专利名称：长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域，特别涉及一种长周期光纤光栅的紫外激光逐 点写入法。(二) 背景技术长周期光纤光栅(long period fiber grating,简称LPFG)是近年来发展起来的新型 芯内光纤光栅器件，具有附加损耗小，无后向反射、不受电磁干扰、全兼容于光纤等优点， 是一种很好的传输型带阻滤波器，在光纤通信和光纤传感中得到了广泛的应用。目前主要应 用制作增益均衡器、滤波器、波长选择耦合器、光分插复用器和光开关等器件，以及对温度、 应变、扭曲等单参数测量，同时，在多参数测量，化学生物传感器以及非线性测量中也取得 了相应的应用。长周期光纤光栅的制作方法主要有紫外光写入法、C(V激光写入法、腐蚀刻槽法、电弧 放电法和离子束注入法等等。其中，最常用的是紫外激光通过振幅掩模板曝光载氢掺锗光敏 光纤引起纤芯折射率周期性调制而形成长周期光纤光栅。这种方法利用了光纤的光敏性，所 谓的光敏性，是指光纤纤芯在受到特定波长和高于一定强度的激光照射时，折射率会发生永 久性变化，光敏性主要取决于纤芯材料。许多掺杂杂质的光纤都具有光敏性，如掺铕、铈、 饵的硅光纤，Ge-B共掺光纤，掺入了铈、饵的氟锆酸盐光纤等。常规的紫外光写入法所用的模板主要有相位模板和振幅模板， 一般写入长周期光纤光栅 只用振幅模板。无论哪一种模板， 一般造价都比较昂贵，而且光栅波长比较固定，难以适应 研究、设计和实验的需要。(三) 发明内容为了解决上述问题，本发明提供一种不需要模板，并可以通过计算机灵活控制光栅波长、 光栅强度的长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法。一种长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法，步骤如下-I. 制作光路调整使244 nm的氩离子倍频激光器发出的激光束经由平面镜、第一柱面 镜和第二柱面镜组成的光路系统聚焦后，形成一个能量集中的光斑；II. 光纤位置的确定先把一根测试光纤夹持在精密电控移动平台两端光纤夹具上；当 激光光斑入射到光纤上时，由于衍射作用，在光纤后面的背景中可以看到衍射条纹，通过观 察衍射条纹的对称性来判断激光是否打在光纤的正中；如果衍射条纹不对称，则说明激光没 有恰当地入射到光纤上，此时，调节两个光纤夹具的水平和垂直旋钮来改变光纤位置，直到 观测到衍射条纹完全对称为止；然后换上光敏光纤即可；III. 通过计算机软件界面灵活地设定AOM驱动器的脉冲持续时间和占空比，以及精密 电控移动平台的运行速度，这些参数将决定光栅的光谱；IV. 激光光斑对精密电控移动平台上的光敏光纤逐点曝光，引起纤芯折射率周期性调制 而形成长周期光纤光栅；宽带光源发出的光经过写入光栅的光纤后输出到光谱分析仪，通过 光谱分析仪来实时的监测制作过程中LPFG的透射谱变化。一种如上述长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法所使用的装置，包括244 nm的氩离 子倍频激光器、声光调节器(acousto-optic modulator,简称A0M)、 A0M驱动器、平面镜、 第一柱面镜、第二柱面镜、精密电控移动平台、宽带光源、光谱分析仪；精密电控移动平 台两端带有光纤夹具，其特征在于244nm倍频氩离子激光器位于声光调节器之前，A0M驱动器连接声光调节器使得声光调节器对氩离子倍频激光器出射的激光进行调制以控制其开关状态；声光调节器后面与光路呈45'放置平面镜，使光路改变为与原光路相垂直方向；平面镜后面沿光路方向分别放置第一柱面镜和第二柱面镜，以聚焦光路出射的激光；二维精 密电控移动平台放置在第二柱面镜后方，二维精密电控移动平台上的光纤夹具固定待写入 光纤，经聚焦后出射的激光光斑垂直照射在光纤上，二维精密电控移动平台受计算机精密 控制其平移速度；光纤一端连接宽带光源，另一端连接光谱分析仪。 所述的第一柱面镜与第二柱面镜正交放置。上述装置中所述的前后方是指由激光器发出激光开始经整个光路到激光射出后的顺序 位置而定。本装置中，第一柱面镜的作用是使激光束聚焦成线状激光，第二柱面镜在垂直于线状激 光的方向再次聚焦，使线状激光成为能量集中的激光光斑。本装置中的平面镜也可以去掉，此时激光光路为直行光路。本发明的优点在于，光纤的移动速度和每个激光脉冲的持续时间等都可以通过计算机灵活控制，从而可以制作出合乎需要的长周期光纤光栅。整个LPFG写入系统不需要模板，节省了制作成本，具有重要的实际应用价值。(四)
附图1是长周期光纤光栅制作方法的装置图。其中，1. 244 mn的氩离子倍频激光器，2. AOM驱动器，3.声光调节器，4.平面镜， 5.第一柱面镜，6.第二柱面镜，7.光敏光纤，8.宽带光源，9.精密电控移动平台，10.光谱 分析仪，ll.光纤夹具。附图2是该方法制作的长周期光纤光栅的频谱图。其中，a、 b、 c、 d、 e依次为曝光时间为140 s、 180 s、 210 s、 240 s、 280 s时得到的谱线图。
具体实施方式
实施例本发明实施例装置如图1所示，激光器1的型号为Innova 300C Motofred (相干公司)； 声光调节器3的型号为M110-4UV(BR)-AT4 (G00C服H0USEG0)。 长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法，歩骤如下I. 制作光路调整激光器1发出的激光束通过A0M3后再被平面镜4反射，并相继垂直 入射到第一柱面镜5和第二柱面镜6;第一柱面镜5和第二柱面镜6互相正交放置，使激光 束经过聚焦后形成一个能量集中的光斑；II. 光纤位置的确定先把一根测试光纤夹持在精密电控移动平台9两端光纤夹具11的 V形槽中，当激光光斑入射到光纤上时，由于衍射作用，在光纤后面的背景中可以看到衍射 条纹，通过观察衍射条纹的对称性来判断激光是否打在光纤的正中，如果衍射条纹不对称， 则说明激光没有恰当地入射到光纤上；此时，调节两个光纤夹具11的水平和垂直旋钮来改 变光纤位置，直到观测到衍射条纹完全对称为止，然后，换上光敏光纤7即可；III. 通过自编的计算机控制软件界面，可以灵活地设定AOM驱动器2的脉冲持续时间和 占空比，以及精密电控移动平台9运行速度，本实施例中，设定脉冲周期为2s，占空比为 0.4 (即AOM 3的每次曝光时间为800 ms)，光纤7移动速度为0. 2 mm/s。这样，写入的光 栅周期为400um，每个周期内的曝光长度为160um。光纤7为光敏光纤，其包层直径为125 um，数值孔径为O. 13;IV. 光敏光纤7的输入端连接宽带光源8，另一端连接光谱分析仪10，宽带光源8发出 的光经过写入光栅的光纤7后输出到光谱分析仪10，通过光谱分析仪10来实时的监测制作 过程中LPFG的透射谱变化。一种如上述长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法所用的装置，包括244 nra的氩离子 倍频激光器1、声光调节器3 (acousto-optic modulator,简称AOM)、 A0M驱动器2、平 面镜4、第一柱面镜5、第二柱面镜6、精密电控移动平台9、宽带光源8、光谱分析仪10; 精密电控移动平台9两端带有光纤夹具11，其特征在于244nm氩离子倍频激光器1位于声 光调节器3之前，A0M驱动器2连接声光调节器3使得声光调节器3对氩离子倍频激光器1出射的激光进行调制以控制其开关状态；声光调节器3后面与光路呈45'放置平面镜4，使光路改变为与原光路相垂直方向；平面镜4后面沿光路方向分别放置第一柱面镜5和第二 柱面镜6，以聚焦光路出射的激光束；二维精密电控移动平台9放置在第二柱面镜后方， 二维精密电控移动平台9上的光纤夹具11固定待写入光纤7，经聚焦后出射的激光光斑垂 直照射在光纤上，二维精密电控移动平台9受计算机精密控制其平移速度；光纤7—端连 接宽带光源8，另一端连接光谱分析仪10。 所述的第一柱面镜与第二柱面镜正交放置。实验证明，在光栅写入过程中，随着曝光时间的增长，生成的长周期光纤光栅的谐振波 长和光谱调制深度都不断变化。这是因为随着曝光时间增长，光栅长度增加和纤芯的折射率调制增大，因而调制深度变化，又由A-^^。-《"^」知，光栅谐振波长向长波方向移动，其中， 。是在波长为A时的芯模有效折射率，《是第i阶包层模的有效折射率，^为光栅周期。附图2是随曝光时间变化得到的不同时间的谱线图，由图示可见调制深度由浅入深又 变浅，这是因为光栅由不完全耦合到完全耦合，直至过耦合。本实施例中制作的长周期光纤 光栅性能优异，其谐振波长峰值损耗高达38 dB。另外，研究证明普通单模光纤在载氢后，其光敏性将会被提高两个数量级，也可用于制 作长周期光纤光栅。但随着时间变化，光纤中的氢会溢出，使光栅的光谱变的不稳定。这时， 则需要对制作的光栅及时进行退火处理以增加稳定性。
权利要求
1. 一种长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法，步骤如下I.制作光路调整使244nm的氩离子倍频激光器发出的激光束经由平面镜、第一柱面镜和第二柱面镜组成的光路系统聚焦后，形成一个能量集中的光斑；II.光纤位置的确定先把一根测试光纤夹持在精密电控移动平台两端光纤夹具上；当激光光斑入射到光纤上时，由于衍射作用，在光纤后面的背景中可以看到衍射条纹，通过观察衍射条纹的对称性来判断激光是否打在光纤的正中；如果衍射条纹不对称，则说明激光没有恰当地入射到光纤上，此时，调节两个光纤夹具的水平和垂直旋钮来改变光纤位置，直到观测到衍射条纹完全对称为止，然后换上光敏光纤即可；III.通过计算机软件界面灵活地设定AOM驱动器的脉冲持续时间和占空比，以及精密电控移动平台的运行速度，这些参数将决定光栅的光谱；IV.激光光斑对精密电控移动平台上的光敏光纤逐点曝光，引起纤芯折射率周期性调制而形成长周期光纤光栅；宽带光源发出的光经过写入光栅的光纤后输出到光谱分析仪，通过光谱分析仪来实时的监测制作过程中LPFG的透射谱变化。
2. 如权利要求l所述长周期光纤光栅的紫外激光逐点写入法所用的装置，包括244 nm 的氩离子倍频激光器、声光调节器、A0M驱动器、平面镜、第一柱面镜、第二柱面镜、精 密电控移动平台、宽带光源、光谱分析仪；精密电控移动平台两端带有光纤夹具，其特征 在于244nm倍频氩离子激光器位于声光调节器之前，A0M驱动器连接声光调节器使得声光 调节器对氩离子倍频激光器出射的激光进行调制以控制其开关状态；声光调节器后面与光路呈45'放置平面镜，使光路改变为与原光路相垂直方向；平面镜后面沿光路方向分别放置第一柱面镜和第二柱面镜，以聚焦光路出射的激光；二维精密电控移动平台放置在第二柱 面镜后方，二维精密电控移动平台上的光纤夹具固定待写入光纤，经聚焦后出射的激光光 斑垂直照射在光纤上，二维精密电控移动平台受计算机精密控制其平移速度；光纤一端连 接宽带光源，另一端连接光谱分析仪。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于所述的第一柱面镜与第二柱面镜正交放置。
全文摘要
本发明涉及一种长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，采用氩离子倍频激光器和声光调节器以及两个正交的柱面透镜制作长周期光纤光栅。通过计算机设定声光调节器的开关占空比和精密电控移动平台的移动速度，对移动平台上的光敏光纤逐点曝光完成长周期光纤光栅的制作。本制作方法比传统的紫外光写入法节约了制作成本，而且可调谐性强，具有重要的实际应用价值。
文档编号G02B6/02GK101266319SQ20081001580
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者冯德军, 姜明顺, 隋青美, 霞 高 申请人:山东大学