一种光纤光栅刻写光路的制作方法

1.本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种光纤光栅刻写光路。


背景技术：

2.光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光明暗图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性分布，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件波长的光将产生反射，其余波长的光透过光纤光栅继续传输。
3.光栅制作的最核心也是最昂贵的设备即是相干激光器，由于光敏光纤的特殊波长限制，所选用的相干激光器应为深紫外的相干激光器。为了得到很低波长的深紫外激光，需要相干激光器进行多次倍频与合频，此过程中激光功率损失比较大晶体也容易损伤。而且在晶体倍频获得紫外激光的过程中，其内部通光方向温度升高会影响到整个激光器的出光效率。
4.光纤光栅的制作应用到最常用的相位掩模的方法。相位掩模板是衍射光学器件，相干光束通过相位掩模板形成
±
1级光束；然后
±
1级光束相互作用形成均匀间隔的明暗相间条纹，这样就可以在光敏光纤的纤芯上写入对应的周期性折射率调制。使用这种方法刻写光栅的关键在于搭建的刻写光路的稳定性，而对整个刻写光路影响最大的因素就是相干激光器光束光斑的质量。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种光纤光栅刻写光路，用以解决紫外激光器输出光斑不稳定，镜片在高频紫外激光辐照下极易损耗从而影响光纤光栅刻写的问题。
6.本实用新型实施例提供一种光纤光栅刻写光路，包括：
7.沿光路依次安装的紫外光激光器、扩束镜组件、光阑、柱面镜组件和相位掩模板；
8.其中，所述紫外光激光器用于发射紫外激光，所述扩束镜组件用于将紫外激光进行扩束，所述光阑用于将紫外扩束后的光斑进行截取，所述柱面镜组件用于将调整焦距；所述相位掩模板对准光纤纤芯，通过紫外激光在所述光纤纤芯上进行光纤光栅的刻写。
9.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述扩束镜组件包括：沿光路依次安装的凹透镜和凸透镜；
10.所述凹透镜用于接收紫外激光，并使紫外激光发生折射；所述凸透镜用于将折射后的紫外激光折射成平行的紫外激光。
11.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述扩束镜组件还包括：间距调节机构；所述凹透镜和所述凸透镜均安装在所述间距调节机构上，所述间距调节机构用于调整所述凹透镜和所述凸透镜的间距。
12.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述柱面镜组件包括：柱面镜；所述柱面镜的弧面端与所述光阑的射出端对应安装，所述柱面镜的直面端与所述相位掩模
板的入射端对应安装。
13.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述柱面镜组件包括：多个依次安装的柱面镜；
14.所述光阑的射出端依次通过多个所述柱面镜与所述相位掩模板的入射端对应安装。
15.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述柱面镜的数量为两个，分别为第一柱面镜和第二柱面镜；
16.所述光阑的射出端与所述第一柱面镜的弧面端对应安装，所述第一柱面镜的直面端与所述第二柱面镜的弧面端对应安装，所述第二柱面镜的直面端与所述相位掩模板的入射端对应安装。
17.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述光纤光栅刻写光路还包括：
18.光纤纤芯夹具，所述光纤纤芯夹具用于固定所述光纤纤芯。
19.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述光纤光栅刻写光路还包括：
20.掩模板夹具，所述掩模板夹具用于固定所述相位掩模板。
21.根据本实用新型一个实施例的光纤光栅刻写光路，所述光纤光栅刻写光路还包括：位置调整机构；所述光纤纤芯通过所述光纤纤芯夹具安装在所述位置调整机构上，所述相位掩模板通过掩模板夹具安装在所述位置调整机构上，以调整所述光纤纤芯和所述相位掩模板的间距。
22.本实用新型提供的光纤光栅刻写光路，通过在整个光路上依次安装紫外光激光器、扩束镜组件、光阑、柱面镜组件和相位掩模板，使用扩束镜组件对高频深紫外激光进行扩束，并通过柱面镜组件调整焦距，从而轻松实现对高频紫外激光的扩束倍数调节，解决了紫外激光器输出光斑不稳定，镜片在高频紫外激光辐照下极易损耗从而影响光纤光栅刻写的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型实施例提供的光纤光栅刻写光路的结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例提供的扩束镜组件的结构示意图；
26.图3相位掩模法形成明暗条纹对光纤纤芯进行周期性折射率调制写入的示意图；
27.附图标记：
28.1、紫外光激光器；2、扩束镜组件；21、凹透镜；22、凸透镜；3、光阑；4、柱面镜组件；41、第一柱面镜；42、第二柱面镜；5、相位掩模板；6、光纤纤芯。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.本实用新型实施例提供一种光纤光栅刻写光路，如图1所示，该光纤光栅刻写光路包括：沿光路依次安装的紫外光激光器1、扩束镜组件2、光阑3、柱面镜组件4和相位掩模板5。
31.其中，紫外光激光器1一般选用高频深紫外固体激光器，用于发射紫外激光。扩束镜组件2用于将紫外激光进行扩束，将紫外光激光器1光斑扩束到我们所需的大小且紫外激光经过扩束后会减小其发散角。光阑3用于将紫外扩束后的光斑进行截取，柱面镜组件4用于将调整焦距。相位掩模板5对准光纤纤芯6，通过紫外激光在光纤纤芯6上进行光纤光栅的刻写。
32.刻写光路加工的过程中，首先调节好扩束镜组件2所需的扩束倍数，将紫外光激光器1发射的紫外激光进行扩束，再使用光阑3对扩束后的光斑进行截取，使用小孔光阑选扩束后光斑均匀部分进行整形，得到一个密度较均匀，形状规则的光斑。然后通过柱面镜组件4实现对焦距以及束腰的调节，最后使整形聚焦后的紫外激光通过相位掩模板5辐照在光纤纤芯上，实现光纤光栅的刻写。最后如图3所示，将调整后得到的光斑通过相位掩模板的作用，在光敏光纤的纤芯上形成对应的周期性折射率调制，从而实现光纤光栅的制作。
33.本实用新型实施例提供的光纤光栅刻写光路，通过在整个光路上依次安装紫外光激光器、扩束镜组件、光阑、柱面镜组件和相位掩模板，使用扩束镜组件对高频深紫外激光进行扩束，并通过柱面镜组件调整焦距，从而轻松实现对高频紫外激光的扩束倍数调节，解决了紫外激光器输出光斑不稳定，镜片在高频紫外激光辐照下极易损耗从而影响光纤光栅刻写的问题。
34.如图2所示，扩束镜组件2包括：沿光路依次安装的凹透镜21和凸透镜22。凹透镜21用于接收紫外激光，并使紫外激光发生折射。凸透镜22用于将折射后的紫外激光折射成平行的紫外激光。
35.例如，紫外光激光器发射的紫外激光的入射孔径为di，先经过凹透镜21折射，扩大紫外激光的发散角θ，再通过凸透镜22将折射后的紫外激光折射成平行的紫外激光，射出的紫外激光的出射孔径调整至d0。
36.为便于调整，扩束镜组件2还包括：间距调节机构；凹透镜21和凸透镜22均安装在间距调节机构上，间距调节机构用于调整凹透镜21和凸透镜22的间距，通过控制凹透镜21和凸透镜22的间距，从而实现对出射孔径的调节。
37.同理，为进一步实现光纤光栅刻写过程的调整，该光纤光栅刻写光路还可增设光纤纤芯夹具和掩模板夹具，光纤纤芯夹具用于固定光纤纤芯6。掩模板夹具则用于固定相位掩模板5。光纤纤芯6通过光纤纤芯夹具安装在位置调整机构上，相位掩模板5通过掩模板夹具安装在位置调整机构上，以调整光纤纤芯6和相位掩模板5的间距，可实现光纤光栅形成位置的调整。
38.柱面镜组件4包括：柱面镜；柱面镜的弧面端与光阑3的射出端对应安装，柱面镜的直面端与相位掩模板5的入射端对应安装。
39.一般情况下，柱面镜组件包括：多个依次安装的柱面镜。光阑3的射出端依次通过多个柱面镜与相位掩模板5的入射端对应安装。
40.本实施例中，柱面镜的数量为两个，分别为第一柱面镜41和第二柱面镜42。光阑3的射出端与第一柱面镜41的弧面端对应安装，第一柱面镜41的直面端与第二柱面镜42的弧面端对应安装，第二柱面镜42的直面端与相位掩模板5的入射端对应安装。
41.使用两柱面镜，将得到的均匀且形状规则的光斑进行两次聚焦。通过调节两柱面镜的焦距和间距可以轻松实现对光斑聚焦焦距和瑞利长度的调节。
42.具体地，刻写光路加工的过程中，如图2所示，首先调节好扩束镜组件2所需的扩束倍数，将紫外光激光器1发射的紫外激光先经过凹透镜21折射，再通过凸透镜22将折射后的紫外激光折射成平行的紫外激光。使用光阑3对扩束后的光斑进行截取，使用小孔光阑选扩束后光斑均匀部分进行整形，得到一个密度较均匀，形状规则的光斑。然后通过第一柱面镜41和第二柱面镜42，使用两柱面镜，将得到的均匀且形状规则的光斑进行两次聚焦。通过调节两柱面镜的焦距和间距可以轻松实现对光斑聚焦焦距和瑞利长度的调节。最后使整形聚焦后的紫外激光通过相位掩模板5辐照在光纤纤芯上，实现光纤光栅的刻写。相位掩模法的工作过程，如图3所示，整形聚焦后的相干激光照射到相位掩模板的入射面形成
±
1级光束，0级光被抑制，
±
1级光束相互作用形成明暗相间条纹光束，将做好增敏处理的光纤置于明暗条纹之中进行曝光，在纤芯内即可写入对应的轴向周期性折射率调制，从而实现光纤光栅的制作。
43.综上所述，本实用新型实施例提供的光纤光栅刻写光路，通过在整个光路上依次安装紫外光激光器、扩束镜组件、光阑、柱面镜组件和相位掩模板，使用扩束镜组件对高频深紫外激光进行扩束，并通过柱面镜组件调整焦距，从而轻松实现对高频紫外激光的扩束倍数调节，解决了紫外激光器输出光斑不稳定，镜片在高频紫外激光辐照下极易损耗从而影响光纤光栅刻写的问题。
44.此外，使用此结构可以有效的改善深紫外晶体热致相位失配而导致的激光器光束光斑不稳定对整个fbg刻写系统的影响。使用这种结构还有一个优点就是，得到的光斑质量高，聚焦后的效果非常好，只需要很低的辐照就可以满足大纤径多模光纤的fbg(fiber bragg grating，光纤布拉格光栅)刻写要求，同时降低了深紫外波长对常见光学晶体及镜片的损伤从而降低光纤光栅制作过程中昂贵的晶体及镜片的更换频率和平台的维护成本。同时，该光纤光栅刻写光路还可应用于大纤径多模光纤的fbg刻写系统中，实用性较高，且刻写性提高较明显。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。