专利名称：一种三角形光纤光栅的制作装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤光栅的制作装置，适用于光纤通信、光纤传感、交通信息工程
及控制技术等领域。
背景技术：
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。光纤光栅按照周期分为布拉格光纤光栅 和长周期光纤光栅，布拉格光纤光栅周期一般在lum以下，而长周期光纤光栅的周期在几 十um至几百um。布拉格光纤光栅在很多情况下简称为光纤光栅，其按照周期特性来说，分 为周期均匀不变的均匀光纤光栅，或者周期沿轴向改变的啁啾光纤光栅。均匀光纤光栅反 射谱带宽一般小于0. 5nm，而啁啾光纤光栅的带宽从0. lnm到几十nm，甚至一百多nm宽。
光纤光栅对温度、压力、应变等外界环境的变化比较敏感，具有体积小、插入损耗 低、与光纤兼容、能埋入智能材料等优点，在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。而啁 啾光纤光栅还具有优良的色散补偿能力，是大容量的密集波分复用系统中常用的色散补偿 器件，这使得啁啾光纤光栅的研究变得十分重要。 光纤光栅传感器的基本原理是利用光纤光栅光谱，尤其是其峰值位置随温度和应 力变化的特性，将外界被测量的变化转变为布拉格波长的变化，观察光纤光栅的波长漂移 量便可判断待测量大小。为了检测出波长的变化，要求简易、廉价的光谱测量方法，以取代 通常在实验室中使用的昂贵的光谱仪。三角形光纤光栅(三角形Bragg光栅)，或者称之为 三角形布拉格光纤光栅属于非线性啁啾光纤光栅，其特性是在其带宽范围内，反射率与入 射光波长的改变在一定波长范围内成线性关系。利用三角形光纤光栅的这个特性，将波长 变化的信号转换为光功率变化的信号。因此三角形光纤光栅会在光纤传感领域得到广泛的 应用。 通常有两种方法产生啁啾一是调制幅度啁啾法，即光栅的周期保持不变，而是沿 着光栅折射率调制变化；二是利用掩模板栅距变化来改变光栅的周期，而折射率调制保持 不变。改变光栅周期变化的方法很多，如非均匀周期掩模法、在写入过程对光纤施加应力梯 度或温度梯度法、写入光栅时预应力光纤法、在标准掩模法写入中弯曲光纤法、在全息干涉 写入过程中利用波前不同曲率法等。但这些方法有许多不足之处，如Bragg波长可调性有 限、写入装置调整困难、机械稳定性和写入光束空间相干性要求高等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服改变相位掩模板周期变化的方法的不足，提出 一种三角形光纤光栅的制作装置。
本发明的技术方案 —种三角形光纤光栅制作装置，它包括准分子激光器，相位掩模板，光纤，光纤与 相位掩模板呈0。 45°放置。在准分子激光器和相位掩模板之间，设一个扩速系统；准分 子激光器作为写入光源，扩速系统垂直于主光轴放置。
准分子激光器产生的平行紫外光经过扩速系统展宽，展宽后的紫外光束入射到相 位掩模板上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在光纤的纤芯中产生折射率调制，形成 三角形光纤光栅。 通过改变光纤与相位掩模板之间的距离可以改变写入的三角形光纤光栅的波长，
随着距离的增大，波长逐渐增大。 本发明的有益效果 本发明提出的一种三角形光纤光栅的制作装置结构非常简单，只需要准分子激光 器、透镜、相位掩模板和光纤，成本低，易于实现。该制作装置通过一次曝光就能制作出三角 形光纤光栅。改变光纤与相位掩模板之间的距离可以写入不同波长的三角形光纤光栅，对 写入的三角形光纤光栅的波长调节非常容易。
图1采用一个会聚透镜和一个发散透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅制作装 置示意图。 图2采用两个会聚透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅制作装置示意图。 图3采用一个会聚透镜、一个发散透镜和一个补偿透镜组成扩速系统的三角形光
纤光栅制作装置示意图。 图4采用两个会聚透镜和两个发散透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅制作装 置示意图。 图中准分子激光器1、扩速系统2、相位掩模板3、光纤4、黑布5、第一个会聚透镜 21、第一个发散透镜22、第二个会聚透镜23、第二个发散透镜24、补偿透镜25。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一 本实施例结合附图1进一步说明。 —种采用一个会聚透镜和一个发散透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅的制作 装置，如图l所示。 该制作装置包括准分子激光器1、第一个会聚透镜21与第一个发散透镜22组成 的扩速系统2、相位掩模板3、光纤4、黑布5。 准分子激光器1作为写入光源，扩速系统2中透镜摆放顺序为第一个会聚透镜21、 第一个发散透镜22，扩速系统2与相位掩模板3均垂直于主光轴放置，并使相位掩模板3的 中心正好在主光轴上，光纤的42端紧贴相位掩模板的32端放置，并使光纤4相对于相位掩 模板3倾斜T角。第一个会聚透镜21的焦距为5mm，第一个发散透镜22的焦距50mm，第 一个会聚透镜21与第一个发散透镜22之间的距离为55mm，第一个发散透镜22与相位掩模 板3之间的距离为5mm。 将扩速系统2的上半部分用黑布5遮住，准分子激光器1产生的平行紫外光经过 扩速系统2的下半部分展宽，展宽后的紫外光束入射到相位掩模板3上并产生干涉条纹，干 涉条纹利用光诱变在光纤4曝光的那部分光纤的纤芯中产生折射率调制，形成三角形光纤
本实施例所述的制作装置制作的三角形光纤光栅的波长为1535nm。
实施例二 本实施例结合附图2进一步说明。 —种采用两个会聚透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅的制作装置，如图2所 示。 该制作装置包括准分子激光器1、第一会聚透镜21和第二会聚透镜23组成的扩 速系统2、相位掩模板3、光纤4。 准分子激光器1作为写入光源，扩速系统2中透镜摆放顺序为第一个会聚透镜21、 第二个会聚透镜23，扩速系统2和相位掩模板3垂直于主光轴放置，并使相位掩模板3的中 心向上偏离主光轴5mm，光纤的42端与相位掩模板的32端距离为5mm，并使光纤4相对于 相位掩模板3倾斜15°角；第一个会聚透镜21的焦距为10mm，第二个会聚透镜23的焦距 30mm，第一个会聚透镜21与第二个会聚透镜23之间的距离为40mm，第二个会聚透镜23与 相位掩模板3的距离为100mm。 准分子激光器1产生的平行紫外光经过扩速系统2展宽，展宽后的紫外光束入射 到相位掩模板3上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在与相位掩模板3相距很近的光 纤4曝光的那部分光纤的纤芯中产生折射率调制，形成三角形光纤光栅。
本实施例所述的制作装置制作出的三角形光纤光栅的波长为1545nm。
实施例三 本实施例结合附图3进一步说明。 —种采用一个会聚透镜、一个发散透镜和一个补偿透镜组成扩速系统的三角形光 纤光栅的制作装置，如图3所示。 该制作装置包括准分子激光器1、第一个会聚透镜21与第一个发散透镜22和一 个补偿透镜25组成的扩速系统2、相位掩模板3、光纤4。 准分子激光器1作为写入光源，扩速系统2中透镜摆放顺序为第一个会聚透镜21、 第一个发散透镜22、补偿透镜25，扩速系统2垂直于主光轴放置，相位掩模板3与主光轴呈 30°角，并使相位掩模板3的中心向下偏离主光轴50mm，光纤4垂直于主光轴放置，并使光 纤的42端距离相位掩模板的32端10mm。第一个会聚透镜21的焦距为30mm，第一个发散 透镜22的焦距为20mm，补偿透镜25的焦距为50mm，第一个会聚透镜21与第一个发散透镜 22之间的距离为10mm，第一个发散透镜22到与补偿透镜25之间的距离为30mm，补偿透镜 25与相位掩模板3的距离为500mm。 准分子激光器1产生的平行紫外光经过扩速系统2展宽，展宽后的紫外光束入射 到相位掩模板3上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在与相位掩模板3相距很近的光 纤4曝光的那部分光纤的纤芯中产生折射率调制，形成三角形光纤光栅。
本实施例所述的制作装置制作出的三角形光纤光栅的波长为1555nm。
实施例四 本实施例结合附图4进一步说明。 —种采用两个会聚透镜和两个发散透镜组成扩速系统的三角形光纤光栅制作装 置，如图4所示。
该制作装置包括准分子激光器1、第一个会聚透镜21与第一个发散透镜22、第二 个会聚透镜23和第二个会聚透镜24组成的扩速系统2、相位掩模板3、光纤4。
准分子激光器1作为写入光源，扩速系统2中透镜摆放顺序为第一个会聚透镜21、 第一个发散透镜22、第二个会聚透镜23、第二个会聚透镜24，扩速系统2垂直于主光轴放 置，相位掩模板3与主光轴呈45°角，并使相位掩模板3的中心向下偏离主光轴128mm，光 纤4垂直于主光轴放置，并使光纤的42端距离相位掩模板的32端15mm。第一个会聚透镜 21的焦距为40mm，第一个发散透镜22的焦距为10mm，第二个会聚透镜23的焦距为50mm， 第二个发散透镜24的焦距为5mm，第一个会聚透镜21与第一个发散透镜22之间的距离为 30mm，第一个发散透镜22与第二个会聚透镜之间的距离为10mm，第二个会聚透镜23与第二 个发散透镜24之间的距离为55mm，第二个发散透镜与相位掩模板3的距离为1000mm。
准分子激光器1产生的平行紫外光经过扩速系统2展宽，展宽后的紫外光束入射 到相位掩模板3上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在与相位掩模板3相距很近的光 纤4曝光的那部分光纤的纤芯中产生折射率调制，形成三角形光纤光栅。
本实施例所述的制作装置制作出的三角形光纤光栅的波长为1575nm。
相位掩模板3与光纤4之间的距离为相位掩模板32端到光纤42端的距离；光纤 4曝光的那部分为光束能照射到的部分。
本发明所使用的器件均为市售器件。
权利要求
一种三角形光纤光栅制作装置，它包括激光器，相位掩模板，光纤，光纤与相位掩模板呈0°～45°放置；其特征在于激光器采用准分子激光器，在准分子激光器(1)和相位掩模板(3)之间，设一个扩速系统(2)；准分子激光器(1)作为写入光源，扩速系统(2)垂直于主光轴放置；准分子激光器(1)产生的平行紫外光经过扩速系统(2)展宽，展宽后的紫外光束入射到相位掩模板(3)上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在光纤(4)的纤芯中产生折射率调制，形成三角形光纤光栅。
2. 根据权利要求l所述的一步法三角形光纤光栅制作装置，其特征在于扩速系统(2)包括顺序放置的第一个会聚透镜(21)和第一个发散透镜(22);相位掩模板(3)垂直于主 光轴放置，并且其中心正好在主光轴上；光纤的(42)端紧贴相位掩模板的(32)端放置；扩 速系统(2)的上半部用黑布(5)遮住准分子激光器(1)发射出的紫外光束。
3. 根据权利要求l所述的一步法三角形光纤光栅制作装置，其特征在于扩速系统(2) 包括顺序放置的第一个会聚透镜(21)、第二个会聚透镜(23);相位掩模板(3)垂直于主光 轴放置，并且其中心向上偏离主光轴5mm 128mm;光纤的(42)端距离相位掩模板的(32) 端5mm 15mm。
4. 根据权利要求l所述的一步法三角形光纤光栅制作装置，其特征在于扩速系统(2)包括顺序放置的第一个会聚透镜(21)、第一个发散透镜(22)和一个补偿透镜(25);相位 掩模板(3)与主光轴呈0。 45°角，并使相位掩模板(3)的中心向下偏离主光轴5mm 128mm;光纤4垂直于主光轴放置，并使光纤的(42)端距离相位掩模板的(32)端5mm 15mm。
5. 根据权利要求l所述的一步法三角形光纤光栅制作装置，其特征在于扩速系统(2)包括顺序放置的第一个会聚透镜(21)、第一个发散透镜(22)、第二个会聚透镜(23)和第二 个发散透镜(24);相位掩模板(3)与主光轴呈(T 45°角，并使相位掩模板(3)的中心 向下偏离主光轴5mm 128mm ;光纤4垂直于主光轴放置，并使光纤的(42)端距离相位掩 模板的(32)端5mm 15mm。
全文摘要
本发明公开了一种三角形谱光纤光栅的制作装置，适用于光纤通信、光纤传感、交通信息工程及控制技术等领域。它是利用透镜组成的扩速系统，采用同一掩模板制作三角形光纤光栅，三角形光纤光栅的波长调节非常简单。该制作装置的准分子激光器(1)作为写入光源，扩速系统(2)与相位掩模板(3)垂直于主光轴放置，光纤(4)与相位掩模板(3)呈0°～45°放置。准分子激光器(1)发出的紫外光通过扩速系统(2)后展宽，展宽后的紫外光束入射到相位掩模板(3)上并产生干涉条纹，干涉条纹利用光诱变在于相位掩模板(3)相距很近的光纤(4)的纤芯中产生折射率调制，从而形成三角形光纤光栅。
文档编号G02B6/02GK101699324SQ20091023720
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者周倩, 宁提纲, 张帆, 李晶, 胡旭东, 裴丽, 雷飞鹏 申请人:北京交通大学