一种硫系光纤光栅的制作装置及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硫系光纤光栅的制作装置及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为现代科技的发展提供了平 台，而光纤技术的发展成为了当今和未来信息科学的重要支柱，而光纤光栅这个新兴的光 纤器件，是光纤技术的新进展，对全光纤器件的制作和发展起着重要的作用。近年来，用于 通信波段的石英光纤光栅的研究取得了重大进展，主要集中于光纤光栅的紫外光照射生长 动力学、光学特性和成栅技术的研究。石英玻璃光纤光栅的制备技术日趋成熟，现阶段则主 要集中于非均匀周期的光纤光栅的制作、光纤光栅光学特性及其在光纤激光器及光纤传感 中的应用研究。
[0003] 受石英材料红外截止特性的限制，目前常用的石英光纤光栅无法应用于2微米以 上的中红外波段。然而中红外波段是包含十分重要的大气红外窗口，而且覆盖了绝大多数 分子的指纹区，如：二氧化硫、一氧化碳等有毒气体，TNT炸药、沙林神经毒气等危险品，中 红外的光纤激光源和光纤传感探测等应用对此波段的光纤光栅提出了强烈的需求。硫系玻 璃是以元素周期表VIA族中S，Se，Te元素为主，并引入一定量的其它类金属元素（Ga、Ge、 As、Sb等）所形成的无氧玻璃，其在中远红外具有很宽的透过范围和极小的吸收，而在可见 光区域的带边吸收带具有特殊的光敏特性。
[0004] 硫系光纤光栅是利用硫系玻璃光纤为材料制作光纤光栅，利用硫系玻璃在吸收带 边的光敏特性，可见光波段的多种激光（632nm, 532nm, 473nm等）的全息干涉效应制备光纤 光栅，并可以灵活的控制光纤光栅的周期和相移大小。因此，制备的硫系玻璃光纤光栅可以 被应用用于中红外的光纤传感，用于各种生物分子探测。此外，中红外的光纤激光也是目前 人们研究的热点，在中红外光纤激光中，必须要有高质量的光纤光栅作为光纤激光的布拉 格反射镜。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种利用可见波段激光的全息光刻技术制作 硫系光纤光栅的制作装置及其制作方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硫系光纤光栅的制作装置， 其特征在于：包括单纵模激光器，位于单纵模激光器输出光路上的偏振控制光路，光强控制 光路和扩束准直光路，位于该扩束准直光路后的分光镜，位于分光镜后的两束光路上的反 射镜，以及位于反射镜后的聚焦元件，该聚焦元件后的两束光在待加工的硫系光纤的侧面 产生干涉场，所述待加工的硫系光纤设于三维平台上并且随着三维平台运动。
[0007] 为了便于在光纤的侧面产生干涉场，所述聚焦元件为柱透镜或者三棱镜，当使用 三棱镜聚焦时，在三维平台上固定另一三棱镜，将待加工的硫系光纤固定在所述另一三棱 镜上，该另一三棱镜上还设有折射率匹配液，该另一三棱镜与三棱镜以及折射率匹配液的 折射率均相同；
[0008] 所述聚焦元件为柱透镜时，在三维平台上放置一块玻璃，然后将待加工的硫系光 纤放置在所述玻璃上，然后用光学胶带黏在待加工的硫系光纤上将待加工的硫系光纤固 定，并且玻璃和三维平台的接触面上涂覆上一层黑色的吸光材料。
[0009] 为了便于加工时监测，所述待加工的硫系光纤的一侧设置宽带光源，另一端设置 光谱仪。
[0010] 优选地，待加工的硫系光纤在加工前剥除涂覆层。
[0011] 优选地，所述柱透镜为平凸透镜。
[0012] 优选地，所述的反射镜为其反射波长范围覆盖单纵模激光光源波长的宽带介质膜 尚反射镜。
[0013] 优选地，所述偏振控制光路包括偏振控制器，光强控制光路包括衰减控制器，扩束 准直光路包括扩束准直控制器。
[0014] 上述硫系光纤光栅的制作方法：
[0015] 1)搭建光路，将单纵模激光器输出的激光变成均匀平行光；
[0016] 2)剥除待加工的硫系光纤的部分涂覆层，将待加工的硫系光纤进行清洁，然后将 待加工的硫系光纤固定在三维平台上；
[0017] 3)将步骤1)中调整后的激光入射到分光镜上分成两束强度相同的光束；
[0018] 4)将两束光束分别经过反射镜全反射；
[0019] 5)将步骤4)中的两束反射后的光经过聚焦元件汇聚后入射到待加工的硫系光纤 的侧面产生干涉场；
[0020] 6)调整待加工的硫系光纤的位置以及调整反射镜之间的距离和角度，并且将调整 后的激光对硫系光纤的照射一定时间形成光栅。
[0021] 优选地，上述步骤中还可以包括在步骤6)后，对刻写的光栅进行光谱分析，并且 进行实时监测。
[0022] 优选地，步骤2)中对待加工的硫系光纤（100)进行清洁具体包括将待加工的硫系 光纤浸泡在二甲基乙酰胺溶液或者98%的浓硫酸溶液培养皿中半小时，取出涂覆层被剥的 待加工的硫系光纤，用乙醇与丙酮溶液对剥离涂覆层的区域充分的擦拭，同时清洁整段光 纤。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点在于本发明利用硫系玻璃在吸收带边的光敏特 性，利用可见光波段的多种激光的全息干涉效应制备光纤光栅，并可以灵活地控制光纤光 栅的周期和相移大小；制备的硫系玻璃光纤光栅可以被应用于中红外的光纤传感，用于各 种生物分子探测；此外，这样的硫系光纤光栅也可以用于中红外光纤激光的研究中。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例的硫系光纤的结构示意图。
[0025] 图2为本发明硫系光纤光栅的第一实施例的装置示意图。
[0026] 图3为本发明硫系光纤光栅的第二实施例的装置示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0028] 硫系光纤结构图如图1所示，从外向内分别为涂覆层10、包层20和纤芯30。涂覆 层10的材料主要是PMMA树脂材料，主要目的是使光纤抵御外界的破坏，包层20和纤芯30 是一体的，包层20比纤芯30的折射率低，可以使光线在纤芯30内发生全反射。
[0029] 图2为本发明第一实施例的硫系光纤光栅的制作装置的示意图，图3为本发明第 二实施例的硫系光纤光栅的制作装置的示意图。
[0030] 制作该硫系光纤光栅的全息光刻法主要分以下步骤：
[0031] (1)搭建激光光路，包括单纵模激光器，位于单纵模激光器输出光路上的偏振控制 光路，光强控制光路和扩束准直光路，经过这些光路后的激光变成均匀的平行光。该偏振控 制光路包括偏振控制器40,光强控制光路包括衰减控制器50,扩束准直光路包括扩束准直 控制器60,例如，单纵模激光器输出的532nm的激光首先经过偏振控制器40,变成竖直偏 振，然后经过衰减控制器50,使它的能量减弱，不会觉得很刺激眼部，在经过扩束准直控制 器60使其变成直径lcm的均匀平行光。
[0032] (2)剥除部分待加工的硫系光纤100的涂覆层10,然后将待加工的硫系光纤100 浸泡在二甲基乙酰胺溶液或者98%的浓硫酸溶液培养皿中半小时，取出涂覆层被剥的待加 工的硫系光纤100,用乙醇与丙酮溶液对剥离涂覆层的区域充分的擦拭，同时也要清洁整段 光纤。并且优选地，该步骤中还可以将剥离涂覆层后的光纤放在显微镜下观察裸光纤以确 定在处理过程中没有造成伤痕。该步骤即将该待加工的硫系光纤100进行清洁。将清洁后 的待加工的硫系光纤100固定在三维平台80上。
[0033] (3)将上述单纵模激光器的激光束（632nm，532nm，473nm等）照射到分光镜1上， 经过分光镜1的可见光分成为两个强度相同的两束光。
[0034] (4)再让步骤⑶中形成的两束光以相同角度分别经过反射镜2产生全反射。
[0035] (5)经过反射的两束光经过聚焦元件聚焦后两束光共同会聚到待加工的硫系光纤 100的侧面，并且两束光产生干涉场。在该步骤中，使反射后的光聚焦可以采用柱透镜3,或 者采用三棱镜3'。
[0036] (6)在待加工的硫系光纤100的侧面形成正弦分布明暗相见的干涉条纹，进而照 射在光纤轴上，经过一定时间的可见光照射，纤芯内部的折射率发生永久性的改变，形成光 栅。
[0037] (7)用宽带光源发出的光通过刻写的光纤光栅后输出到光谱分析仪，实时的监测 制作过程中硫系光纤光栅的透射谱变化。
[0038] 由于光栅周期与干涉光束之间具有以下关系：
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