CN208705516U - 一种具有反馈控制光纤刻写装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有反馈控制光纤刻写装置，包括扩束镜、反射镜、光阑、平凸透镜、相位掩模板、V型槽光纤夹具、光纤、光纤光栅检测仪、准分子激光器、机器视觉、上位机；所述V型槽光纤夹具设置有多个，多个V型槽光纤夹具固定所述光纤两端，所述光纤与所述扩束镜垂直设置，所述准分子激光器采用所述扩束镜调整光斑面积，所述光纤与所述反射镜呈45度夹角设置，所述光纤与所述光阑平行设置，所述平凸透镜设置与所述光阑下方平行设置，所述相位掩模板设置于所述平凸透镜下方并于所述光纤平行设置，所述准分子激光器与所述上位机相连，所述上位机分别与光纤光栅检测仪和所述机器视觉相连，所述机器视觉与所述光纤相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅刻写技术领域，尤其涉及一种具有反馈控制光纤刻写装置。
背景技术
光纤光栅是光纤发明以来半个世纪中发展最为重要的光子器件，其具有的灵敏度高、体积小，重量轻，抗干扰性高等优点，在光纤传感领域中得到广泛的应用。
每个FBG在恒定的温度下都具有一个特定的反射中心波长，即布拉格中心波长，因此FBG具有波分复用特性，可以在单个传感通道内串联多个FBG传感器同时测量而不相互影响，该特性增强了FBG传感器的实际适用性。在实际应用中对FBG的带宽要求和布拉格中心波长有特定的要求，在普通的光传感系统中，FBG带宽范围为0.2-0.3nm，在使用中其占用光源带宽范围一般为0.5nm-2nm。在光纤传感常用的C波段内，由于其带宽有限，在对其进行波分复用的情况下，需要对每个FBG所占用的带宽通道进行严格控制，因此要求每个通道内对应的FBG的布拉格中心波长的数值可控，同个通道内所串联的FBG的中心波长的间距相同，可增大系统的传感器容量。
目前常见的FBG光栅的制作方法有，双光束全息干涉横向刻写法，相位掩模板法和飞秒激光器刻写法。
针对现有使用的相位掩模板的FBG刻写方法中，需要在线监测光路，刻写光纤情况，否则难以保证刻写光纤光栅的一致性。但是刻写过程中的外在的因素同样影响刻写质量，比如光路或者刻写光纤的外界环境因素。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种具有反馈控制光纤刻写装置，利用机器视觉、光纤光栅检测仪以及准分子激光器反馈刻写状态，达到刻写一致性高的目的。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有反馈控制光纤刻写装置，包括扩束镜、反射镜、光阑、平凸透镜、相位掩模板、V型槽光纤夹具、光纤、光纤光栅检测仪、准分子激光器、机器视觉、上位机；所述V型槽光纤夹具设置有多个，多个V型槽光纤夹具固定所述光纤两端，所述光纤与所述扩束镜垂直设置，所述准分子激光器采用所述扩束镜调整光斑面积，所述光纤与所述反射镜呈45度夹角设置，所述光纤与所述光阑平行设置，所述平凸透镜设置与所述光阑下方平行设置，所述相位掩模板设置于所述平凸透镜下方并于所述光纤平行设置，所述准分子激光器与所述上位机相连，所述上位机分别与光纤光栅检测仪和所述机器视觉相连，所述机器视觉与所述光纤相连。
进一步地，所述相位掩模板使准分子激光器发出的光发生衍射，光的0级衍射被抑制，+1和-1的衍射被增强。
进一步地，所述光纤刻写前先进行载氢处理，利用紫外光透过相位掩模板后的衍射光形成干涉光，对光纤进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化，从而在光纤上刻写光纤光栅。
进一步地，所述光纤光栅检测仪用于实时检测光纤上刻写的光纤光栅纤芯折射率，将检测到的纤芯折射率反馈给上位机。
进一步地，所述机器视觉用于检测光纤的位置是否属于刻写光纤光栅区域，如检测为不属于刻写光纤光栅区域，则上位机提示无法刻写光纤光栅；如检测为属于刻写光纤光栅区域，则上位机正常刻写光纤光栅不做提示。
进一步地，所述准分子激光器用于检测发出激光信号是否符合刻写光纤光栅要求，如检测为不符合刻写光纤光栅的要求，则上位机提示无法刻写光纤光栅；如检测为符合刻写光纤光栅要求，则上位机正常刻写光纤光栅不做提示。
采用上述方案的有益效果是：该装置提供一种具有反馈控制光纤刻写装置，利用机器视觉观察刻写的光纤是否与相位掩模板水平平行，同时也对光纤与相位掩模板的距离进行检测，判断是否符合刻写光纤光栅的要求。利用机器视觉、光纤光栅检测仪以及准分子激光器反馈刻写状态，达到刻写一致性高的目的。
附图说明
图1为反馈控制光纤光栅刻写系统原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、扩束镜，2、反射镜，3、光阑，4、平凸透镜，5、相位掩模板，6、V型槽光纤夹具，7、光纤，8、光纤光栅检测仪，9、准分子激光器，10、机器视觉，11、上位机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种具有反馈控制光纤刻写装置，包括扩束镜1、反射镜2、光阑3、平凸透镜4、相位掩模板5、V型槽光纤夹具6、光纤7、光纤光栅检测仪8、准分子激光器9、机器视觉10、上位机11；所述V型槽光纤夹具6设置有多个，多个V型槽光纤夹具6固定所述光纤7两端，所述光纤7与所述扩束镜1垂直设置，所述准分子激光器9采用所述扩束镜1调整光斑面积，所述光纤7与所述反射镜2呈45度夹角设置，所述光纤7与所述光阑3平行设置，所述平凸透镜4设置与所述光阑3下方平行设置，所述相位掩模板5设置于所述平凸透镜4下方并于所述光纤7平行设置，所述准分子激光器9与所述上位机11相连，所述上位机11分别与光纤光栅检测仪8和所述机器视觉10相连，所述机器视觉10与所述光纤7相连。
具体地，先将待刻光纤7进行载氢处理并且和紫外激光束呈垂直分布，准分子激光器9通过扩束镜1调整光斑面积，通过呈夹角45度的反射镜2实行转向与光束平行调整。再将扩束镜1中的光束通过光阑3消去不必要的光斑余辉，平凸透镜4让激光光束沿着竖直方向压缩光斑。然后用相位掩模板5使激光发生衍射，根据相位掩模板5的结构使得光的0级衍射被抑制，+1和-1的衍射被增强。最后相位掩模板5衍射增强的+1和-1的衍射光作用在载氢处理过的光纤7上，使纤芯折射率产生周期性变化，从而在光纤7上刻写光纤光栅。
具体地，上位机11作为装置的控制器分别控制准分子激光器9和光纤光栅检测仪8，上位机11完成对不同的设备之间的控制信号的通讯任务。光纤光栅检测仪8、准分子激光器9与机器视觉10形成光路相通把检测到的信息反馈给上位机11。光纤光栅检测仪8实时检测刻写的光纤7纤芯反射率的变化并及时反馈给上位机11，上位机11根据光纤7纤芯反射率的变化提示完成程度。机器视觉10给上位机11提供刻写光纤光栅的位置信息，准分子激光器9提供激光信号检测是否符合刻写光纤光栅要求。
其中，机器视觉10与上位机11相连接，给上位机11提供刻写光纤光栅的位置信息，通过微米级精度的视觉测量，计算出待刻光纤7与相位掩模板5的距离、光纤光栅区域的位置、相位掩模板5的所在位置、聚焦光斑与待刻光纤7的位置关系、刻写位置光纤7的清洁情况等环境各个因素。如检测为不属于刻写光纤光栅区域，则上位机11提示无法刻写光纤光栅；如检测为属于刻写光纤光栅区域，则上位机11正常刻写光纤光栅不做提示。
具体地，光纤光栅检测仪8具有实时检测光纤光栅反射功率和带宽的功能，待刻光纤7与光纤光栅检测仪8的光分路单元连接，在光纤光栅刻写的过程中对刻写中的光纤光栅的反射光谱进行实时获取，通过算法计算光纤光栅的中心波长、反射率和带宽。当刻写的光纤光栅参数满足要求时，光纤光栅检测仪8会发送信号传达到上位机11，上位机11发送停止信号到准分子激光器9，停止激光器的光源，完成一次光纤光栅刻写操作。同时上位机实时获取准分子激光器9提供的光源信息，如检测为不符合刻写光纤光栅的要求，则上位机11提示无法刻写光纤光栅；如检测为符合刻写光纤光栅要求，则上位机11正常刻写光纤光栅不做提示。
工作原理：准分子激光器8的工作波长为248nm，经过扩束镜1、反射镜2和光阑3、平凸透镜4、相位掩模板5形成衍射条纹，需要在待刻写光纤光栅区域放置光纤7，经过上位机11进行判断，如判断成功，则刻写所需要的反射率以及所需要波长的光纤光栅；如判断不成功，则上位机11提示无法刻写光纤光栅。
具体地，待刻光纤7是经过载氢处理的G652光纤。
具体地，刻写完成的光纤光栅的为3dB带宽0.2nm，光纤光栅的反射率大于90％。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：包括扩束镜(1)、反射镜(2)、光阑(3)、平凸透镜(4)、相位掩模板(5)、V型槽光纤夹具(6)、光纤(7)、光纤光栅检测仪(8)、准分子激光器(9)、机器视觉(10)、上位机(11)；所述V型槽光纤夹具(6)设置有多个，多个V型槽光纤夹具(6)固定所述光纤(7)两端，所述光纤(7)与所述扩束镜(1)垂直设置，所述准分子激光器(9)采用所述扩束镜(1)调整光斑面积，所述光纤(7)与所述反射镜(2)呈45度夹角设置，所述光纤(7)与所述光阑(3)平行设置，所述平凸透镜(4)设置与所述光阑(3)下方平行设置，所述相位掩模板(5)设置于所述平凸透镜(4)下方并于所述光纤(7)平行设置，所述准分子激光器(9)与所述上位机(11)相连，所述上位机(11)分别与光纤光栅检测仪(8)和所述机器视觉(10)相连，所述机器视觉(10)与所述光纤(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：所述相位掩模板(5)使准分子激光器(9)发出的光发生衍射，光的0级衍射被抑制，+1和-1的衍射被增强。
3.根据权利要求1所述的一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：所述光纤(7)写前先进行载氢处理，利用紫外光透过相位掩模板(5)后的衍射光形成干涉光，对光纤进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化，从而在光纤(7)上刻写光纤光栅。
4.根据权利要求1所述的一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：所述光纤光栅检测仪(8)用于实时检测光纤(7)上刻写的光纤光栅纤芯折射率，将检测到的纤芯折射率反馈给上位机(11)。
5.根据权利要求1所述的一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：所述机器视觉(10)用于检测光纤(7)的位置是否属于刻写光纤光栅区域，如检测为不属于刻写光纤光栅区域，则上位机(11)提示无法刻写光纤光栅；如检测为属于刻写光纤光栅区域，则上位机(11)正常刻写光纤光栅不做提示。
6.根据权利要求1所述的一种具有反馈控制光纤刻写装置，其特征在于：所述准分子激光器(9)用于检测发出激光信号是否符合刻写光纤光栅的要求，如检测为不符合刻写光纤光栅要求，则上位机(11)提示无法刻写光纤光栅；如检测为符合刻写光纤光栅要求，则上位机(11)正常刻写光纤光栅不做提示。
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|---|---|---|---|---|
| CN111552022A (zh) * | 2020-03-29 | 2020-08-18 | 桂林电子科技大学 | 一种适用于光纤芯是任何形状与分布的光栅刻写技术 |
| CN114153018A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-03-08 | 之江实验室 | 基于可移动透镜系统的弱反射光栅的反射率控制方法、制作装置 |
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| CN111552022B (zh) * | 2020-03-29 | 2022-04-19 | 桂林电子科技大学 | 一种适用于光纤芯是任何形状与分布的光栅刻写技术 |
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