一种切趾光纤光栅的制作方法

本实用新型涉及光纤光栅技术领域，具体来说，涉及一种切趾光纤光栅。

背景技术：

光纤布拉格光栅是通过某种方式对光纤纤芯内的折射率产生周期性的调制而形成的，光波在光纤中传输，经过光栅时，光纤光栅能够将特定波长的光从前向传输的纤芯模耦合到后向传输的纤芯模中，形成对特定波长的光的反射，这一特定波长称为谐振波长。光纤光栅体积小易组装，反射波段可调范围大，可与其他光器件兼容，受环境影响小，所在其在光通信和光纤传感领域的应用范围很广。随着科技的发展，为满足不同的需求，各种具有优异性能的光纤光栅被研制出来。

对折射率均匀调制的光纤布拉格光栅，沿着纤芯的调制量没有一个过渡的过程，会使光栅的反射谱中除了谐振波长的反射峰外，还有显著的旁瓣。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的问题，本申请提供了一种切趾光纤光栅，具有较高的边模抑制比，可减少或避免在波分复用的光栅阵列中各光栅之间的串扰，提高对谐振波长反射峰的寻峰精度。

本申请是这样实现的：

本申请提供的一种切趾光纤光栅，所述切趾光纤光栅包括光纤，以及形成在光纤中的切趾光栅；所述光纤，包括纤芯和包层。

在一些实施例中，所述切趾光栅的结构是通过飞秒激光逐线写入的方式在光纤内写制形成。

在一些实施例中，

所述切趾光栅由多条相互平行的光栅线形成；所述光栅线在xy平面的投影沿纤芯的轴线x轴方向依次排列且相互平行。

在一些实施例中，所述光栅线平行于y轴，光栅线在y轴的方向上位置相同；所述光栅线在沿z轴的高度方向上位置不同，所述切趾光栅中部的光栅线位于纤芯中心位置，所述切趾光栅两端的光栅线远离纤芯中心位置。

在一些实施例中，所述光栅线的长度相同。

在一些实施例中，所述光栅线平行于y轴，光栅线在沿z轴的高度方向上位置相同；所述光栅线在y轴方向上位置不同，所述切趾光栅中部的光栅线位于纤芯中心位置，所述切趾光栅两端的光栅线远离纤芯中心位置。

在一些实施例中，所述光栅线的长度相同。

在一些实施例中，所述光栅线平行于y轴，光栅线在沿z轴的高度方向上位置相同；所述光栅线的长度不同；从切趾光栅中部到切趾光栅两端，所述光栅线的长度逐渐减小。

在一些实施例中，所述光纤是石英光纤、塑料光纤、晶体光纤、或其他材料光纤。

有益效果：

本申请提供的一种切趾光纤光栅，可以抑制光栅光谱中的旁瓣，具有较高的边模抑制比，可减少或避免在波分复用的光栅阵列中各光栅之间的串扰，提高对谐振波长反射峰的寻峰精度，从而可用于研制分布式光栅温度传感系统等领域。

附图说明

为了更好地理解本文公开的主题并且为了示例在实践中如何实施本申请的主题，现在将仅通过非限制性实例参考附图对实施例进行描述，在附图中：

图1是切趾光纤光栅的示意图；

图2是一种切趾光纤光栅的第一实施例的结构示意图；

图3是一种切趾光纤光栅的第二实施例的结构示意图；

图4是一种切趾光纤光栅的第二实施例的侧视图；

图5是一种切趾光纤光栅的第三实施例的结构示意图；

图6是一种切趾光纤光栅的第三实施例的侧视图；

图7是切趾光纤光栅耦合系数在光栅中的大小变化示意图；

图8是切趾光纤光栅与均匀光纤光栅的反射谱对比示意图。

附图标记：

101-光纤，102-光栅线，103-切趾光栅，104-元件，201-包层，202-纤芯，203-激光，204-激光刻线。

具体实施方式：

通过参考示范性实施例，本申请的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本申请并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

参考图1，其图示出了本申请的一种切趾光纤光栅的结构。切趾光纤光栅包括光纤101，以及形成在光纤101中的切趾光栅103。其中，光纤101包括位于其内部的纤芯202和用于包覆纤芯202的包层201。光纤是石英光纤、塑料光纤、晶体光纤、或其他材料光纤。

切趾光栅103由多条相互平行的光栅线102形成，光栅线102呈条状。

仪器、系统或者元件104可以与光纤101相连接，从而实现在不同领域的具体应用。

第一实施例

图2所示为本申请具体实施例的切趾光纤光栅。设光纤101纤芯202的轴线为x方向（图2中水平方向），切趾光纤光栅的光栅线102均平行于y轴。

光栅线102在沿z轴的高度方向上位置相同。光栅线102处于同一个平面内，该平面垂直于z轴。光栅线102在xy平面的投影沿纤芯202的轴线x轴方向依次排列，且光栅线102之间相互平行。

光栅线102的长度是不同的：位于切趾光栅103中部的光栅线102其长度最长；以切趾光栅103中部的光栅线102为中心，从切趾光栅103中部到切趾光栅103两端，光栅线102的长度逐渐减小。光栅线102形成非均匀的调制包络，光栅折射率调制量中间大，两边小，这可以抑制光栅光谱中的旁瓣，提高光栅光谱的边模抑制比。优选的，光栅线102处于xy平面内，每条光栅线102在xy平面上沿x轴呈对称分布。

在一个更加具体的实施方案中，切趾光栅103两端的光栅线102长度小于纤芯202的直径，这部分光栅线102形成在纤芯202上。切趾光栅103中部的光栅线102全部或者大部分形成在纤芯202上。

本申请的切趾光纤光栅就是使光栅的折射率调制的开始和结束都有一个过渡过程，其折射率调制包络不是均匀的而是呈一定的函数形式：使光栅折射率调制量中间大，两边小。这可以抑制光栅光谱中的旁瓣。切趾光栅103由于其高的边模抑制比，可减少或避免在波分复用的光栅阵列中各光栅之间的串扰，提高解调仪对其反射峰的寻峰精度，从而可用于研制分布式光栅温度传感系统等领域。

本实施例的切趾光纤光栅，可以通过以下设备和方法制成。

光栅写制系统主要由飞秒激光器和高精度的位移平台以及各种光学元器件组成。先将光纤101贴附在光滑的玻片上，然后通过真空吸附将玻片吸附在位移平台的吸盘表面，从而将光纤101固定在高精度的位移平台上。通过显微镜观察，粗调和细调物镜与位移平台的位置，使激光203聚焦于光纤101纤芯202形成激光刻线204。激光刻线204即光栅线102。

通过调节位移平台，获得优化的光纤101轴向、截面方向、位移平台的移动方向、激光203入射方向的相对位置关系。如图2中所示，调整后，写制光栅过程中，激光203光束沿z轴方向垂直于光纤101轴向方向入射。

通过编写程序控制位移平台及激光挡板来制备切趾光栅103，使激光刻线204保持在同一水平面中，沿着x方向，线长由小变大再变小，从而形成非均匀的调制包络，光栅折射率调制量中间大，两边小，这可以抑制光栅光谱中的旁瓣，提高光栅光谱的边模抑制比。后续我们还可以通过改变激光刻线204线长变化的函数，对不同的变化函数进行比较，从而获得具有更高边模抑制比的切趾光纤光栅。

上述是通过飞秒激光逐线写入的方式在光纤101内写制形成切趾光栅103的结构。

现有的光纤101布拉格光栅(切趾光纤光栅)的制备方法，有基于紫外激光相位掩模板法：包括使用可变衍射效率的掩模板的方法、使用改变扫描光束的曝光时间的方法等；还有基于飞秒激光相位掩模板法和基于飞秒激光逐点法写制切趾光栅103。

相较于均匀光栅，使用上述几种方法写制切趾光栅103，光栅光谱的边模抑制比得到了提升，但是，一、使用紫外激光相位掩模板法写制光栅，只能用掺锗光敏光纤101，且光纤101需要载氢来提高其光敏性，这增加了工作的复杂性；而且其写制的是ⅰ型光栅，对纤芯202折射率调制深度小，故光栅的耐高温性能差，无法将光栅应用于高温传感；光栅的周期是由相位掩模板的结构所决定的。因此，写制不同周期的光栅要求不同的相位掩膜板。二、使用飞秒激光相位掩模板法写制光栅，虽克服了上述紫外激光方法大部分缺点，但同样不能灵活写制不同周期的光栅。三、飞秒激光逐点法写制光栅，虽克服了上述两种方法的缺点，但由于其对光纤101的调制面积小，导致反射率较低。

上述是通过飞秒激光逐线写入的方式在光纤101内写制形成切趾光栅103的结构。其克服了紫外激光相位掩模板法、飞秒激光相位掩模板法、飞秒激光逐点法写制切趾光栅103的相应问题，无需使用相位掩膜板，在光栅制备前光纤101无需载氢，制成的光栅耐高温性能好，可以灵活写制不同周期的光栅，光栅的反射率较高。

第二实施例

图3所示为本申请具体实施例的切趾光纤光栅。

切趾光纤光栅的光栅线102平行于y轴，光栅线102在y轴的方向上位置相同。

在本实施例中，光栅线102在沿z轴的高度方向上位置不同：切趾光栅103中部的光栅线102位于纤芯202中心位置，切趾光栅103两端的光栅线102远离纤芯202中心位置。这使得光栅线102在纤芯202部分形成非均匀的调制包络，光栅折射率调制量中间大，两边小，这可以抑制光栅光谱中的旁瓣，提高光栅光谱的边模抑制比。

光栅线102在xy平面的投影沿纤芯202的轴线x轴方向依次排列，且光栅线102之间相互平行。如图4所示，多个光栅线102在沿z轴的高度方向上位置从低到高依次排列。

图3所示的光栅线102的长度大于纤芯202的直径。但是需要说明的是，并不以此为限，光栅线102的长度也可以等于小于纤芯202的直径。

组成切趾光栅103的多条光栅线102的长度可以相同，也可以不同。

当多条光栅线102的长度不同时，位于切趾光栅103中部的光栅线102其长度最长；以切趾光栅103中部的光栅线102为中心，从切趾光栅103中部到切趾光栅103两端，光栅线102的长度逐渐减小。

在优选的方案中，多条光栅线102的长度相同，每条光栅线102在xy平面的投影沿x轴呈对称分布。

切趾光栅103的光栅线102全部或者大部分形成在纤芯202上。

本实施例的切趾光纤光栅，可以通过以下设备和方法制成。

光栅写制系统主要由飞秒激光器和高精度的位移平台以及各种光学元器件组成。先将光纤101贴附在光滑的玻片上，然后通过真空吸附将玻片吸附在位移平台的吸盘表面，从而将光纤101固定在高精度的位移平台上。通过显微镜观察，粗调和细调物镜与位移平台的位置，使激光203聚焦于光纤101纤芯202中心。

通过调节位移平台，获得优化的光纤101轴向、截面方向、位移平台的移动方向、激光203入射方向的相对位置关系。如图3中所示，调整后，写制光栅过程中，激光203光束沿z轴方向垂直于光纤101轴向方向入射。

通过编写程序控制位移平台及激光挡板来制备切趾光栅103，使激光刻线204保持线长一致且在y轴方向上的位置不变。

但制作不同光栅线102时，刻线在z轴方向的位置不同。一开始远离纤芯202中心位置，到光栅中部时位于纤芯202中心位置，最后又远离纤芯202中心位置。整个过程是缓慢的变化过程，从而在纤芯202形成非均匀的调制包络。光栅折射率调制量中间大，两边小，这可以抑制光栅光谱中的旁瓣，提高光栅光谱的边模抑制比。后续我们还可以通过改变激光刻线204沿z轴方向位置变化的函数，对不同的变化函数进行比较，从而获得具有更高边模抑制比的方法。

第三实施例

图5所示为本申请具体实施例的切趾光纤光栅。

切趾光纤光栅的光栅线102平行于y轴；光栅线102在沿z轴的高度方向上位置相同，光栅线102均处于同一个平面内，该平面平行于xy平面。光栅线102在xy平面的投影沿纤芯202的轴线x轴方向依次排列，且光栅线102之间相互平行。光栅线102在y轴方向（竖直方向）上位置不同：切趾光栅103中部的光栅线102位于纤芯202中心位置，切趾光栅103两端的光栅线102远离纤芯202中心位置。优选的，如图6所示，光栅线102在沿z轴的高度方向上位置相同，光栅线102均位于xy平面内。

组成切趾光栅103的多条光栅线102的长度可以相同，也可以不同。

当多条光栅线102的长度不同时，位于切趾光栅103中部的光栅线102其长度最长；以切趾光栅103中部的光栅线102为中心，从切趾光栅103中部到切趾光栅103两端，光栅线102的长度逐渐减小。

在优选的方案中，多条光栅线102的长度相同。

在光栅线102所处于的平面内，多个光栅线102呈线形排列，可以呈直线分布，也可以呈其他曲线函数分布。

切趾光栅103的光栅线102全部或者大部分形成在纤芯202上。

本实施例的切趾光纤光栅，可以通过以下设备和方法制成。

光栅写制系统主要由飞秒激光器和高精度的位移平台以及各种光学元器件组成。先将光纤101两端夹持在铁制夹具上，然后通过磁场作用将夹具吸附在位移平台表面，从而将光纤101固定在高精度的位移平台上。通过显微镜观察，粗调和细调物镜与位移平台的位置，使激光203聚焦于光纤101纤芯202中心。

通过调节位移平台，获得优化的光纤101轴向、截面方向、位移平台的移动方向、激光203入射方向的相对位置关系。如图5中所示，调整后，写制光栅过程中，激光203光束沿z轴方向垂直于光纤101轴向方向入射。

通过编写程序控制位移平台及激光挡板来制备切趾光栅103，使激光刻线204保持线长一致且在z轴方向上的位置不变。

但制作不同光栅线102时，刻线在y轴方向的位置不同。一开始远离纤芯202中心位置，到光栅中部时位于纤芯202中心位置，最后又远离纤芯202中心位置。整个过程是缓慢的变化过程，从而形成非均匀的调制包络。光栅折射率调制量中间大，两边小，这可以抑制光栅光谱中的旁瓣，提高光栅光谱的边模抑制比。后续我们还可以通过改变激光刻线204沿y轴方向位置变化的函数，对不同的变化函数进行比较，从而获得具有更高边模抑制比的方法。

图7是上述三种具体实施例的切趾光纤光栅其切趾光栅103的耦合系数在光栅中的大小变化示意图。在光栅区中，耦合系数沿光纤101轴向由小变大再变小，体现了飞秒激光对光纤101折射率的非均匀调制。

图8是上述三种具体实施例的切趾光纤光栅其切趾光栅103与均匀光栅的反射谱对比示意图。图中，虚线是均匀光栅反射谱的主旁瓣，实线是切趾光栅103的反射谱。可以看到，本申请的切趾光纤光栅，其反射谱的主旁瓣峰值变小，可提高光纤101光栅反射谱的边模抑制比。

有益效果：

本申请提供的一种切趾光纤光栅，可以抑制光栅光谱中的旁瓣，具有较高的边模抑制比，可减少或避免在波分复用的光栅阵列中各光栅之间的串扰，提高对谐振波长反射峰的寻峰精度，从而可用于研制分布式光栅温度传感系统等领域。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。