一种宽带宽长周期光纤光栅刻写装置的制作方法

本发明属于光纤光栅领域，具体涉及一种紫外光刻写宽带宽长周期光纤光栅的装置。

背景技术：

光纤光栅中根据周期的长短可以分为两大类：周期小于1μm的称为短周期或反射型光纤光栅，即布拉格光纤光栅(fbg)；周期为几十到几百微米甚至更长的称为透射型或长周期光纤光栅(lpfg)。1978年，加拿大通信研究中心的hill等人首次利用驻波法在掺锗光纤中研制出世界上第一支永久性的实现反向模式间耦合的光纤布拉格光栅。1996年，a.m.vengsarkar等人用紫外光通过振幅掩模板照射氢载硅锗光纤，首先研制成了现在通常意义上长周期光纤光栅(lpfg)。1996年,bhatia等人详细研究了长周期光纤光栅的各种特性，提出了其在通信与传感领域中的应用。1997年，t.erdogan从模式耦合的角度深入研究了长周期光纤光栅的光谱特性，从而奠定了长周期光纤光栅的理论基础。1998年，davis等人首次提出了用co2激光脉冲激光写入长周期光纤光栅的技术，使长周期光纤光栅的制作和应用进入了一个新的发展阶段。长周期光纤光栅(lpfg)，光栅周期在100μm以上，lpfg中发生的是纤芯模与一系列同向传输的包层模(或辐射模)之间的耦合，无后向反射。从纤芯模的角度看，lpfg的透射光谱是一系列分立的损耗带，每个损耗带对应一种参与耦合的包层模。它的特性是将导波中某频段的光耦合到包层中去而损耗掉。长周期光纤光栅的光谱特性一般需要3个参数来描述，即谐振波长、峰值损耗率和带宽。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种宽带宽长周期光纤光栅刻写装置，可将长周期光栅带宽提高至100nm以上。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带宽长周期光纤光栅刻写装置，包括紫外激光器、步进电机、折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜、光纤固定架、ase、osa和两个mfa，折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜共光轴依次固定在步进电机顶面，紫外激光器位于折转镜的入射光路上，第一柱面镜和第二柱面镜位于折转镜的出射光路上，在待刻写的载氢光纤上剥离一段涂覆层，并将其固定在光纤固定架上，使得紫外激光器发出的紫外光束经折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜后照射到待刻写的载氢光纤的剥离涂覆层段上，待刻写的载氢光纤一端通过mfa连接ase，另一端通过mfa连接osa。

进一步地，第一柱面镜和第二柱面镜的光轴相互垂直，一个用于对紫外光束y轴方向压缩，另一个对紫外光束x轴方向压缩。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)在不增加激光器功率以及曝光时间的基础上，可以使光束更加汇聚的照射在光纤上，提高了紫外光的利用率。

(2)刻写出的宽带宽长周期光纤光栅应用领域会更加广泛，为后续应用研究提供了便利。

附图说明

图1是本发明宽带宽长周期光纤光栅刻写装置的结构示意图。

图2是本发明实际刻写宽带宽长周期光纤光栅光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明提及的带宽为损耗峰两侧零点间带宽，其表达式如下。

其中，δλ表示损耗峰两侧零点间带宽，λd表示长周期光栅的设计波长，κ表示耦合常数，l表示长周期光栅的长度，n表示光栅的周期数。

从表达式中我们可以知道设计谐振波长，光栅的周期数以及κl都会对零点间带宽有影响。当设计谐振波长值以及κl保持一致时，光栅的周期数减少，带宽会增大。目前各个文献报道的长周期光纤光栅的带宽一般为几到几十纳米。本文提出一种宽带宽长周期光纤光栅的刻写装置，可将长周期光纤光栅的带宽提高至100nm以上。

结合图1，一种宽带宽长周期光纤光栅刻写装置，包括

紫外激光器；

步进电机，通过电脑控制可实现逐步移动；

折转镜，可以改变传播光束方向；

第一柱面镜，将紫外光束y轴方向压缩；

第二柱面镜，将紫外光束x轴方向压缩；

光纤固定架，将待刻写的光纤置于固定架上；

模场匹配器(mfa)，可以将光纤与跳线连接在一起并有效的降低了熔接损耗；

宽带光源(ase)，为刻写实时监测提供信号源；

光谱仪(osa),可以实施监测刻写长周期光栅的光谱形状。

折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜共光轴依次固定在步进电机顶面，紫外激光器位于折转镜的入射光路上，第一柱面镜和第二柱面镜位于折转镜的出射光路上，在待刻写的载氢光纤上剥离一段涂覆层，并将其固定在光纤固定架上，使得紫外激光器发出的紫外光束经折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜后照射到待刻写的载氢光纤的剥离涂覆层段上，待刻写的载氢光纤一端通过mfa连接ase，另一端通过mfa连接osa。

紫外激光器发射出紫外光束，通过折转镜后改变光路的传播方向后打在第一柱面镜上，第一柱面镜将其进行y轴方向压缩；压缩后的紫外光束继续通过第二柱面镜，第二柱面镜对其进行x轴方向的压缩。第一柱面镜以及第二柱面镜的目的是将紫外光束进一步汇聚，这样既能使出射点的能量汇聚又能减小出射点的光斑直径。将载氢光纤中间段的涂覆层剥除，并将其固定于光纤固定架上。通过电脑控制紫外激光器及步进电机，即可逐点刻写长周期光纤光栅。

载氢光纤的一端通过熔接与其型号相匹配的mfa连接，再将mfa跳线端与宽带光源连接。将载氢光纤的另一端通过熔接与其型号相匹配的mfa连接，再将mfa跳线端接入光谱仪。上述过程可实现长周期光纤光栅刻写光谱的实时监测。

图2为本发明实际刻写出长周期光纤光栅光谱图，从该光谱图上可知该长周期光栅零损耗峰带宽为160nm，透射深度为23db。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种宽带宽长周期光纤光栅刻写装置，包括紫外激光器、步进电机、折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜、光纤固定架、ASE、OSA和两个MFA，折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜共光轴依次固定在步进电机顶面，紫外激光器位于折转镜的入射光路上，第一柱面镜和第二柱面镜位于折转镜的出射光路上，在待刻写的载氢光纤上剥离一段涂覆层，并将其固定在光纤固定架上，使得紫外激光器发出的紫外光束经折转镜、第一柱面镜、第二柱面镜后照射到待刻写的载氢光纤的剥离涂覆层段上，载氢光纤一端通过MFA连接ASE，另一端通过MFA连接OSA。本发明可将长周期光栅带宽提高至100nm以上，刻写出的宽带宽长周期光纤光栅应用领域会更加广泛，为后续应用研究提供了便利。

技术研发人员：沈华;关智文;矫岢蓉
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2019.01.25
技术公布日：2019.04.16