專利名稱：長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信和光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種長周期光纖光柵的紫外激光逐 點寫入法。(二) 背景技術(shù)長周期光纖光柵(long period fiber grating,簡稱LPFG)是近年來發(fā)展起來的新型 芯內(nèi)光纖光柵器件，具有附加損耗小，無后向反射、不受電磁干擾、全兼容于光纖等優(yōu)點， 是一種很好的傳輸型帶阻濾波器，在光纖通信和光纖傳感中得到了廣泛的應(yīng)用。目前主要應(yīng) 用制作增益均衡器、濾波器、波長選擇耦合器、光分插復(fù)用器和光開關(guān)等器件，以及對溫度、 應(yīng)變、扭曲等單參數(shù)測量，同時，在多參數(shù)測量，化學(xué)生物傳感器以及非線性測量中也取得 了相應(yīng)的應(yīng)用。長周期光纖光柵的制作方法主要有紫外光寫入法、C(V激光寫入法、腐蝕刻槽法、電弧 放電法和離子束注入法等等。其中，最常用的是紫外激光通過振幅掩模板曝光載氫摻鍺光敏 光纖引起纖芯折射率周期性調(diào)制而形成長周期光纖光柵。這種方法利用了光纖的光敏性，所 謂的光敏性，是指光纖纖芯在受到特定波長和高于一定強度的激光照射時，折射率會發(fā)生永 久性變化，光敏性主要取決于纖芯材料。許多摻雜雜質(zhì)的光纖都具有光敏性，如摻銪、鈰、 餌的硅光纖，Ge-B共摻光纖，摻入了鈰、餌的氟鋯酸鹽光纖等。常規(guī)的紫外光寫入法所用的模板主要有相位模板和振幅模板， 一般寫入長周期光纖光柵 只用振幅模板。無論哪一種模板， 一般造價都比較昂貴，而且光柵波長比較固定，難以適應(yīng) 研究、設(shè)計和實驗的需要。(三) 發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種不需要模板，并可以通過計算機靈活控制光柵波長、 光柵強度的長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法。一種長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法，步驟如下-I. 制作光路調(diào)整使244 nm的氬離子倍頻激光器發(fā)出的激光束經(jīng)由平面鏡、第一柱面 鏡和第二柱面鏡組成的光路系統(tǒng)聚焦后，形成一個能量集中的光斑；II. 光纖位置的確定先把一根測試光纖夾持在精密電控移動平臺兩端光纖夾具上；當(dāng) 激光光斑入射到光纖上時，由于衍射作用，在光纖后面的背景中可以看到衍射條紋，通過觀 察衍射條紋的對稱性來判斷激光是否打在光纖的正中；如果衍射條紋不對稱，則說明激光沒 有恰當(dāng)?shù)厝肷涞焦饫w上，此時，調(diào)節(jié)兩個光纖夾具的水平和垂直旋鈕來改變光纖位置，直到 觀測到衍射條紋完全對稱為止；然后換上光敏光纖即可；III. 通過計算機軟件界面靈活地設(shè)定AOM驅(qū)動器的脈沖持續(xù)時間和占空比，以及精密 電控移動平臺的運行速度，這些參數(shù)將決定光柵的光譜；IV. 激光光斑對精密電控移動平臺上的光敏光纖逐點曝光，引起纖芯折射率周期性調(diào)制 而形成長周期光纖光柵；寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過寫入光柵的光纖后輸出到光譜分析儀，通過 光譜分析儀來實時的監(jiān)測制作過程中LPFG的透射譜變化。一種如上述長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法所使用的裝置，包括244 nm的氬離 子倍頻激光器、聲光調(diào)節(jié)器(acousto-optic modulator,簡稱A0M)、 A0M驅(qū)動器、平面鏡、 第一柱面鏡、第二柱面鏡、精密電控移動平臺、寬帶光源、光譜分析儀；精密電控移動平 臺兩端帶有光纖夾具，其特征在于244nm倍頻氬離子激光器位于聲光調(diào)節(jié)器之前，A0M驅(qū)動器連接聲光調(diào)節(jié)器使得聲光調(diào)節(jié)器對氬離子倍頻激光器出射的激光進行調(diào)制以控制其開關(guān)狀態(tài)；聲光調(diào)節(jié)器后面與光路呈45'放置平面鏡，使光路改變?yōu)榕c原光路相垂直方向；平面鏡后面沿光路方向分別放置第一柱面鏡和第二柱面鏡，以聚焦光路出射的激光；二維精 密電控移動平臺放置在第二柱面鏡后方，二維精密電控移動平臺上的光纖夾具固定待寫入 光纖，經(jīng)聚焦后出射的激光光斑垂直照射在光纖上，二維精密電控移動平臺受計算機精密 控制其平移速度；光纖一端連接寬帶光源，另一端連接光譜分析儀。 所述的第一柱面鏡與第二柱面鏡正交放置。上述裝置中所述的前后方是指由激光器發(fā)出激光開始經(jīng)整個光路到激光射出后的順序 位置而定。本裝置中，第一柱面鏡的作用是使激光束聚焦成線狀激光，第二柱面鏡在垂直于線狀激 光的方向再次聚焦，使線狀激光成為能量集中的激光光斑。本裝置中的平面鏡也可以去掉，此時激光光路為直行光路。本發(fā)明的優(yōu)點在于，光纖的移動速度和每個激光脈沖的持續(xù)時間等都可以通過計算機靈活控制，從而可以制作出合乎需要的長周期光纖光柵。整個LPFG寫入系統(tǒng)不需要模板，節(jié)省了制作成本，具有重要的實際應(yīng)用價值。(四)


附圖1是長周期光纖光柵制作方法的裝置圖。其中，1. 244 mn的氬離子倍頻激光器，2. AOM驅(qū)動器，3.聲光調(diào)節(jié)器，4.平面鏡， 5.第一柱面鏡，6.第二柱面鏡，7.光敏光纖，8.寬帶光源，9.精密電控移動平臺，10.光譜 分析儀，ll.光纖夾具。附圖2是該方法制作的長周期光纖光柵的頻譜圖。其中，a、 b、 c、 d、 e依次為曝光時間為140 s、 180 s、 210 s、 240 s、 280 s時得到的譜線圖。
具體實施方式
實施例本發(fā)明實施例裝置如圖1所示，激光器1的型號為Innova 300C Motofred (相干公司)； 聲光調(diào)節(jié)器3的型號為M110-4UV(BR)-AT4 (G00C服H0USEG0)。 長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法，歩驟如下I. 制作光路調(diào)整激光器1發(fā)出的激光束通過A0M3后再被平面鏡4反射，并相繼垂直 入射到第一柱面鏡5和第二柱面鏡6;第一柱面鏡5和第二柱面鏡6互相正交放置，使激光 束經(jīng)過聚焦后形成一個能量集中的光斑；II. 光纖位置的確定先把一根測試光纖夾持在精密電控移動平臺9兩端光纖夾具11的 V形槽中，當(dāng)激光光斑入射到光纖上時，由于衍射作用，在光纖后面的背景中可以看到衍射 條紋，通過觀察衍射條紋的對稱性來判斷激光是否打在光纖的正中，如果衍射條紋不對稱， 則說明激光沒有恰當(dāng)?shù)厝肷涞焦饫w上；此時，調(diào)節(jié)兩個光纖夾具11的水平和垂直旋鈕來改 變光纖位置，直到觀測到衍射條紋完全對稱為止，然后，換上光敏光纖7即可；III. 通過自編的計算機控制軟件界面，可以靈活地設(shè)定AOM驅(qū)動器2的脈沖持續(xù)時間和 占空比，以及精密電控移動平臺9運行速度，本實施例中，設(shè)定脈沖周期為2s，占空比為 0.4 (即AOM 3的每次曝光時間為800 ms)，光纖7移動速度為0. 2 mm/s。這樣，寫入的光 柵周期為400um，每個周期內(nèi)的曝光長度為160um。光纖7為光敏光纖，其包層直徑為125 um，數(shù)值孔徑為O. 13;IV. 光敏光纖7的輸入端連接寬帶光源8，另一端連接光譜分析儀10，寬帶光源8發(fā)出 的光經(jīng)過寫入光柵的光纖7后輸出到光譜分析儀10，通過光譜分析儀10來實時的監(jiān)測制作 過程中LPFG的透射譜變化。一種如上述長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法所用的裝置，包括244 nra的氬離子 倍頻激光器1、聲光調(diào)節(jié)器3 (acousto-optic modulator,簡稱AOM)、 A0M驅(qū)動器2、平 面鏡4、第一柱面鏡5、第二柱面鏡6、精密電控移動平臺9、寬帶光源8、光譜分析儀10; 精密電控移動平臺9兩端帶有光纖夾具11，其特征在于244nm氬離子倍頻激光器1位于聲 光調(diào)節(jié)器3之前，A0M驅(qū)動器2連接聲光調(diào)節(jié)器3使得聲光調(diào)節(jié)器3對氬離子倍頻激光器1出射的激光進行調(diào)制以控制其開關(guān)狀態(tài)；聲光調(diào)節(jié)器3后面與光路呈45'放置平面鏡4，使光路改變?yōu)榕c原光路相垂直方向；平面鏡4后面沿光路方向分別放置第一柱面鏡5和第二 柱面鏡6，以聚焦光路出射的激光束；二維精密電控移動平臺9放置在第二柱面鏡后方， 二維精密電控移動平臺9上的光纖夾具11固定待寫入光纖7，經(jīng)聚焦后出射的激光光斑垂 直照射在光纖上，二維精密電控移動平臺9受計算機精密控制其平移速度；光纖7—端連 接寬帶光源8，另一端連接光譜分析儀10。 所述的第一柱面鏡與第二柱面鏡正交放置。實驗證明，在光柵寫入過程中，隨著曝光時間的增長，生成的長周期光纖光柵的諧振波 長和光譜調(diào)制深度都不斷變化。這是因為隨著曝光時間增長，光柵長度增加和纖芯的折射率調(diào)制增大，因而調(diào)制深度變化，又由A-^^。-《"^」知，光柵諧振波長向長波方向移動，其中， 。是在波長為A時的芯模有效折射率，《是第i階包層模的有效折射率，^為光柵周期。附圖2是隨曝光時間變化得到的不同時間的譜線圖，由圖示可見調(diào)制深度由淺入深又 變淺，這是因為光柵由不完全耦合到完全耦合，直至過耦合。本實施例中制作的長周期光纖 光柵性能優(yōu)異，其諧振波長峰值損耗高達(dá)38 dB。另外，研究證明普通單模光纖在載氫后，其光敏性將會被提高兩個數(shù)量級，也可用于制 作長周期光纖光柵。但隨著時間變化，光纖中的氫會溢出，使光柵的光譜變的不穩(wěn)定。這時， 則需要對制作的光柵及時進行退火處理以增加穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法，步驟如下I.制作光路調(diào)整使244nm的氬離子倍頻激光器發(fā)出的激光束經(jīng)由平面鏡、第一柱面鏡和第二柱面鏡組成的光路系統(tǒng)聚焦后，形成一個能量集中的光斑；II.光纖位置的確定先把一根測試光纖夾持在精密電控移動平臺兩端光纖夾具上；當(dāng)激光光斑入射到光纖上時，由于衍射作用，在光纖后面的背景中可以看到衍射條紋，通過觀察衍射條紋的對稱性來判斷激光是否打在光纖的正中；如果衍射條紋不對稱，則說明激光沒有恰當(dāng)?shù)厝肷涞焦饫w上，此時，調(diào)節(jié)兩個光纖夾具的水平和垂直旋鈕來改變光纖位置，直到觀測到衍射條紋完全對稱為止，然后換上光敏光纖即可；III.通過計算機軟件界面靈活地設(shè)定AOM驅(qū)動器的脈沖持續(xù)時間和占空比，以及精密電控移動平臺的運行速度，這些參數(shù)將決定光柵的光譜；IV.激光光斑對精密電控移動平臺上的光敏光纖逐點曝光，引起纖芯折射率周期性調(diào)制而形成長周期光纖光柵；寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過寫入光柵的光纖后輸出到光譜分析儀，通過光譜分析儀來實時的監(jiān)測制作過程中LPFG的透射譜變化。
2. 如權(quán)利要求l所述長周期光纖光柵的紫外激光逐點寫入法所用的裝置，包括244 nm 的氬離子倍頻激光器、聲光調(diào)節(jié)器、A0M驅(qū)動器、平面鏡、第一柱面鏡、第二柱面鏡、精 密電控移動平臺、寬帶光源、光譜分析儀；精密電控移動平臺兩端帶有光纖夾具，其特征 在于244nm倍頻氬離子激光器位于聲光調(diào)節(jié)器之前，A0M驅(qū)動器連接聲光調(diào)節(jié)器使得聲光 調(diào)節(jié)器對氬離子倍頻激光器出射的激光進行調(diào)制以控制其開關(guān)狀態(tài)；聲光調(diào)節(jié)器后面與光路呈45'放置平面鏡，使光路改變?yōu)榕c原光路相垂直方向；平面鏡后面沿光路方向分別放置第一柱面鏡和第二柱面鏡，以聚焦光路出射的激光；二維精密電控移動平臺放置在第二柱 面鏡后方，二維精密電控移動平臺上的光纖夾具固定待寫入光纖，經(jīng)聚焦后出射的激光光 斑垂直照射在光纖上，二維精密電控移動平臺受計算機精密控制其平移速度；光纖一端連 接寬帶光源，另一端連接光譜分析儀。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的第一柱面鏡與第二柱面鏡正交放置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長周期光纖光柵的制作方法，其特征在于，采用氬離子倍頻激光器和聲光調(diào)節(jié)器以及兩個正交的柱面透鏡制作長周期光纖光柵。通過計算機設(shè)定聲光調(diào)節(jié)器的開關(guān)占空比和精密電控移動平臺的移動速度，對移動平臺上的光敏光纖逐點曝光完成長周期光纖光柵的制作。本制作方法比傳統(tǒng)的紫外光寫入法節(jié)約了制作成本，而且可調(diào)諧性強，具有重要的實際應(yīng)用價值。
文檔編號G02B6/02GK101266319SQ20081001580
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者馮德軍, 姜明順, 隋青美, 霞 高 申請人:山東大學(xué)