长周期光纤光栅及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种光纤光栅，尤其是一种长周期光纤光栅。本发明也涉及一种光纤光栅的制备方法。
【背景技术】
[0002]长周期光纤光栅是近几年才出现的一种新型光纤无源器件，它在某些方面具有比光纤布拉格光栅更好的光学特性，已在通信和传感领域具有极其重要的地位和许多广泛的应用潜力，比如用来做光纤放大器的增益平坦、色散补偿，以及温度、应变、生物化学传感器等。长周期光纤光栅基本的传光原理是前向传输的纤芯模式与同向的各阶次高阶模式之间进行耦合，由于其对传导模进行周期性调制，使基模和高阶模在满足谐振条件的情况下发生能量转换，高阶模在传输一段距离之后被衰减掉，形成损耗峰。具有插入损耗小、无后向反射、与偏振无关、全兼容于光纤、体积小、能埋入智能材料等有优点。
[0003]目前，有许多方法制备成的长周期光纤光栅。例如幅值掩模法，利用掺锗光纤的光敏性，载氢以增加光敏性。用248nm的紫外光通过振幅掩模板曝光。微弯法制备长周期光纤光栅，可以通过刻槽来实现，根据刻槽的方式，可细分为切割机刻槽法、激光器刻槽法、电弧刻槽法、腐蚀刻槽法等。但这些制备方法的制备工艺非常复杂，所需的激光器等制备设备的成本也相对较高。而且传统方法制备的长周期光纤光栅中光栅的结构单一、不够紧凑，形式也很固定，长度多为厘米量级，且光栅形成后其周期很难再改变。除传统的制备方法外，通过将光纤与微流体结合的方式也可以制备长周期光纤光栅，例如L.K.Chin等(L.K.Chin, A.Q.Liu, J.B.Zhang, et al.An on-chip liquid tunable grating usingmultiphase droplet microfluidics[J]APPLIED PHYSICS LETTERS, 2008, 93(16):164107)将光纤与微流芯片结合，实现液体可调谐长周期光栅。但这类光栅结构和工艺均较复杂，且体积较大不便携。C.Kerbage 等(C.Kerbage and B.J.Eggletona.Tunable microfluidicoptical fiber gratings [J], APPLIED PHYSICS LETTERS, 2003, 82 (9): 1338-1340)将液体与空气周期性充入光子晶体光纤的孔中并拉锥，在锥区形成光纤光栅。这类光纤光栅虽然结构较简单，体积小巧但制备工艺复杂，光纤光栅周期控制不稳定，而且光子晶体光纤价格昂贵。综上所述，无论是传统法制备光纤光栅，还是光纤与微流体结合方式制备光纤光栅，均存在制备工艺复杂，成本较高等的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能够实现波长选择损耗特性的长周期光纤光栅。本发明的目的还在于提供一种制作方法简单，成本低廉的长周期光纤光栅的制备方法。
[0005]本发明的长周期光纤光栅包括经扩孔处理后待写入光纤光栅的边孔光纤，分别与所述边孔光纤两端焊接的普通光纤，所述边孔光纤的靠近一个端面的侧面上开有第一孔3-1，所述边孔光纤的靠近另一个端面上开有第二孔3-2和第三孔3-3，所述第一孔、第二孔和第三孔均与所述边孔光纤的空气腔贯通，三个侧部开有通孔的钢管4-1、4-2、4-3垂直于边孔光纤轴向套入边孔光纤并分别固定于第一孔、第二孔和第三孔处且与边孔光纤之间密封，第二钢管4-2与第一微泵6-1连接，第二钢管4-2与第二微泵6-2连接，边孔光纤的空气腔中通过第一微泵6-1和第二微泵6-2注有间隔分布的第一液体7和第二液体8。
[0006]本发明的长周期光纤光栅还可以包括:
[0007]1、所述的边孔光纤由光纤芯、包层和空气腔构成，光纤芯位于中央，两侧为对称的空气腔。
[0008]2、所述的第一液体7和第二液体8为两种互不相溶且折射率不同的液体，两种液体的折射率均小于纤芯的折射率。
[0009]本发明的长周期光纤光栅的制备方法包括以下步骤:
[0010]I)对待写入光栅的边孔光纤进行扩孔处理；
[0011]2)将一段待写入光栅的边孔光纤的两端与普通光纤焊接；
[0012]3)对距待写入光栅的边孔光纤一端面一段距离处的光纤侧面进行打孔处理形成第一孔3-1，对距待写入光栅的边孔光纤的另一端面一段距离处的光纤侧面进行两处处打孔处理形成第二孔3-2和形成第三孔3-3 ;
[0013]4)对第一至第三钢管4-1、4-2、4_3进行径向打孔处理，并套入边孔光纤分别固定于第一孔至第三孔3-1、3-2、3-3处，第一至第三钢管分别连接聚第一至第三四氟乙烯套管5-1、5-2、5-3 ；
[0014]5)将第二至第三聚四氟乙烯套管5-2、5-3分别与第一至第二微泵6_1、6_2连接，通过第一至第二微泵6-1、6-2分别从第二孔3-2和第三孔3-3处注入第一液体7与第一液体8写入光栅；
[0015]6)待第三孔3-3处有液体溢出，停止液体注入，封堵三聚四氟乙烯套管。
[0016]本发明提供了一种长周期光纤光栅及其制备方法，具有结构简单，制作简易，成本低廉，可重复利用，光纤光栅的长度和周期均可控等优点。
[0017]本发明的工作原理为:
[0018]在折射率阶跃分布的均勾纤芯单模光纤中，场的分布大致可分为三种模式:传导模、包层模、辐射模。传导模指当kn2〈f3〈knjf，电磁场能量封闭在纤芯内，包层内的电磁场按指数迅速衰减。包层模指当kn3〈|3〈1?12时，包层内的电磁场成为沿径向方向的振荡解，能量分布分立。而当0〈10!3时，产生了向外辐射的能量，这种模式称为辐射模，其能量分布是连续的(β为传输常数，k = 2π/λ，为波数)。光纤光栅，是指存在于光纤中的光栅结构，无论是何种形式的光纤光栅，其形成从根本上来讲都是芯层导模，包层模和辐射模之间互相耦合的结果。本发明是通过对边孔光纤进行扩孔使得纤芯周围的包层厚度非常薄，通过在空气孔中周期性注入折射率不同的液体来形成光栅。由于包层厚度非常薄，在空气孔中所注入的液体成为了光栅的真正的包层，从而纤芯周围折射率发生周期性改变。此时满足相位匹配条件的特定波长会由纤芯中的传导模耦合进包层模向前传播，并以辐射模形式很快被衰减掉，这样在谱图上就有一个损耗峰。其它波长不满足相位匹配条件，基本无损耗的在光纤纤芯中传播，从而能够实现波长选择损耗特性。
[0019]本发明具有如下特点:
[0020]1、本发明边孔光纤与微流体相结合，将微流体注入边孔光纤的空气孔内，能够灵活光栅的各项参数，例如光栅的周期、长度及中心波长。
[0021]2、通过对边孔光纤进行可拆卸封堵，只需对边孔光纤进行一次加工即可得到能够重复利用的光纤光栅。
[0022]3、制作方法简单，成本低廉，利于推广。
【附图说明】
[0023]图1 (a)是边孔光纤横截面结构图；
[0024]图1 (b)是在边孔光纤上写入长周期光纤光栅示意图。
[0025]图2是本发明的长周期光纤光栅的示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图举例对