专利名称：利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法
技术领域：
利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法属于光纤光栅制作领域，特别属于取样光 纤光栅制作的领域。
背景技术：
取样光纤光栅是一种具有特殊结构的光纤光栅，通过对普通均勻光纤光栅的正弦 型折射率调制在空间上进行周期间隔的采样获得，其折射率调制的包络类似方波。其中取 样周期为T，在此周期内，有效光栅的长度为dT，T-dT段内没有光栅，为空白段，dT/T为占空 比。折射率调制的空间周期取样，使取样光纤光栅在频域具有多个波长间隔相等的反射峰， 亦即具有了多波长的选择透射或反射能力。正是由于这种多信道的工作能力，取样光纤光 栅具有广泛的用途，例如用于密集波分复用光纤通信系统中作为多信道滤波器，在光纤激 光器中作为多波长选频元件，以及用于多信道色散补偿等。广为使用的取样光纤光栅的制作方法是在用相位掩模法或全息法制作光栅的时 候在相位掩模版前面或全息法中的光纤前放置一块能够对激光光强进行周期性遮挡的取 样振幅掩模版，该振幅掩模版呈梳状条纹结构，其条纹周期也即取样周期决定着取样光栅 反射峰的波长间隔。受到振幅掩模版加工工艺——线切割方法的限制，取样周期越小或取 样占空比越小的振幅掩模版越难制作，而小的取样周期有利于实现较大的波长覆盖范围， 小的取样占空比有利于提高取样光栅各反射峰的反射峰值均衡度。而且一种取样波长间隔 的取样光纤光栅必须由一种取样周期的振幅掩模版来制作，成本高并且十分不灵活。一项授权专利的改进方法是利用光阑、电子快门及电控光阑来制作取样光纤光 栅，该方法中，紫外光依次通过电子快门，反射镜，光阑和相位掩模版之后照射在光纤上，光 阑的作用是对照射在光纤上的光斑宽度进行控制(光阑透光宽度的调整由光阑旋转台和 光阑平移台共同实现)，电子快门的开合决定在光纤上的某个位置进行曝光，通过平移台的 移动及快门的周期开合，在光纤光栅的扫描制作过程中实时控制快门的开启和闭合，来实 现对光纤的周期性曝光，曝光区域的长度可以通过调整光阑宽度实现，周期的调整可以通 过调整平移台的移动速度实现。但是由于这种方法所需光学元件多而复杂，而且需要在光 栅制作过程中对多项参数进行实时控制，实现难度较高，重复性也不好。授权公告日2008年8月27日，授权公告号CN 100414310C，发明名称“一种取样光 纤光栅的制作方法”所公开的是紫外光源发出的紫外光通过扫描平台上与光入射方向成 45度的反射镜改变方向后，依次入射到会聚透镜、取样振幅掩模版、相位掩模版和光敏光纤 上。此专利通过对取样振幅掩模版的改进获得了取样周期和占空比灵活可调的优点，但仍 然受到振幅掩模版加工工艺——线切割方法的限制，取样周期越小或取样占空比越小的振 幅掩模版越难制作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的问题，提供一种利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法。该方法利用组合光斩波片取代传统的振幅掩模版来实现对光 源强度的周期性调制。组合光斩波片由圆心对中的两个带有扇形透光区域的普通光斩波片 重叠构成，通过调整两个圆形光斩波片的相对位置，使两斩波片扇形透光区域交叠的程度 不同，形成了透光区域宽度可调的组合光斩波片，透光区域宽度将决定取样光栅每周期中 光栅的长度dT，进而影响取样光栅的占空比(dT/T)及光栅反射谱中各反射峰反射率的均 衡度。在光栅制作过程中，置于平移台上的组合光斩波片随平移台平动的同时还要进行旋 转，所以取样光栅的周期将由扫描平台的平移速度和组合光斩波片的旋转速度共同决定， 灵活可调。本发明的技术方案利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法包括以下步骤利用两块相同的光斩波片重叠在一起之后，形成透光区域宽度可调的组合光斩波 片，将固定有组合光斩波片的光斩波头置于会聚透镜和相位掩模版之间，固定在平移台上。同时启动紫外光源、光斩波片的控制器和平移台。会聚透镜会聚之后的紫外光经组合光斩波片上的狭缝后，相继入射到相位掩模版 和光敏光纤上。在扫描光敏光纤的同时，利用组合光斩波片的旋转实现对光敏光纤的周期性曝 光，制成取样光纤光栅。所述的组合光斩波片是两片相同的光斩波片，由穿过其上三个弧形通孔的螺钉固 定在光斩波头上。本发明和已有技术相比所具有的有益效果在本发明的方法中，取样光栅的取样周期可以通过调节平移台的平移速度和组合 光斩波片的旋转速度来实现，取样周期灵活可调。取样光栅每周期中光栅的长度由组合光 斩波片透光区域宽度决定，可以通过调节组合光斩波片中两片光斩波片的相对位置来调节 单个取样周期中的光栅长度，进而影响取样光栅的占空比，以获得反射谱中各反射峰反射 率均衡度高的光栅特性。因此该方法具有取样周期和取样占空比灵活可调的优点，有利于 实现较小的取样占空比，制作出反射峰均衡的取样光纤光栅。
图1本发明提出的光斩波器制作取样光栅的装置图。图2 (a)单个光斩波片的平面图。图2(b)将两片相同的光斩波片叠加在一起之后形成具有宽度可调透光狭缝的组 合光斩波片的示意图。图2(c)将两个光斩波片重叠后进一步调整两斩波片相对位置后获得更窄的透光 狭缝的示意图。图3取样光纤光栅的折射率调制示意图。
图4紫外光入射位置说明。图5取样光纤光栅的反射光谱图。图中紫外光源101、紫外光102、平移台103、反射镜104、聚透镜105、组合光斩波 片106、光斩波头107、光纤夹具108、相位掩模版109、光敏光纤110。
结合附图对本发明作进一步说明。利用光斩波器制作取样光纤光栅的装置，如图1所示，制作取样光纤光栅时，把固 定有组合光斩波片106的光斩波头107置于平移台103上，使组合光斩波片106的平面与 光束入射方向垂直，由于常用于光栅制作的紫外光源101为KrF准分子激光器，其产生的紫 外激光102的发散角很小，所以组合光斩波片106与相位掩模版109之间的距离没有严格 要求，尽量靠近即可。以紫外光102入射方向为参考描述装置中各部件的位置关系紫外光 源101发出的紫外光102经过安装在平移台103上与紫外光102入射方向成45度角的反 射镜104反射后，又经过会聚透镜105会聚，之后相继垂直照射在组合光斩波片106、相位 掩模版109和光敏光纤110上，其中，相位掩模版109和光敏光纤110安装于光纤夹具108 上。光纤夹具108固定在光学平台上。组合光斩波片106通过光斩波头107安装于光栅制作系统中的平移台103上，使 光斩波片平面垂直于紫外光入射方向，并使紫外光入射在斩波片上半部分，如图4。在光栅 制作过程中，平移台的移动将带动组合光斩波片106以及光反射镜对光敏光纤实现水平扫 描曝光。同时，由于只有当组合光斩波片106的狭缝与光斑所在位置相对应时，紫外光才能 透过狭缝，组合光斩波片106的旋转实现了对制作光栅的紫外光源的周期性强度调制，进 而在光纤沿线形成周期性的折射率调制，制成取样光纤光栅。光斩波器包括组合光斩波片106、光斩波头107、控制器；其实现是在市售的光斩 波器(SRS公司的产品SR540，包括控制器、光斩波头及光斩波片)上进行如下操作将光斩 波头上的一片光斩波片替换成两片相同的光斩波片，由穿过其上三个弧形通孔(见图2a) 的螺钉固定在光斩波头107上(见图2b和图2c)，使两片相同的光斩波片重叠在一起，形成 透光区域宽度可调的组合光斩波片106。透光区域宽度将决定取样光栅每周期中光栅的长 度dT，如图3所示，通过对组合光斩波片106中两片光斩波片相对位置的手动微调，使组合 光斩波片上产生很窄的透光狭缝，实现透光区域宽度的调节，即可改变取样光栅的占空比 (dT/T)进而改善光栅反射谱中各反射峰反射率的均衡度。具体的狭缝宽度可以根据制作取样光栅的取样周期及取样占空比来确定，例如要 制作每取样周期中光栅长度dT为Imm的取样光纤光栅，则应令透光狭缝在激光透过处的宽 度为1mm。同时，组合光斩波片106的转速由控制器来调整。利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法包括步骤一，将处理后的光敏光纤110和相位掩模版109固定于光纤夹具108上；步骤二，调组合光斩波片106的缝隙宽度；步骤三，同时启动紫外光源101、光斩波片的控制器和平移台；步骤四，紫外光源101发出的紫外光102通过平移台103上与紫外光入射方向成 45度的反射镜104改变方向后，垂直入射到会聚透镜105，经会聚透镜105会聚之后的紫外 光102经组合光斩波片106上的狭缝后，相继入射到相位掩模版109和光敏光纤110上。在光栅制作过程中，使平移台103带动反射镜104及组合光斩波片106勻速移动 (移动速度为Vm(mm/s))，并通过控制器控制光斩波片以Vs (转/s)转速进行勻速旋转，在 实现紫外光对光敏光纤110的扫描式曝光的同时，利用光斩波片旋转来实现对光纤的空间
5周期性曝光，制作出取样光纤光栅。形成的曝光周期即取样光栅的取样周期为Vm/Vs(mm)。 例如平移台移动速度为Vm = 0. 5mm/s,光斩波片的转速Vs = 1转/s，则制成取样光纤光 栅的取样周期为0. 5mm，对应的取样光纤光栅的反射谱中各反射峰之间的波长间隔约为 1. 6nm，可获得的取样光纤光栅反射谱特性的仿真结果如图5所示。
权利要求
利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法，其特征在于该制作取样光纤光栅的方法包括利用两块相同的光斩波片重叠在一起之后，形成透光区域宽度可调的组合光斩波片(106)，将固定有组合光斩波片(106)的光斩波头(107)置于会聚透镜(105)和相位掩模版(109)之间，固定在平移台(103)上；同时启动紫外光源(101)、光斩波片的控制器和平移台(103)；会聚透镜(105)会聚之后的紫外光(102)经组合光斩波片(106)上的狭缝后，相继入射到相位掩模版(109)和光敏光纤(110)上；在扫描光敏光纤(110)的同时，利用组合光斩波片(106)的旋转实现对光敏光纤(110)的周期性曝光，制成取样光纤光栅。
2.利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法所用组合光斩波片，其特征在于组合光斩 波片包括两片相同的光斩波片，由穿过其上三个弧形通孔的螺钉固定在光斩波头(107) 上。
全文摘要
利用光斩波器制作取样光纤光栅的方法，属于光纤光栅制作领域。该制作取样光纤光栅的方法包括利用两块相同的光斩波片重叠在一起形成透光区域宽度可调的组合光斩波片(106)，将固定有组合光斩波片的光斩波头(107)置于会聚透镜(105)和相位掩模板(109)之间，固定在平移台(103)上；同时启动紫外光源(101)、光斩波片的控制器和平移台；会聚透镜会聚之后的紫外光(102)经组合光斩波片上的狭缝后，入射到相位掩模板和光敏光纤(110)上；在扫描光敏光纤的同时，利用组合光斩波片的旋转实现对光敏光纤的周期性曝光，制成取样光纤光栅。该方法具有取样周期和取样占空比灵活可调的优点，有利于实现较小的取样占空比，制作出反射峰均衡的取样光纤光栅。
文档编号G02B5/00GK101915954SQ20101024094
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者任文华, 冯素春, 刘艳, 宁提纲, 尹国路, 裴丽, 谭中伟, 陶沛琳 申请人:北京交通大学