专利名称：宽光谱紫外光源制作长周期光纤光栅方法
技术领域：
本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。特别涉及光纤光栅制作技术。
光纤光栅作为一种新的光通信器件，已在光纤通信、光纤传感等方面有了广泛的应用。长周期光纤光栅以其极低的背向反射的特点，可以方便地制作光纤带阻和带通滤波器、掺铒光纤放大器增益平坦化光纤器件、光纤模式变换器、偏振模变换器、温度传感器、压力传感器等高性能功能器件，这些器件的研制使得长周期光栅有很大的应用前景和市场。
光纤光栅的制作技术经历了几次变革。K.O.Hill等人在1978年首先发明了光纤光栅内写入法，作为写入光源的激光光束是由光纤的端面入射，在光纤内形成驻波而实现光栅写入。1989年，G.Meltz等人发明了光纤光栅的外写入法，即全息写入法，激光是从光纤的侧面入射，利用光的相干性在光纤上直接形成干涉条纹。1993年以后，K.O.Hill等人相继提出了模板法、逐点写入法等写入光纤光栅。长周期光纤光栅的制作也是采用这些方法。目前采用较为普遍的方法是用紫外激光器和振幅模板结合的方法制作长周期光栅(Ashish M.Vengsarkar,Paul J.Lemaire等，用于带阻滤波器的长周期光纤光栅，光波技术杂志，14卷第1期，1996年，58-65页。)，该方法是将激光器的光束通过模板照射在光纤上，制作出长周期光纤光栅。
直到目前为止，研究和制作长周期光纤光栅的研究人员或制造厂商，不论采用何种制作方法，一直都是采用激光器作为制作光栅的光源，如244nm倍颇氩离子激光器、248nm KrF准分子激光器、193nm ArF准分子激光器等。由于激光器的价格昂贵，远远高于模板和光纤的价格；激光器的使用对周围环境条件要求较高，维护也比较复杂；此外，在制作过程中，由于激光器光源尺寸小，不能同时采用多个模板制作长周期光纤光栅，因此制作效率低。所有这些都极大地提高了长周期光纤光栅的制作成本。
本发明的目的是针对上述不足之处，提出一种新的制作长周期光纤光栅的方法。该方法可以大大降低长周期光纤光栅的制作成本，使制作过程简单、灵活、多样化，同时制作设备维护方便，特别适用于长周期光纤光栅的大规模化工业生产。
本发明提出了一种制作长周期光纤光栅的新方法，其特征在于用宽光谱紫外光源通过一个或一个以上的振幅模板，照射一根或一根以上光纤，制作长周期光纤光栅。
所说的光源可为不同光谱特性和不同功率的宽光谱紫外光源。所说的宽光谱紫外光源可为点光源和线光源。
所说的同一个振幅模板可为具有不同的条纹形状，如矩形、高斯形等，以及不同的模板周期的模板；所说的多个模板也可同时采用具有不同的条纹形状，如矩形、高斯形等，以及不同的模板周期的多个模板。
该发明中采用的方法与目前人们使用的方法的不同之处是在制作长周期光纤光栅的过程中所使用的光源不同，即本发明的光源是采用宽光谱紫外光源。目前激光器的价格一般高于100万元人民币，而我们使用的宽光谱紫外光源的价格还不到激光器价格的百分之一，由于采用了价格远远低于激光器的宽光谱紫外光源做为光栅的制作光源，这就大大降低了长周期光纤光栅的制作成本。同时，由于宽光谱紫外光源可以是点光源或线光源，就使得本发明的方法与目前人们使用的方法有另一个不同之处和优点，就是在制作长周期光纤光栅时不再受光源尺寸的限制，可以利用一块模板同时制作多根相同的长周期光纤光栅。由于长周期光纤光栅的光谱特性与振幅模板的条纹形状和周期有关，改变振幅模板的条纹形状，如矩形、高斯形等，以及改变振幅模板的周期，就可以利用不同的模板制作不同的长周期光纤光栅。同时，还可以利用多个模板同时制作不同的长周期光纤光栅。该方法可用于长周期光纤光栅的批量生产。
光纤光栅的相位匹配条件为β1-β2=2π/∧式中β1和β2分别为光纤中模式1和光纤中模式2的传播常数，A为模式1耦合到模式2所需的光栅周期。长周期光纤光栅是将光纤中正向传播的导波模式耦合到正向传播的包层模式，在单模光纤中，基模LP01传播常数用β01表示，包层模传播常数用βcl(n)表示，其中n为模的阶数，根据相位匹配条件有2π/∧=β1-β2=β01-βcl(n)为求解基模和一系列包层模的传播常数，利用数学公式对模式场的特征方程求解，经过运算可以得出基模和几个低阶包层模式的归一化传播常数与归一化频率之间的关系。对于给定的一个光栅周期，可以形成基模和几个不同包层模式间的模式耦合，且基模在更高的频率与高阶包层模耦合，在光谱上反映为存在一系列不同波长和大小的尖锐损耗峰。
利用光纤本身对紫外光的光敏特性，以及振幅模板的模板周期为200μm-800μm，紫外光源的波长为180nm-400nm，紫外光源的波长远小于振幅模板周期，使得在长周期光纤光栅的写入过程中，可以不考虑衍射现象，采用宽光谱紫外光源替代紫外激光器完成长周期光纤光栅的制作。具体为，宽光谱紫外光源的光经过振幅模板照射在光纤(载氢或未载氢)上，一定时间之后，在光纤上写出相应的长周期光纤光栅。
本发明的特点及效果1发明了宽光谱紫外光源作为写入光源，制作长周期光纤光栅的技术。
2用不同性能的光源和不同性能的模板结合可以制作不同性能的长周期光纤光栅1)用一个宽光谱紫外光源和一块模板可以同时制作多根长周期光纤光栅。
2)用一个宽光谱紫外光源和多块模板可以同时制作多根不同的长周期光纤光栅。
3)用不同光谱特性和功率的宽光谱紫外光源或点光源和线光源可以制作不同性能的长周期光纤光栅。
4)用不同的振幅模板和宽光谱紫外光源，制作不同光谱特性的长周期光纤光栅。不同的振幅模板可为振幅模板周期固定，改变振幅模板条纹的形状或改变振幅模板的周期，振幅模板条纹的形状固定或同时改变振幅模板的周期和振幅模板的条纹形状。
如前所述，长周期光纤光栅具有很好的应用市场。采用本发明的方法制作长周期光纤光栅，可以使长周期光纤光栅的制作更加简单、经济、实用、易于实现。在国内外有很好的推广价值及很高的经济效益。
附图简单说明
图1宽光谱紫外光源法制作长周期光纤光栅装置2写入时间为3min时的长周期光栅透射谱曲线图3写入时间为6min时的长周期光栅透射谱曲线实施例1
本实施例的实验装置如图1所示。其中，光源采用功率为100W的宽光谱紫外点光源11，紫外光源的光通过一个均匀条纹间隔的振幅模板12，照射在经载氢处理的B-Ge共掺的一根单模光纤13上。该振幅模板长度为50mm，模板周期为300μm，照射一定时间后，写出相应的长周期光纤光栅。
在制作的整个过程中，采用EDFA的ASE谱做为测试光源14和精度为0.05nm的AQ-6315B光谱仪15做为检测仪进行光栅性能的测试。
本实施例的主要工艺流程如下①将光纤剥去一定长度的涂覆层；②将光纤固定在振幅模板后；③开启宽光谱紫外光源，使光经振幅模板照射到光纤上；④一定时间后，制作出满足要求的长周期光纤光栅。
利用本实施例制作的典型长周期光纤光栅的透射谱如图2所示，写入时间为3min，其中，X轴为波长(nm)，Y轴为透过率(dB)，峰值波长为1531.96nm，透过率为6.694dB。3dB带宽为6.6nm。随着写入时间的增加，当写入时间为6min时，长周期光纤光栅的透射谱如图3所示，其中，X轴为波长(nm)，Y轴为透过率(dB)，出现多个不同波长和大小的尖锐损耗峰。
实施例2本实施例的光源采用功率为250W的宽光谱紫外线光源，紫外光源的光入射到4个分布在线光源四周的不同模板周期的振幅模板上，每个模板后放置5根并列排列的单模光纤。振幅模板长度为50mm，模板周期分别为300μm,400μm,500μm,600μm,紫外光通过模板同时照射到每根光纤上，约5分钟后，可写出相应的长周期光纤光栅。
实施例3本实施例的光源采用功率为200W的宽光谱紫外点光源，紫外光源的光入射到一个条纹分布为高斯型的振幅模板上，模板后放置3根并列排列的单模光纤。振幅模板长度为25mm，模板周期为300μm，紫外光通过模板同时照射到每根光纤上，约3分钟后，可写出相应的长周期光纤光栅。
实施例4本实施例的光源采用功率为1000W的宽光谱紫外线光源，紫外光源的光入射到6个分布在线光源四周的不同模板上，每个模板后放置3-5根并列排列的单模光纤。其中2个振幅模板为模板周期不同的振幅模板，2个振幅模板为条纹分布为正弦型的振幅模板，2个振幅模板为具有不同周期和条纹分布为正弦型的振幅模板，照射一定时间后，可写出相应的长周期光纤光栅。
除上述各种实施例外，采用本专利所述的方法，还可以采用不同性能特性的宽光谱紫外光源和不同性能特性的振幅模板的不同组合，可以制作出具有不同光谱特性的长周期光纤光栅。
权利要求
1.一种制作长周期光纤光栅的方法，其特征在于用宽光谱紫外光源通过一个或一个以上的振幅模板，照射一根或一根以上光纤，制作长周期光纤光栅。
2.如权利要求1所述的制作长周期光纤光栅的方法，其特征在于所说的光源为不同光谱特性和不同功率的宽光谱紫外光源；所说的宽光谱紫外光源为点光源和线光源。
3.如权利要求1所述的制作长周期光纤光栅的方法，其特征在于所说的同一个振幅模板可为具有不同的条纹形状，以及不同的模板周期的模板；所说的多个模板可同时采用具有不同的条纹形状，如矩形、高斯形等，以及不同的模板周期的多个模板。
4.如权利要求1、2或3所述的制作长周期光纤光栅的方法，其特征在于具体包括以下步骤①将光纤剥去一定长度的涂覆层；②将光纤固定在振幅模板后；③开启宽光谱紫外光源，使光经振幅模板照射到光纤上；④一定时间后，制作出满足要求的长周期光纤光栅。
全文摘要
本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。其方法为用宽光谱紫外光源通过一个或一个以上的振幅模板,照射一根或一根以上光纤,制作长周期光纤光栅。该方法可以大大降低长周期光纤光栅的制作成本,使制作过程简单、灵活、多样化,同时制作设备维护方便,特别适用于长周期光纤光栅的大规模化工业生产。
文档编号G02B6/124GK1309308SQ0110989
公开日2001年8月22日 申请日期2001年3月23日 优先权日2001年3月23日
发明者李栩辉, 谢世钟, 岳超瑜, 陈向飞 申请人:清华大学, 岳超瑜