专利名称：一次同时制作多根光纤光栅的方法
技术领域：
本发明属光通信无源器件制造领域，涉及光纤光栅(FBG)的制作，具体指光纤光栅的规模化生产方法，特别是指一种一次同时制作多根光纤光栅的方法。
背景技术：
光纤光栅(FBG)是利用光纤光敏性通过紫外曝光在光纤纤芯形成的空间相位光栅，其可以构成很多性能独特的无源器件。光纤光栅凭借自身抗电磁干扰、质轻、体积小、化学稳定以及电绝缘等优点，在光通信、光纤传感等领域得到了广泛的应用。1993年K. 0. HiLL等人提出了相位掩模法制作光纤光栅，相位掩模法制作光纤光栅是基于相位掩模板的近场衍射所产生的空间干涉条纹在光纤纤芯中形成周期性折射率变化，从而形成光纤光栅。传统的相位掩模法生产光纤光栅只能使得光纤在经过一次紫外曝光时写入一根光纤光栅，虽然使得光纤光栅的批量生产成为可能，但是，生产效率还不是很高，尤其是对于一些高反射率光纤光栅和特殊光纤光栅，其光栅写入时间长，生产效率低；同时一次紫外曝光写入一根光纤光栅使得激光束能量的利用率不高，而激光器作为光纤光栅生产的重要昂贵设备，需要经常维修更换，因此现有的生产方式又无形中增加了光纤光栅的制作成本。随着光纤传感、光通信行业的快速发展，特别是随着全球范围内FTTH工程的实施，使得光纤光栅的需求量日益倍增，因此制作低成本的光纤光栅已成为未来发展的趋势。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用单块相位掩模板一次同时制作多根光纤光栅的方法，该方法使得光纤光栅的生产效率成倍提高，使得光纤光栅的规模化生产成为可能，有效的降低了光纤光栅的制作成本。本发明为实现上述目的，提供如下的解决方案一种一次同时制作多根光纤光栅的方法，是同时将数根光纤的裸光纤段横向依次放置于相位掩模板栅区侧进行一次紫外曝光。本发明上述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，包括如下步骤
1、将数根光纤的裸光纤段横向依次放置于相位掩模板栅区侧； 2、选择数根光纤中的一根光纤与监测系统连接；
3、打开激光器(激光束中心波长为M8nm)，调整柱面镜与光纤之间的距离，使激光器发出的紫外光束经柱面镜进行压缩；
4、调整紫外光束位置，使数根光纤的裸光纤段横向分布于经柱面镜压缩后的紫外光束光斑中；
5、控制计算机系统，使紫外光束写入数根光纤的裸光纤区域；
6、监测系统显示连接的光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；
7、控制监测系统依次测量数根光纤光栅的参数。
本发明上述数根光纤的裸光纤段横向放置时，其所述的裸光纤段处于同一个竖直平面内，并且所述的竖直平面与相位掩模板栅区侧表面相互平行。本发明上述的数根光纤的裸光纤段在处于所述的同一个竖直平面内时，所述的各裸光纤段在所述竖直平面内为等间距的分布方式。本发明上述的数根光纤的各裸光纤段在所述的竖直平面内等间距分布时，所述的间距可以为0。即上下相邻的两根光纤的裸光纤段的上下表面相接触。本发明上述竖直平面内的数根光纤中，处在上下边缘的两根光纤中的任意一根光纤与监测系统相连接。本发明上述的数根光纤的根数至少为二。本发明上述激光器的发出的紫外光束的能量至少为1. 0毫焦。本发明上述紫外光束经柱面镜压缩后的光斑横向尺寸至少为0. 25毫米。本发明上述的数根光纤的裸光纤段与相位掩模板栅区表面距离为0. 05-1毫米。本发明与现有技术相比，其具有如下优点和效果
1、本发明利用相位掩模法，在一次紫外曝光完成二根以上的光纤光栅制作，使得光纤光栅的生产效率成倍提高，有效降低了光纤光栅的生产成本。2、由于传统的单根写入，使得激光器光束能量浪费严重，而激光器作为制作光纤光栅的重要昂贵设备，不仅需要经常维修更换，而且目前基本依靠进口，因此光束能量的浪费增加了光纤光栅的生产成本，而本发明一次紫外曝光同时完成二根以上光纤光栅的制作，有效提高激光器光束能量的利用率，降低光纤光栅的生产成本。3、随着全球范围内FTTH工程的快速实施，啁啾类光纤光栅(宽带宽，反射率较大， 中心波长容差较大)需求量日益倍增，而本发明一次同时制作的多根光纤光栅，其光纤光栅周期为200nm — 580nm，光纤光栅中心波长为560nm — 1680nm，其中光纤栅中心波长在 1625nm— 1650nm内的均勻周期光纤光栅、啁啾类光纤光栅，特别适合FTTH工程所用光纤光栅的规模化生产。
图1、图2、图3为本发明原理示意图，其中，图2是图1中光纤的正视图。图4a、图4b、图如依次为实施例1参数图，其中，图如是二根光纤光栅的参数，图仙、图如依次是图如中1#、姊光纤光栅的反射图谱。图fe、图恥、图5c、图5d依次为实施例2参数图，其中，图fe是三根光纤光栅的参数，图5b、图5c、图5d依次是图fe中1#、2#、3#光纤光栅的反射图谱。图6a、图6b、图6c、图6d、图6e、图6f依次为实施例3参数图，其中，图6a是五根光纤光栅的参数，图6b、图6c、图6d、图6e、图6f依次是图6a中1#、2#、3#、4#、5#光纤光栅的反射图谱。图7a、图7b、图7c、图7d、图7e、图7f、图7g、图依次为实施例4参数图，其中， 图7a是七根光纤光栅的参数，图7b、图7c、图7d、图7e、图7f、图7g、图几依次为图7a中 1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#光纤光栅的反射图谱。附图中的标号示意如1-柱面镜，2-紫外光束，3-相位掩模板，4-光纤。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本发明利用一块相位掩模板一次紫外曝光实现多根(二根以上)光纤光栅的制作， 激光器选用KrF准分子激光器，激光束中心波长为M8nm，光学平台、监测系统、光学系统为现有设备。参见图1、图2，本发明步骤为将数根光纤4横向放置于相位掩模板3栅区一侧后，数根光纤4横向处于同一竖直平面内，在该竖直平面内，各个光纤4的裸光纤段在横向相互平行并且等间距放置，并且该数根光纤4的裸光纤段与相位掩模板3栅区表面距离(裸光纤段表面与相位掩模板栅区表面的垂直距离)为0. 05-1毫米，同时数根光纤4的裸光纤段所处的平面与相位掩模板3栅区侧表面相互平行放置，所述的裸光纤是指去除涂覆层后的光纤；然后选择该竖直平面内最上方(或最下方)的一根光纤，将该一根光纤两端各去除涂覆层15-25毫米后接入监测系统，调整柱面镜1与数根光纤4之间的距离，使得经柱面镜 1压缩后的紫外光束2的光斑横向尺寸至少为0. 25毫米，同时保证压缩前的紫外光束光斑能量值至少为1. 0毫焦(光束能量值采用现有光功率计测量);调整光束位置，使得数根光纤 4的裸光纤段横向分布于经柱面镜1压缩后的紫外光束2光斑中；最后，控制计算机系统按照现有的相位掩模法使激光器的紫外光束2写入数根光纤4的裸光纤区域，当监测系统显示连接的一根光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器，控制监测系统依次测量各光纤光栅的参数，完成数根光纤光栅的一次性制作。同时，在本发明中，将数根光纤的裸光纤段横向平行放置时，如果光纤数量较多， 此时一方面经柱面镜压缩后光斑横向尺寸上限一定，同时随着光斑横向尺寸的增加，压缩后紫外光束2能量会相应的降低，不利于光纤光栅的快速、稳定写入。为了满足较多数量 (五根以上)光纤光栅写入，此时，数根光纤4的裸光纤段的间距可以缩小至0，即上下相邻的裸光纤段的表面相接触，如图3所示，以便完成各个光纤光栅的写入。采用本发明的上述制作方法，可制作的光纤光栅周期为200nm — 580nm，对应的光纤光栅的中心波长为560nm— 1680nm。实施例1 二根光纤光栅制作
1、取二根长度为2.0米的光纤，将中间约35毫米的涂覆层去除形成裸光纤段，将二根光纤横向放置，并在距二根光纤裸光纤段两端各85毫米处分别夹持固定，夹持固定采用现有夹持器夹持固定方式，并将二根光纤的裸光纤段横向依次放置于光学平台上的相位掩模板3栅区后侧，同时使二根光纤4的裸光纤段上下间隔0. 25毫米，调整二根光纤的裸光纤段与相位掩模板3栅区表面的垂直距离为0. 05毫米，并且使二根光纤的裸光纤段上下所处的平面与相位掩模板栅区表面相平行；
2、在上下并列的二根光纤中，将上方的一根光纤两端涂覆层去除20毫米，将去除涂覆层后的光纤两端连接在监测系统中；
3、打开MSnm紫外光激光器，用光功率计测量光能量值为1毫焦时，调整柱面镜1与两根光纤裸光纤段之间的距离，使激光器发出的紫外光束2经柱面镜进行压缩，保证压缩后的紫外光束光斑横向尺寸为0. 5毫米；
4、调整紫外光束2位置，使二根光纤的裸光纤段横向均勻分布于经柱面镜压缩后的紫外光束光斑中；
5、控制计算机系统，使紫外光束2写入两根光纤的裸光纤区域，当监测系统显示连接的一根光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；
6、控制监测系统依次测量两根光纤的光栅参数，如图4a—图如所示。实施例2
三根光纤光栅制作
1、取三根长度为2.5米的光纤，将中间35毫米的涂覆层去除形成裸光纤段，将三根光纤横向放置，并在距三根光纤裸光纤段两端各85毫米处分别夹持固定，夹持固定采用现有夹持器夹持固定方式，并将三根光纤的裸光纤段横向依次放置于光学平台上的相位掩模板栅区后侧，同时使三根光纤的裸光纤段均上下间隔0. 25毫米，调整三根光纤的裸光纤段与相位掩模板栅区表面的垂直距离为0. 05毫米，并且使三根光纤的裸光纤段上下所处的平面与相位掩模板栅区面相平行；
2、在上下并列的三根光纤中，将最下方的一根光纤两端涂覆层去除20毫米，将去除涂覆层后的光纤两端连接在监测系统中； 3、打开MSnm紫外光激光器，用光功率计测量光能量值为1.5毫焦，调整柱面镜1与三根光纤裸光纤段之间的距离，使激光器发出的紫外光束2经柱面镜1进行压缩；保证压缩后的紫外光束光斑横向尺寸为0. 75毫米；
4、调整紫外光束2位置，使三根光纤的裸光纤段横向均勻分布于经柱面镜1压缩后的紫外光束光斑中；
5、控制计算机系统，使紫外光束2写入三根光纤的裸光纤区域，当监测系统显示连接的一根光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；
6、控制监测系统依次测量三根光纤的光栅参数，如图5a—图5d所示。实施例3
五根光纤光栅制作
1、取五根长度为3.0米的光纤，将中间35毫米的涂覆层去除形成裸光纤段，将5根光纤横向放置，并在距五根光纤裸光纤段两端各85毫米处分别夹持固定，夹持固定采用现有夹持器夹持固定方式，并将五根光纤的裸光纤段横向依次放置于光学平台上的相位掩模板 3栅区后侧，同时使五根光纤的裸光纤段上下表面接触，调整五根光纤的裸光纤段与相位掩模板栅区表面的垂直距离为0. 05毫米，并且使五根光纤的裸光纤段上下所处的平面与相位掩模板3栅区表面相平行；
2、在上下并列横向放置的五根光纤中，将最上方的一根光纤两端涂覆层去除20毫米， 将去除涂覆层后的光纤两端连接在监测系统中；
3、打开MSnm紫外光激光器，用光功率计测量光能量值为3.0毫焦，调整柱面镜与五根光纤裸光纤段之间的距离，使激光器发出的紫外光束2经柱面镜1进行压缩；保证压缩后的紫外光束光斑横向尺寸为1毫米；
4、调整紫外光束2位置，使五根光纤的裸光纤段横向均勻分布于经柱面镜1压缩后的紫外光束光斑中；
5、控制计算机系统，使紫外光束2写入五根光纤的裸光纤区域，当监测系统显示连接的一根光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；6、控制监测系统依次测量五根光纤的光栅的参数，如图6a—图6f所示。实施例4 七根光纤光栅制作
1、取七根长度为2米的光纤，将中间35毫米的涂覆层去除形成裸光纤段，将3根光纤横向放置，并在距七根光纤裸光纤段两端各85毫米处分别夹持固定，夹持固定采用现有夹持器夹持固定方式，并将七根光纤裸光纤段横向依次放置于光学平台上的相位掩模板3栅区后侧，同时使七根光纤的裸光纤段上下表面相接触，调整七根光纤的裸光纤段与相位掩模板3栅区表面的垂直距离为0. 05毫米，并且使七根光纤的裸光纤段所处的平面与相位掩模板3栅区表面相平行；
2、在上下并列的七根光纤中，将最下方的一根光纤两端涂覆层去除20毫米，将去除涂覆层后的光纤两端连接在监测系统中；
3、打开MSnm紫外光激光器，用光功率计测量光能量值为3.0毫焦，调整柱面镜与七根光纤裸光纤段之间的距离，使激光器发出的紫外光束2经柱面镜1进行压缩；保证压缩后的紫外光束光斑横向尺寸为1毫米；
4、调整紫外光束2位置，使七根光纤4的裸光纤段横向均勻分布于经柱面镜1压缩后的紫外光束光斑中；
5、控制计算机系统，使激紫外光束2写入七根光纤的裸光纤区域，当监测系统显示连接的一根光纤的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；
6、控制监测系统依次测量七根光纤的光栅的参数，如如图7a—图几所示。本发明的上述实施例中，对于本领域技术人员公知技术，本发明均未做出详细说明，而上述实施例中的具体步骤仅仅是为了方便说明本发明制作方法的举例而已，并不是对本发明保护范围的限制，对于本领域技术人员而言，凡是在不脱离本发明精神实质内容的情况和范围内所做出的种种方式的改变，均属于本发明所要求保护的范围。
权利要求
1.一种一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于是同时将数根光纤(4)的裸光纤段横向依次放置于相位掩模板(3)栅区侧进行一次紫外曝光。
2.根据权利要求1所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于包括下属步骤a、将数根光纤(4)的裸光纤段依次横向依次放置于相位掩模板(3)栅区后侧；b、选择数根光纤中的一根光纤(4)与测量系统连接；c、打开激光器，调整柱面镜(1)与数根光纤裸光纤段之间的距离，使激光器发出的紫外光束(2 )经柱面镜(1)进行压缩；d、调整紫外光束(2)位置，使数根光纤(4)的裸光纤段横向分布于经柱面镜(1)压缩后的紫外光束光斑中；e、控制计算机系统，使紫外光束(2)写入数根光纤(4)的裸光纤区域；f、监测系统显示连接光纤(4)的光栅参数达到目标值时，关闭激光器；g、控制监测系统依次测量各光纤(4)的光栅参数。
3.根据权利要求1或2所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述数根光纤(4)的裸光纤段横向放置时，所述的裸光纤段处于同一个竖直平面内。
4.根据权利要求3所述的一次同时制作数根光纤光栅的方法，其特征在于所述数根光纤(4)的裸光纤段在所述的竖直平面内为等间距的分布方式。
5.根据权利要求4所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述的间距为0。
6.根据权利要求5所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述竖直平面内的数根光纤中，上下边缘的任意一根光纤(4)与监测系统相连接。
7.根据权利要求6所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述的数根光纤(4)至少为二根光纤。
8.根据权利要求7所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述紫外光束(2)能量至少为1.0毫焦。
9.根据权利要求8所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述紫外光束(2)光斑的横向尺寸至少为0. 25毫米。
10.根据权利要求9所述的一次同时制作多根光纤光栅的方法，其特征在于所述数根光纤(4)的裸光纤段与相位掩模板(3)栅区表面距离为0. 05-1毫米。
全文摘要
本发明属光通信无源器件制造领域，具体涉及一种利用相位掩模法一次同时制作多根光纤光栅的方法。由于目前的相位掩模板法一次只能写入一根光纤光栅，不仅生产效率低，同时浪费激光光束能量，在无形中又增加了光纤光栅的生产成本。本发明提供一种利用相位掩模法一次同时制作多根光纤光栅的方法，利用一块相位掩模板，同时将二根以上的光纤依次横向放置于相位掩模板栅区侧进行一次性紫外曝光。本发明采用的上述方法，光纤光栅生产效率大大提高，而且光纤光栅的一致性较好，使光纤光栅的规模化生产成为可能，从而有效降低了光纤光栅的生产成本。
文档编号G03F7/00GK102436026SQ201210006988
公开日2012年5月2日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘增刚, 李科, 杨立锋 申请人:西安盛佳光电有限公司