一种可调控双折射的光纤光栅制备装置

1.本实用新型涉及光纤光栅制备技术领域，尤其涉及一种可调控双折射的光纤光栅制备装置。


背景技术：

2.光纤光栅具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、体积小、能大规模组网等一系列优异性能，是光纤通信和光纤传感等领域中的重要器件。
3.偏振相关损耗是指输入光信号在所有偏振状态下其传输功率的最大变化，主要用来衡量光器件或光学系统对传输光偏振态的敏感程度，是光纤光栅的一个重要参数。在光纤通信领域中，过高的偏振相关损耗会增加误码率；在光纤传感领域中，偏振相关损耗会影响光纤光栅的反射光谱稳定性，从而影响光栅的测量精度；光纤光栅的偏振相关损耗主要是由双折射引起，当激光诱导的折射率调制区并非圆对称时，光纤光栅的双折射会大大增加。
4.利用基于紫外连续激光的相位掩膜板法在光纤纤芯写制光纤光栅，形成的折射率调制区完全覆盖纤芯，可以获得较低的双折射系数，从而降低了光纤光栅的偏振相关损耗。然而，基于紫外连续激光制备的光纤光栅需要对光纤进行增敏处理，获得的光栅通常是i型光栅，不能在高温环境下长时间稳定工作，在高温传感领域受到很大限制。利用飞秒激光相位掩膜板法可以制备ⅱ型光栅，大大提高光纤光栅的耐受温度，并且无需对光纤进行增敏处理。但是，写制光纤光栅波分复用阵列时需要不同周期的相位掩膜板，灵活性大大下降。利用飞秒激光逐点法可以灵活地制备不同周期的耐高温光纤光栅。然而，飞秒激光经物镜聚焦后，在光纤纤芯截面形成椭圆形聚焦点，并非是圆形聚焦点，从而引发双折射现象，导致偏振相关损耗增加，进而影响光纤光栅在光纤传感和光纤通信中的应用。
5.另外，在某些特定场景中，高双折射光纤光栅也具有重大的应用价值。随着科技的发展以及5g技术的广泛部署应用，人工智能的时代正在来临。智能机器人可以在一些极端环境下代替人工工作，避免一些危险事情发生，因此具有重大的发展价值。
6.高双折射光纤光栅传感器可应用在智能机器人手指作为压力传感器，当机器人手指感受到不同压力时，传感器都能得到实时的感知与反馈。当沿着高双折射光纤光栅传感器不同方向施加外界压力时，传感器会有不同的光谱响应，通过光谱仪或者偏振分析解调系统，可以解调出高双折射光纤光栅偏振光谱的变化，从而获得不同方向的横向压力响应。高双折射光纤光栅传感器是一种优良的横向压力传感器。


技术实现要素：

7.鉴于上述需求，本实用新型的目的在于提供一种可调控双折射光纤光栅的制备装置，旨在实现对光纤光栅双折射的调控，以便获得所需要的高双折射光纤光栅或低双折射光纤光栅。
8.本技术提供的一种可调控双折射的光纤光栅制备装置，包括：激光加工光路系统、
位移平台；所述激光加工光路系统包括激光器装置、激光整形装置、和控制装置；
9.所述激光整形装置用于对激光器装置发射的激光进行整形处理，经整形处理的激光聚焦到光纤上；所述控制装置与激光整形装置相连接，用于控制并调整激光整形装置；
10.位移平台用于带动光纤移动，以便使激光在光纤上诱导形成折射率调制区域，从而形成光纤光栅。
11.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述激光整形装置为狭缝整形装置、空间光调制器、或双柱透镜。
12.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述激光器装置包括飞秒激光器、倍频器、光学组件、双色镜及ccd。
13.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述光学组件包括衰减器和控制激光的快门装置；所述衰减器包括半波片和格兰棱镜。
14.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，其还包括激光聚焦装置，经整形处理的激光经过激光聚焦装置后聚焦到光纤上。
15.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，其还包括偏振分析解调装置，所述偏振分析解调装置用于测试光纤光栅的双折射，并根据双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异获得激光整形装置所需要调整参数。
16.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述控制装置与激光整形装置相连接并根据调整参数来调整激光整形装置。
17.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，偏振分析解调装置包括可调谐激光器，偏振分析仪，光功率计和智能终端；
18.所述可调谐激光器与偏振分析仪的输入端口连接，所述偏振分析仪的输出端口与光纤光栅第一端连接；所述光纤光栅的第二端与光功率计连接；所述偏振分析仪、光功率计均与智能终端连接；
19.所述智能终端根据光功率计探测到的光纤光栅对应的两个偏振态在不同波长下的功率值大小，从而得到两个偏振态中心波长的差异，计算光纤光栅的双折射；
20.所述智能终端根据计算得到的双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异与激光整形装置的调整参数之间的对应关系，获得激光整形装置所需要调整参数。
21.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述智能终端中预存有双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异值与激光整形装置的调整参数之间的对应关系相应数据。
22.本技术所提供的一种光纤光栅制备装置，所述智能终端与控制装置相连接。
23.本实用新型具有如下有益效果：
24.本技术提供的一种可调控双折射的光纤光栅制备装置，不仅可以制备出低双折射光纤光栅，降低光传输过程中的偏振相关损耗，提高光器件的传输质量，无论在光纤通信或者在光纤传感中，都有较高的利用价值；还可以制备出高双折射光纤光栅，用于智能机器人自主感知的横向压力传感器。
附图说明
25.图1是本技术的一种可调控双折射的光纤光栅制备装置的结构简化图；
26.图2是本技术的一种可调控双折射的光纤光栅制备装置的结构示意图；
27.图3是本技术的可调控双折射光纤光栅制备方法的第一实施例所对应的制备装置部分结构示意图；
28.图4是本技术的可调控双折射光纤光栅制备方法的第二实施例所对应的制备装置部分结构示意图；
29.图5是本技术的可调控双折射光纤光栅制备方法的第三实施例所对应的制备装置部分结构示意图；
30.图6是通过本技术的可调控双折射光纤光栅制备方法所得到的光纤光栅的折射率调制区域横截面的椭圆度示意图。
31.附图标注：
32.激光器装置10、激光整形装置20、激光聚焦装置30、夹持移动装置40、偏振分析解调装置50、飞秒激光器101、倍频器102、光学组件103、ccd 104、双色镜105、可调谐激光器501、偏振分析仪502、功率计503、智能终端504、狭缝整形装置31、光纤601、光纤光栅602、空间光调制器32、分束镜33、双柱透镜34。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。
34.为了使本实用新型的目的、技术方案及优势更加清晰、明确，结合以下参考的附图及示范性实施例，将对本实用新型进行进一步的详细说明。然而，本实用新型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实用新型的具体细节。
35.本技术提供了一种可调控双折射的光纤光栅制备装置。
36.如图1、图2所示，本实用新型提供的一种可调控双折射的光纤光栅602制备装置，包括激光加工光路系统、位移平台、偏振分析解调装置50。
37.其中，激光加工光路系统包括激光器装置10、激光整形装置20、激光聚焦装置30、夹持移动装置40。
38.其中，其中，激光器装置10用于向激光整形装置20发射激光，激光器装置10包括飞秒激光、倍频器102、光学组件103、ccd104、双色镜105。其中，光学组件103包括衰减器和控制激光的快门装置；衰减器可由半波片和格兰棱镜构成。
39.激光整形装置20用于对激光器装置10发射的激光进行整形处理，本技术具体实施例的激光整形装置20为狭缝整形装置31、空间光调制器32、或双柱透镜。
40.经整形处理的激光经激光聚焦装置30聚焦到光纤601上。激光聚焦装置30为物镜30。
41.夹持移动装置40包括光纤601夹具和位移平台40。位移平台例如为高精度三维电动平台。位移平台用于带动光纤601移动，以便使激光在光纤601上诱导形成折射率调制区域，从而形成光纤光栅602。
42.光纤光栅制备装置还包括控制装置。控制装置与激光整形装置相连接，用于控制并调整激光整形装置。当激光整形装置20为狭缝整形装置31时，控制装置包括驱动机构例如电动控制旋钮，每旋转一个角度，狭缝的宽度大小就会一定的变化。当激光整形装置20为空间光调制器32时，通过控制装置直接编码，生成相应的全息图，光经过空间光调制器后，
光就会被调制。当激光整形装置20为双柱透镜时，控制装置包括驱动机构例如电动移动装置，双柱透镜的两个透镜可安装在控制装置的电动移动装置上，通过控制装置改变两个透镜的位置，从而对光进行调控。
43.本技术的一种可调控双折射的光纤光栅602制备装置，利用控制装置控制并调整激光整形装置，使进入物镜前的圆形光斑变成线形光斑，通过改变激光整形装置的参数，可实现对光纤光栅双折射的调控，获得一种可调控双折射光纤光栅。本技术提供的一种可调控双折射的光纤光栅制备装置，不仅可以制备出低双折射光纤光栅，降低光传输过程中的偏振相关损耗，提高光器件的传输质量，无论在光纤通信或者在光纤传感中，都有较高的利用价值；还可以制备出高双折射光纤光栅，用于智能机器人自主感知的横向压力传感器。
44.本实用新型提供的一种可调控双折射的光纤光栅602制备装置，还包括偏振分析解调装置50。
45.偏振分析解调装置50用于测试光纤光栅602的双折射，并根据双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异获得激光整形装置20所需要调整参数。
46.控制装置与激光整形装置20相连接并根据调整参数来调整激光整形装置20。
47.本技术具体实施例的偏振分析解调装置50包括可调谐激光器501，偏振分析仪502，光功率计503和智能终端504。
48.可调谐激光器501与偏振分析仪502的输入端口连接，偏振分析仪502的输出端口与光纤光栅602第一端连接。光纤光栅602的第二端与光功率计503连接，偏振分析仪502、光功率计503均与智能终端504连接。
49.其中，智能终端504用于根据光功率计503探测到的光纤光栅602两个正交偏振态在不同波长下的功率值大小，从而得到两个偏振态波长的差异，并计算光纤光栅602的双折射；
50.智能终端504，进一步还根据计算得到的双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异与激光整形装置20的调整参数之间的对应关系，获得激光整形装置20所需要调整参数。智能终端504例如为电脑。智能终端504与控制装置连接。
51.本技术还提供了一种可调控双折射的光纤光栅602制备方法，包括以下步骤：
52.步骤s1：将光纤601设置在位移平台上；
53.步骤s2：使激光器装置10发射的激光经激光整形装置20整形处理后由圆形光斑变成线形光斑；将整形处理后的激光聚焦到光纤601上某个区域；
54.位移平台带动光纤601移动，使激光在光纤601上诱导形成折射率调制区域，形成光纤光栅602；
55.步骤s3：通过偏振分析解调装置50测试光纤光栅602的双折射，比较双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异；
56.步骤s4：如双折射数据的反馈值与预设定目标值之间存在差异，则根据双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异获得激光整形装置20所需要调整参数；根据调整参数对激光整形装置20进行调整，执行步骤s2以便实现对光纤光栅602双折射的调控。
57.在步骤s4，根据调整参数对激光整形装置20进行调整后，再执行步骤s2进行下一个光栅的写制，可以获得所需要双折射率的光纤光栅602。
58.也可以执行多次步骤s2~ 步骤s4，直至步骤s3中双折射数据的反馈值与预设定目
标值相同，并得到我们所需的光栅。
59.本技术具体实施例，在步骤s3中通过偏振分析解调装置50测试光纤光栅602的双折射的方法包括：
60.可调谐光进入偏振分析仪502后分解为两个波长相同的正交偏振态；两个正交偏振态进入光纤光栅602，光纤光栅602的双折射使两个正交偏振态波长发生偏移；
61.智能终端504根据光功率计503探测到的光纤光栅602在不同波长下的功率值大小得到两个偏振态波长的差异，计算光纤光栅602的双折射。
62.本技术具体实施例，在步骤s4中，所述智能终端504根据计算得到的双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异与激光整形装置20的调整参数之间的对应关系，获得激光整形装置20所需要调整参数。
63.在步骤s1中，将需要加工的光纤601放置在高精度三维电动平台上，一端用夹具夹紧并固定，另外一端施加预应力使其水平且绷直，然后用夹具夹紧并且固定。
64.在步骤s2中，调整激光整形装置20的结构、设置相应的参数，使进入物镜前的激光圆形光斑变成线形光斑，并使该光斑平行光纤601的轴向方向。利用物镜进行观察，不断调整光纤601位置，使光纤601的轴线方向与飞秒激光互相垂直，使得飞秒激光聚焦于光纤601上某个区域，例如聚焦在光纤601纤芯中心位置处。设置好合适的激光能量及其他相关参数后。控制位移平台开始匀速运动，线形光斑在光纤601纤芯上诱导形成折射率调制区，形成光纤光栅602。
65.在步骤s3中，可调谐激光器501输出端通过单模跳线与偏振综合仪的的输入端进行连接光进入偏振分析仪502后分解为各种偏振态，据穆勒矩阵合成所需te、 tm两个模式的偏振态，这两个偏振态为两个波长相同的正交偏振态。偏振综合仪的输出端与待测光纤光栅602样品连接，将这两个偏振态输出到光纤光栅602样品中。
66.本来这两个偏振态波长是相同的，但由于样品的双折射，两个偏振态经过待测光纤光栅602样品后，两个波长有了偏移。利用光功率计503可探测光纤光栅602样品在不同波长下的功率值大小，智能终端504显示出这两个偏振态的谱形，可知两个偏振态经过光纤光栅602样品后的变化；智能终端504根据这两个偏振态波长的差异、两个波长的偏移量，可以计算光纤光栅602样品的双折射。计算得到的双折射反馈值与我们预设定的双折射目标值的大小进行比较，可得到两者之间存在的差异。
67.本技术具体实施例，智能终端504中的计算机软件，用于根据双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异, 以及具体差异量与激光整形装置20的调整参数之间的对应关系，来生成对激光整形装置20的调控参数。
68.例如，狭缝先经过提前标定，狭缝宽度改变多少量，能增加或者减小多少双折射。从而使得双折射数据的反馈值与预设定目标值之间的差异值，与激光整形装置20的调整参数之间建立起对应关系，并且相应的数据可预先存储在智能终端504中。
69.本技术通过计算机软件可以自动计算得到相应的调整数据。利用获取的光纤光栅602的双折射计算得出所需要调整数据的计算过程或实现方法为现有技术，在本实用新型中不详加赘述。
70.在步骤s4中，根据调整参数进一步调控激光整形装置20的参数，通过改变激光整形装置20的参数，可改变激光诱导的光纤光栅602的折射率调制区域横截面的椭圆度，从而
实现对光纤光栅602折射率调制区域横截面的椭圆度的修正，制备出所需光纤光栅602。
71.第一实施例
72.如图3所示，是一种可调控双折射的光纤光栅制备方法的第一实施例，在该实施例中，激光整形装置20为狭缝整形装置31。通过调整狭缝整形装置31的位置和宽度等参数，使飞秒激光穿过狭缝形成线形光斑，使线形光斑与光纤601的轴向方向平行。在步骤s4中，调控狭缝的参数，例如通过调整狭缝的宽度，可改变光纤光栅602折射率调制区域横截面的椭圆度，实现对光纤光栅602双折射的调控。
73.可以通过电动控制狭缝的参数，改变光纤光栅602折射率调制区域横截面的椭圆度，实现由图6所示的椭圆度调控：由较大光栅椭圆度a（椭圆形长短轴比例大于1）变为较小光栅椭圆度b（椭圆形长短轴比例接近或等于1），再变为较大光栅椭圆度c（椭圆形长短轴比例大于1）。
74.控制装置与狭缝整形装置31相连接，控制装置可实现对狭缝的参数自动调控。
75.利用该方法制备可调控双折射光纤光栅602，简易方便，成本较低，但激光能量利用率低。
76.第二实施例
77.图4所示，是一种可调控双折射的光纤光栅制备方法的第二实施例，在该实施例中，激光整形装置20为空间光调制器32，空间光调制器32将激光整形为线形斑。
78.与实施例一不同的是，本实施例，是通过调整空间光调制器32及分束镜33的位置，改变空间光调制器32的参数，如空间光调制器32上光分布的振幅、强度和光分布的相位，使飞秒激光穿过分束镜33，再经空间光调制器32、分束镜33反射后形成线形光斑。
79.与实施例一不同的是，本实施例在步骤s4中，根据调整数据来改变空间光调制器32上光分布的振幅、强度和相位等，来调整修正光纤光栅602折射率调制区域横截面的椭圆度，从而调控光纤光栅602的双折射。
80.利用该方法制备可调控双折射光纤光栅602，灵活多变，通过改变空间光调制器32上光分布的振幅、强度和相位等，可将激光整形成各种所需形状。
81.第三实施例
82.图5所示，是一种可调控双折射的光纤光栅制备方法的第三实施例，在该实施例中，激光整形装置20为双柱透镜。
83.与实施例一不同的是，本实施例在步骤s3中，由激光整形装置20对激光进行整形处理时，通过调整双柱透镜的两个柱透镜之间位置，使飞秒激光穿过双柱透镜后形成合适宽度的线形光斑。
84.与实施例一不同的是，本实施例在步骤s4中，是根据调整数据来改变双柱透镜的两个柱透镜之间位置，来调整修正光纤光栅602折射率调制区域横截面的椭圆度，从而调控光纤光栅602的双折射。
85.利用该方法制备可调控双折射光纤光栅602，激光能量利用率高。
86.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利保护范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而
言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。