专利名称：长周期光栅加工方法及长周期光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于长周期光栅的光子带隙光纤加工方法及采用该方法获得的基于长周期光栅的光子带隙光纤。
背景技术：
光栅型温度传感属于光纤传感的一种。当温度变化时，光纤的材料受热光效应的影响会产生折射率的变化，从而引起了谐振波长的漂移，谐振波长随温度线性变化。其变化方向和灵敏度与光纤的类型密切相关。通常长周期光纤光栅的模式耦合属于纤芯基模与同向传输的包层模式的耦合。由于发生耦合的包层模式对光纤外部的环境变化，例如对外界折射率敏感，因而会造成对温度灵敏度的干扰。布拉格光栅由于耦合发生在正反向传播的基模之间，对外界折射率变化不敏感，对弯曲变化地敏感，但是对温度的灵敏度也较低，通常值为10pm/°C左右。不同栅格周期的布拉格光栅具有不同的谐振波长，在相同的折射率调制深度下，灵敏度随着设计波长的增大而增大，但灵敏度的变化很小，例如设计波长每变化lOOnm，灵敏度变化Ipm左右。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，本发明一方面提供了一种长周期光栅加工方法，可以在光子带隙光纤上制造具有不同谐振波长的长周期光栅。本发明另一方面提供了了一种采用该方法获得的长周期光栅，该长周期光栅对光纤外的折射率变化不敏感，且温`度灵敏度随着波长的增大而减小。本发明的技术解决方案是本发明公开的长周期光栅加工方法，包括以下步骤将光子带隙光纤通过单模光纤与超连续光源及光谱仪相连；所述超连续光源可覆盖待加工光栅谐振波长变化范围；利用超连续光源通过单模光纤和光子带隙光纤向光谱仪输出光源；并利用所述光谱仪检测所述光子带隙光纤的光谱；根据下式确定待加工光栅的栅格周期；并根据激光器的参数有效矢量步长，有效矢量步间延时，Q switch频率及Q释放时间调节高频CO2激光脉冲的频率及能量；λ = (H1-1i2) A其中，λ谐振波长，ηι、η2为光纤中参与耦合的两个模式的有效折射率、A为栅格周期；利用确定所述高频C02激光脉冲在光子带隙光纤写长周期光栅；并在写制过程中读取所述光子带隙光纤的光谱；若透射峰深度达到设定值时，完成光栅的写制。所述光子带隙光纤选择一段5cm长全固光子带隙光纤；纤芯中存在两种传导模式LP01模式和LP ^模式；当光纤中产生周期性的微扰，两种模式发生耦合形成光栅。
所述栅格周期分别为800 μ m, 775 μ m 和700 μ m,栅格数为40，对应谐振波长分别为 1292nm , 1302nm。1437nm。所述光子带隙光纤与单模光纤通过以下步骤进行熔接将单模光纤的一端与光子带隙光纤熔接，使用熔接机的自动熔接功能熔接第一个熔点，并将熔接后的单模光纤与光源连接；另取一段单模光纤与光谱仪连接，并于光子带隙光纤未熔接的一段放入熔接机中进行手动操作调节两光纤的相对位置，在熔接的过程中观测光谱仪检测的光谱，尽量使得插入损耗最小，使干涉效应最小，再进行放电熔接，如果干涉效应仍旧比较明显，可以断开第一个熔点，在观测光谱的同时进行手动调节对准，重复上一步骤熔接。熔接后光子带隙光纤的插入损耗小于ldB。本发明与现有技术相比具有如下优点本发明的熔接方法可以将不同芯径的两种光纤进行低损耗熔接，并且可以减小由于错位熔接造成的干涉效应。本发明的光纤写制技术选择适当的高频CO2激光脉冲功率，可以有效的引起纤芯中两种模式的耦合，不引发包层模式与基模的耦合，不对光纤的纤芯造成几何结构的破坏。激光打标次数通常在4次以内就可以完成光栅的写制，对光纤结构破坏小，因此写制后光纤的插入损耗低。采用本发明方法写制的光栅对于光纤外的折射率变化不敏感，对温度的敏感特性随波长变化而显著变化，以栅格周期800 μ m, 775 μ m 和700 μ m的光栅为例，其谐振波长分别为1292nm，1302nm和1437nm。对温度的灵敏度分别是19. 96 pm / °C, 18. 5 pm / °C，和12. 57pm / °C。温度灵敏度随着谐振波长的增大而显著减小。通过选择适当的谐振波长，可以写制成不同温度 灵敏度的光纤。
图1为方法流程图；图2为设备连接示意图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明做进一步介绍。如图1，本发明按照以下过程实现(I)将光子带隙光纤通过单模光纤与超连续光源及光谱仪相连，光子带隙光纤与单模光纤熔接时要避免引起干涉效应；所述超连续光源可覆盖待加工光栅谐振波长变化范围。设备连接完成后如图2所示，在本发明实施例中，所述光子带隙光纤选择纤芯具有两种模式的光纤，优选存在LPOl模式和LPll两种模式的全固光子带隙光纤，全固光子带隙光纤，由纯硅基底和高折射率的掺锗柱组成,光纤中心通过缺失一个高折射率柱形成纤芯；每个高折射率柱被一圈掺氟材料包围，。高折射率柱共6层126个，呈三角形排列，包层直径125 μ m。当光纤中产生周期性的微扰，两种模式发生耦合形成光栅。进一步的，光子带隙光纤与单模光纤通过以下步骤进行熔接将单模光纤的一端与光子带隙光纤熔接，使用熔接机的自动熔接功能熔接第一个熔点，并将熔接后的单模光纤与光源连接；另取一段单模光纤与光谱仪连接，并于光子带隙光纤未熔接的一段放入熔接机中进行手动操作调节两光纤的相对位置，在熔接的过程中观测光谱仪检测的光谱，尽量使得插入损耗最小，使干涉效应最小，再进行放电熔接，如果干涉效应仍旧比较明显，可以断开第一个熔点，在观测光谱的同时进行手动调节对准，重复上一步骤熔接。熔接后光子带隙光纤的插入损耗小于ldB。(2)利用超连续光源通过单模光纤和光子带隙光纤向光谱仪输出光源；并利用所述光谱仪检测所述光子带隙光纤的光谱；(3)根据下式确定待加工光栅的栅格周期；并根据激光器的参数有效矢量步长，有效矢量步间延时，Q switch频率及Q释放时间调节高频C02激光脉冲的频率及能量。λ = (η「η2) Λ其中，λ谐振波长；ηι、η2为光纤中参与耦合的两个模式的有效折射率，即LPOl模式的折射率为n1; LPll模式的折射率为n2 ； A为栅格周期。根据上式，本发明实施例中，栅格周期分别为800 μ m, 775 μ m和700 μ m,栅格数为40，对应谐振波长分别为1292nm，1302nm。1437nm。(3)利用确定脉冲能量后的高频C02激光脉冲在光子带隙光纤写长周期光栅；并在写制过程中读取所述光子带隙光纤的光谱；若透射峰深度达到设定值时，完成光栅的写制。在本发明实施例中，有效矢量步长选择O. 0015mm ;有效矢量步间延时选择87 μ S，Q switch 频率选择5kHz ;Q释放时间选择62 μ S。在写制过程中，若所述透射峰深度达到10至16dB时，完成光栅的写制。通过本发明获得的基于长周期光栅的光子带隙光纤，对温度的灵敏度分别是19. 96 pm / °C, 18. 5 pm / °C和12. 57pm / °C，在测得某一时刻的谐振波长值时，即可得到对应的温度值。并且从试验中得出的数据可以看到，随着谐振波长的增大，温度灵敏度越来越小，继续减小栅格周期，有望实现对温度低敏。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种长周期光栅加工方法，其特征在于，包括以下步骤 将光子带隙光纤通过单模光纤与超连续光源及光谱仪相连；所述超连续光源可覆盖待加工光栅谐振波长变化范围； 利用超连续光源通过单模光纤和光子带隙光纤向光谱仪输出光源；并利用所述光谱仪检测所述光子带隙光纤的光谱； 根据下式确定待加工光栅的栅格周期；并根据激光器的参数有效矢量步长，有效矢量步间延时，Q switch频率及Q释放时间调节高频CO2激光脉冲的频率及能量；入=Oi1-1i2) A 其中，A谐振波长，n1、n2为光纤中参与耦合的两个模式的有效折射率、A为栅格周期； 利用确定所述高频C02激光脉冲在光子带隙光纤写长周期光栅；并在写制过程中读取所述光子带隙光纤的光谱；若透射峰深度达到设定值时，完成光栅的写制。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述光子带隙光纤选择一段5cm长全固光子带隙光纤；纤芯中存在两种传导模式LPtll模式和LP n模式；当光纤中产生周期性的微扰，两种模式发生耦合形成光栅。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于所述栅格周期分别为800ym，775 和700iim，栅格数为40，对应谐振波长分别为1292nm，1302nm。1437nm。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于所述光子带隙光纤与单模光纤通过以下步骤进行熔接 将单模光纤的一端与光子带隙光纤熔接，使用熔接机的自动熔接功能熔接第一个熔点，并将熔接后的单模光纤与光源连接；另取一段单模光纤与光谱仪连接，并于光子带隙光纤未熔接的一段放入熔接机中进行手动操作调节两光纤的相对位置，在熔接的过程中观测光谱仪检测的光谱，尽量使得插入损耗最小，使干涉效应最小，再进行放电熔接，如果干涉效应仍旧比较明显，可以断开第一个熔点，在观测光谱的同时进行手动调节对准，重复上一步骤熔接。熔接后光子带隙光纤的插入损耗小于ldB。
5.一种长周期光栅，其特征在于采用权利要求r4中任一所述方法获得。
全文摘要
本发明公开了一种长周期光栅的加工方法，包括以下步骤将光子带隙光纤通过单模光纤与超连续光源及光谱仪相连；利用超连续光源通过单模光纤和光子带隙光纤向光谱仪输出光源；并利用所述光谱仪检测所述光子带隙光纤的光谱；确定待加工光栅的栅格周期及激光器产生的高频CO2激光脉冲的频率及能量；利用确定的高频CO2激光脉冲在光子带隙光纤上写制长周期光栅。采用本发明可以在光子带隙光纤上制造具有不同谐振波长的长周期光栅，同时本发明还公开了一种采用该方法获得的长周期光栅，对光纤外的折射率变化不敏感，且温度灵敏度随着波长的增大而减小。
文档编号G02B6/255GK103033883SQ201310001538
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者孙舟璐, 刘艳格, 史青, 郑林, 陈青松, 黄薇 申请人:北京遥测技术研究所, 航天长征火箭技术有限公司