纤包层的光栅区域具有明显的双折射效应；可 广泛应用于生物、化工、医学、生命科学等领域。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图对本发明作详细说明。
[0013] 图1是本发明所述的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅传感器结构示意图。
[0014] 图2飞秒激光器制作点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅传感器的系统示意图。
[0015] 图3飞秒激光器制作点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅的显微镜观察图。
【具体实施方式】
[0016] 参见图1，点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，包括：光纤涂覆层1、光纤包层2、 光纤纤芯3 ;所述光纤包层表面Bragg光栅4设置在单模光纤的光纤包层2的外表面；该 光纤包层表面Bragg光栅4由若干个的点状凹槽构成，且若干个点状凹槽沿光纤的轴向呈 现周期性的分布，并对光纤包层外表面进行结构性损坏；所有点状凹槽的中心点位于一条 直线上，该直线与光纤中心轴平行；该点状凹槽的槽深度〈0. 5μm，槽宽度小于该光纤包层 表面Bragg光栅周期的一半；该光纤包层表面Bragg光栅的长度在1mm~20mm之间；写 入的光纤包层表面Bragg光栅的周期必须保证光纤各阶包层模的谐振波长落在1200nm~ 1800nm之间。
[0017] 具体制作本发明所述的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，可采用800ns飞秒 激光器或聚焦离子束技术在单模光纤的包层外表面，且平行于光纤中心轴方向，逐点写入 若干个点状凹槽，且若干个点状凹槽沿光纤的轴向呈现周期性的分布，并对光纤包层外表 面进行结构性损坏；所有点状凹槽的中心点位于一条直线上，该直线与光纤中心轴平行； 写入的光栅周期必须保证其光纤各阶包层模的谐振波长落在1200nm~1800nm之间，写入 的光栅可以是一阶、二阶、三阶或四阶光栅，其包层模的谐振波长公式如下：
[0018]
[0019] 式中，m表示光纤包层表面Bragg光栅的阶数，k表示光纤包层模的阶数，巧表示第 k阶包层模的谐振波长，表示第k阶包层模的有效折射率，Λ表示光纤包层表面Bragg光栅的周期。因此，首先可根据已知的单模光纤的结构参数计算出第k阶包层模的有效折 射率w >并设计所需要的谐振波长< \光栅阶数m之后，由公式即可计算出需要写入的 光纤包层表面Bragg光栅的周期Λ的大小。
[0020] 使用飞秒激光器制作点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅的方案如图2所示：重 频1kHz的飞秒激光器5发射120fs~150fs的800nm激光脉冲，电子开关6控制光路的通 断，然后通过一个衰减可控的半波片7和格兰氏棱镜8形成线偏振光，再用光束分束片9对 光束进行分束，最后通过一个放大倍数为100X的倒置的显微物镜10将激光光束聚焦到光 纤包层2的表面。电控2D精密位移平台11上固定有一个表面极其光滑的平板型光纤夹具 12,光纤夹具12将光纤固定于X或Y方向。整个制作过程使用(XD摄像机13进行监控。可 用预先编制的电脑程序控制2D精密位移平台11在X、Y方向的位移，配合电子开关6控制 激光光路的通断，从而控制激光光束的聚焦点在光纤包层的表面上写入预先设计的点状凹 槽，最终构成所需要的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅传感器。
[0021] 参见图3为使用800nm飞秒激光器制作的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅的 显微镜观察图。
[0022] 此外，飞秒激光器或聚焦离子束写入的点状凹槽的槽深度〈0. 5μm，而槽宽度要小 于光纤Bragg光栅的周期Λ的一半，以保证能够获得清晰的光栅条纹。
[0023] 在实际应用中，可将此点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅与长周期光纤光栅、 常规FBG或极大倾角光纤光栅等器件组合在一根单模光纤上，然后在其表面涂覆一层功能 材料或者采取某种封装方式，从而构成各种不同应用的多种参量测量如：折射率、生物化学 量、温度、湿度、压力、应变、pH值的新型功能化光纤传感器。
【主权项】
1. 一种点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，其特征在于：所述光纤包层表面Bragg 光栅（4)设置在单模光纤的光纤包层（2)的外表面；该光纤包层表面Bragg光栅（4)由若 干个点状凹槽构成，且若干个点状凹槽沿光纤的轴向呈现周期性的分布，所有点状凹槽的 中心点位于一条直线上，该直线与光纤中心轴平行。2. 根据权利要求1所述的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，其特征在于：点状凹 槽的槽深度〈〇. 5μm，槽宽度小于该光纤包层表面Bragg光栅（4)周期的一半。3. 根据权利要求1或2所述的点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，其特征在于：光 纤各阶包层模的谐振波长在1200nm~1800nm之间。
【专利摘要】本发明公开了点状凹槽型光纤包层表面Bragg光栅，其特征在于：所述光纤包层表面Bragg光栅设置在单模光纤的光纤包层的外表面；该光纤包层表面Bragg光栅由若干个对光纤包层外表面进行结构性损坏的具有周期性的点状凹槽构成，所有点状凹槽的中心点位于一条直线上，该直线与光纤中心轴平行。本发明结构独特，制作方法简单，微型化，光纤化；本发明具有类似长周期光纤光栅对外部介质敏感的特性；同时具有很高的Q值因子，比长周期光纤光栅具有低得多的温度/应变交叉敏感效应；温度、压力及应变的灵敏度比传统光纤Bragg光栅高，光纤包层的光栅区域具有明显的双折射效应；可广泛应用于生物、化工、医学、生命科学等领域。
【IPC分类】G02B6/02
【公开号】CN105334566
【申请号】CN201510691361
【发明人】罗彬彬
【申请人】重庆理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月22日