用连续CO₂激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置的制作方法

专利名称：用连续CO₂激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光学仪器技术领域的装置，具体是一种用连续C(V激光
和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置。
背景技术：
长周期光纤光栅是一种在光纤上制作的新型光纤光学器件，它是指在光纤上 的数十到数百微米的周期性折射率变化引起的光学器件，这种光纤光学器件在光 纤通信和光纤传感上有重要的用途。它具有易制作，阻带宽度大，无背向反射， 色散低，对外界变化敏感等特性，特别是与光纤系统的良好兼容性，使之成为光 纤通信及传感应用领域的首选之一 。
长期以来，制作长周期光纤光栅是利用光纤中的紫外光敏性，通过紫外光辐 照实现周期性的折射率变化，然而实现这样的光栅制作装置由于使用了价格昂贵 的紫外激光器和振幅掩模板，存在成本偏高的问题，特别是在装置中利用振幅掩 模板实现光栅的批量化生产时，光栅制作的灵活性很差。
经对现有技术文献检索发现，美国贝尔实验室的D. D. Davis、T. K. Gaylord 等在《Electron. Lett.(电子快报)》(1998年34巻3期302页至303页) 发表的文章《Long-period fibre grating fabrication with focused C02 laser pulses》(利用聚焦C02激光脉冲制作长周期光纤光栅)，提出利用连续C02激 光聚焦到光纤上逐点形成折射率变化制作长周期光纤光栅，这种制作光栅的装置 采用C(V激光经过透镜直接聚焦到光纤上形成周期性折射率变化而形成光栅，从 而大大降低了制作光栅的成本。
经检索还发现，中国专利号ZL00132037.8,专利名称为长周期光纤光栅 制造方法及装置，该专利提出利用l-10KHz的高频C02激光通过二维振镜在光纤 上扫描制作长周期光纤光栅，这种新型的制作光栅的装置具有简洁方便，提高了 带阻比这一关键技术指标，但由于C02激光本身的不稳定性和制作过程中的不确 定性，造成每根光纤折射率变化均不相同，从而存在重复性不是太好，制作的每一根光栅的特性均有所不同的问题。

发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种用连续C02激光和光 纤阵列制作长周期光纤光栅的装置，利用柱透镜聚焦扩束的连续C02激光，在固
定的一维光纤阵列上实现批量同时制作多个光栅，这样制作的长周期光纤光栅的 特性完全相同，完全可以实现光栅的批量化生产以及形成性能优良结构复杂的光
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本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括C02激光管、第一凸透镜、 第二凸透镜、柱透镜、 一维光纤阵列、光纤阵列夹具、移动平台，其中
第一凸透镜和第二凸透镜置于C02激光管后，第二凸透镜和光纤阵列夹具之 间设有柱透镜，C02激光管发出的未扩束的激光通过第一凸透镜和第二凸透镜形 成扩束后的激光，再经过柱透镜后聚焦形成线状激光，线状激光垂直照射到一维 光纤阵列上， 一维光纤阵列置于光纤阵列夹具内，光纤阵列夹具放置于移动平台 上。
所述第一凸透镜通过激光聚焦作用将C02激光管出射光束先聚焦后放大，经
过第二凸透镜后，将扩大的光束准直平行输出。 所述第二凸透镜，其焦距大于第一凸透镜的焦距。 所述第二凸透镜，其通光孔径大于第一凸透镜的通光孔径。 所述柱透镜，将平行光束的圆形激光光斑在一个方向上聚焦，形成线状光斑。
所述第一凸透镜、第二凸透镜、柱透镜，均由能够透过C(V激光波长的材料 制成， 一般为ZnSe。
所述光纤阵列夹具，包括光纤压板、光纤槽、底板，其中，底板上设有若
干光纤槽， 一维光纤阵列中的每一根光纤均放置于光纤槽中， 一维光纤阵列通过
光纤压板固定在光纤槽内。
所述光纤槽，其内部经过光滑处理，镀有增强反射的薄膜以实现激光在光纤
槽内的多次反射形成对光纤的均匀辐照。
所述光纤槽，其槽的直径略大于一维光纤阵列中光纤的直径。 所述一维光纤阵列，其中的光纤的数目小于光纤阵列夹具中光纤槽的数目。 所述移动平台，其每次移动的长度为长周期光纤光栅周期。本发明中，连续C(V激光管发射出未扩束的激光的圆形光斑，第一凸透镜和 第二凸透镜组成共同的光学系统对未扩束的激光进行扩束准直，形成扩束后的较 大的圆形光斑，柱透镜将激光束从圆形光斑变成线状光斑，线状光斑照射到一维 光纤阵列中， 一维光纤阵列由光纤阵列夹具固定，光纤阵列夹具能使激光对光纤 均匀辐照，要对光纤其他位置进行照射时，移动移动平台，移动长度为长周期光 纤光栅周期，在移动平台移动到新位置停止后，激光对光纤重新进行照射。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
本发明装置简单有效，使用了连续C02激光器，成本较低，能够灵活实现多 根长周期光纤光栅的同时制作，制作的光栅性能相近，重复性高。应用本发明装 置同时制作五根长周期光纤光栅时，光栅光谱的相似度很高，各自谐振波长的相 差不超过2纳米，谐振峰深度相差不超过2dB。


图l本发明的结构示意图2本发明中的一维光纤阵列夹具顶视图3本发明中的一维光纤阵列夹具侧视图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括C02激光管l、第一凸透镜2、第二凸透镜3、 柱透镜4、光纤阵列夹具5、 一维光纤阵列6、移动平台7，其中
第一凸透镜2和第二凸透镜3置于C02激光管1后，第二凸透镜2和光纤阵 列夹具5之间设有柱透镜4， C(V激光管1发出的未扩束的激光通过第一凸透镜2 和第二凸透镜3形成扩束后的激光，再经过柱透镜4后聚焦形成线状激光，线状 激光垂直照射到一维光纤阵列6上， 一维光纤阵列6置于光纤阵列夹具5内，光 纤阵列夹具5放置于移动平台7上。
所述C(V激光管1，其产生的激光是波长为10. 6微米，功率为10瓦以内的 连续C02激光。
所述柱透镜4，其焦距为厘米级。所述移动平台7，为精度是微米量级的电动控制移动平台。 所述第二凸透镜3，其焦距大于第一凸透镜2的焦距。 所述第二凸透镜3,其通光孔径大于第一凸透镜2的通光孔径。 所述第一凸透镜2、第二凸透镜3、柱透镜4，其材料均为ZnSe。 所述一维光纤阵列6为一组一维水平平行排列的光纤，光纤与线状光斑正
如图2、 3所示，所述光纤阵列夹具5，包括光纤压板ll、光纤槽12、底 板13，其中，底板13上设有若干光纤槽12， 一维光纤阵列6中的每一根光纤均 放置于光纤槽12中， 一维光纤阵列6通过光纤压板11固定在光纤槽12内。
所述光纤槽12，其内部经过光滑处理，镀有增强反射的薄膜以实现激光在 光纤槽12内的多次反射形成对光纤的均匀辐照。
所述光纤槽12，其槽的直径略大于一维光纤阵列6中光纤的直径。
所述一维光纤阵列6，其中的光纤的数目小于光纤阵列夹具5中光纤槽12 的数目。
本实施例中，连续C02激光管1发射出未扩束的激光的圆形光斑8，第一凸 透镜2和第二凸透镜3组成共同的光学系统对未扩束的激光进行扩束准直，形成 扩束后的较大的圆形光斑9，柱透镜4将激光束从圆形光斑变成线状光斑10，线 状光斑照射到一维光纤阵列6中， 一维光纤阵列6由光纤阵列夹具5固定，光纤 阵列夹具5能使激光对光纤均匀辐照，要对光纤其他位置进行照射时，移动移动 平台7，移动长度为长周期光纤光栅周期，在移动平台7移动到新位置停止后， 激光对光纤重新进行照射。
本实施例装置同时制作五根长周期光纤光栅时，光栅光谱的相似度很高，各 自谐振波长的相差不超过2纳米，谐振峰深度相差不超过2dB。
权利要求
1. 一种用连续CO2激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置，包括CO2激光管、一维光纤阵列，其特征在于，还包括第一凸透镜、第二凸透镜、柱透镜、光纤阵列夹具、移动平台，其中第一凸透镜和第二凸透镜置于CO2激光管后，第二凸透镜和光纤阵列夹具之间设有柱透镜，CO2激光管发出的未扩束的激光通过第一凸透镜和第二凸透镜形成扩束后的激光，再经过柱透镜后聚焦形成线状激光，线状激光垂直照射到一维光纤阵列上，一维光纤阵列置于光纤阵列夹具内，光纤阵列夹具放置于移动平台上。
2、 根据权利要求1所述的用连续C(V激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅 的装置，其特征是，所述第二凸透镜，其焦距大于第一凸透镜的焦距。
3、 根据权利要求1或2所述的用连续C02激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置，其特征是，所述第二凸透镜，其通光孔径大于第一凸透镜的通光孔 径。
4、 根据权利要求1所述的用连续C02激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅 的装置，其特征是，所述第一凸透镜、第二凸透镜、柱透镜，其材料均为ZnSe。
5、 根据权利要求1所述的用连续C(V激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅 的装置，其特征是，所述光纤阵列夹具，包括光纤压板、光纤槽、底板，其中， 底板上设有若干光纤槽， 一维光纤阵列中的每一根光纤均放置于光纤槽中， 一维 光纤阵列通过光纤压板固定在光纤槽内。
6、 根据权利要求5所述的用连续C(V激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅 的装置，其特征是，所述光纤槽，其内表面镀有增强反射的薄膜。
7、 根据权利要求5或6所述的用连续C(V激光和光纤阵列制作长周期光纤 光栅的装置，其特征是，所述光纤槽，其直径大于一维光纤阵列中光纤的直径。
8、 根据权利要求1所述的用连续C02激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅 的装置，其特征是，所述移动平台，其每次移动的长度为长周期光纤光栅周期。
全文摘要
一种光学仪器技术领域的用连续CO₂激光和光纤阵列制作长周期光纤光栅的装置，包括CO₂激光管、一维光纤阵列、第一凸透镜、第二凸透镜、柱透镜、光纤阵列夹具、移动平台，其中第一凸透镜和第二凸透镜置于CO₂激光管后，第二凸透镜和光纤阵列夹具之间设有柱透镜，CO₂激光管发出的未扩束的激光通过第一凸透镜和第二凸透镜形成扩束后的激光，再经过柱透镜后聚焦形成线状激光，线状激光垂直照射到一维光纤阵列上，一维光纤阵列置于光纤阵列夹具内，光纤阵列夹具放置于移动平台上。本发明装置简单有效，使用了连续CO₂激光器，成本较低，能够灵活实现多根长周期光纤光栅的同时制作。
文档编号G02B6/02GK101285909SQ20081003817
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者明 严, 罗售余, 黎 詹, 邓定桓 申请人:上海交通大学