精度位移平台、光谱采集分析器以及位于所述高精度位移平台之上且用于放置光纤的两个三维调整架；所述紫外激光器用于提供相干光，所述反射镜用于将所述紫外激光器提供的相干光反射至光阑，所述光阑用于控制从所述反射镜反射过来的相干光的圆形光斑大小并将所述反射镜反射过来的相干光透射至所述柱透镜，所述柱透镜用于将所述光阑透射出的圆形光斑汇聚成线型光斑透射至所述挡板和所述相位掩膜板，所述挡板用于遮挡从所述柱透镜透射至所述相位掩膜板的相干光而在所述光纤上形成相移区，所述光源的输出端与所述光纤的输入端相连，所述光纤的输出端与所述光谱采集分析器相连，所述光谱采集分析器用于实时记录和监测来自所述光纤的输出端的透射谱；其特征在于，所述装置还包括与所述光谱采集分析器以及所述高精度位移平台相连的扫描程序控制器；

所述扫描程序控制器，用于根据所述来自所述光纤的输出端的透射谱，控制所述相移区的相移量大小以及通过控制所述高精度位移平台的平移速率，将所述相移区两边的光纤形成具有不同有效折射率的光纤布拉格光纤光栅。

2.如权利要求1所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述扫描程序控制器具体用于：

根据公式控制所述相移区的相移量的大小，所述n₁为所述相移区左边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述n₂为所述相移区右边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述L₁为所述相移区左边光纤布拉格光栅的长度，所述L₂为所述相移区右边光纤布拉格光栅的长度，所述λ_B为所述相移光纤布拉格光栅的中心波长，所述λ_B＝2n_effΛ，所述n_eff为所述光纤的有效折射率，所述Λ为所述相移光纤布拉格光栅的光栅周期；

通过控制所述高精度位移平台的平移速率，并根据公式控制所述相移区两边光纤布拉格光栅的有效折射率，所述C₁和C₂分别为任意常数，所述P₁为透射至所述相移区左边光纤的激光的功率，所述P₂为透射至所述相移区右边光纤的激光的功率，所述v₁为所述光纤放置于所述三维调整架上由所述扫描程序控制器控制所述高精度位移平台平移，所述相移区左边光纤被来自所述相位掩膜板的激光扫描时的扫描速度，所述v₂为所述光纤放置于所述三维调整架上由所述扫描程序控制器控制所述高精度位移平台平移，所述相移区右边光纤被来自所述相位掩膜板的激光扫描时的扫描速度。

3.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述光纤为经过载氢处理的光纤。

4.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述高精度位移平台为x轴超高灵敏度的电动位移平台。

5.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，挡板为尺寸较小且不透光的铝合金板。

6.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述三维调整架为x轴、y轴和z轴超高灵敏度的调整架。

7.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述反射镜为对266nm波长反射率达到99％以上的全反镜。

8.如权利要求1或2所述相移光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于，所述光谱采集分析器为衍射光栅光谱仪、棱镜光谱仪、干涉光谱仪或微型光谱仪中的任意一种。

9.一种相移光纤布拉格光栅，其特征在于，所述相移光纤布拉格光栅的相移区的相移量大小可变，所述相移区两边的光纤布拉格光栅的有效折射率不同。

10.如权利要求9所述相移光纤布拉格光栅，其特征在于，制备所述相移光纤布拉格光栅所用光纤为经过载氢处理的光纤。