一種光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖光柵制備領域，尤其涉及一種光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著光纖傳感器應用規模不斷擴展、傳感能力快速增強、傳感種類日益豐富，光纖傳感技術正朝著高性能、密集化和網絡化的方向持續發展，發展新一代大容量密集光纖傳感器網絡已成為新一輪信息化浪潮的重大課題。
[0003]眾所周知，光纖傳感網絡的大容量可歸納如下:一是測量點數多，如大飛機結構的智能檢測往往需要多達成千上萬點數的傳感測量；二是測量密集度高，如單纖中對局部位置的被測量進行密集精確測量。目前有些光纖傳感網絡能實現上千點數的傳感，但不能實現密集測量；有些光纖傳感網能滿足密集測量要求，但測量點數和距離有限。因此，研究開發同時具有多點數和密集性的大容量光纖傳感網絡具有重要應用前景。
[0004]光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)為光纖傳感技術開辟了一個全新領域。利用波長調制解調可以實現密集測量，但在光纖光柵波分復用解調(WDM)傳感系統中，光柵傳感器復用數量受光源帶寬、光柵帶寬以及相鄰光柵波長間隔影響，復用數量有限，遠遠滿足不了大容量組網要求。有人提出了全同光柵和編碼光柵時分復用解調(TDM)技術來提高了光柵復用容量，但仍然沒有解決焊點多、損耗大和抗機械性能差等問題，從而限制了大容量網絡發展。單一的組網技術已無法滿足大容量密集要求，因此混合復用技術是大容量光纖傳感網絡的必然趨勢。WDM/TDM混合復用網絡結合WDM和TDM兩種方法優點，是在時間域和波長域二維空間應用的混合網絡。光源經調制器發出的光脈沖信號進入FBG陣列，各FBG反射的波長信號由光電探測器在時序上分開或各光柵反射的時域信號由探測器在波長上分開。這種技術不僅能夠復用大量的FBG傳感器，同時在時分基礎上進行光柵位置分區，并通過波長識別在位置分區內實現FBG傳感器密集分布。
[0005]WDM/TDM混合復用光纖光柵傳感網絡之所以還沒有得到很好應用，關鍵難點之一是復合組網的光柵陣列精準制作，光柵陣列的連續動態制備一般是采用光纖拉絲塔在線寫入方法制作光柵，德國光子技術研究所(Institute of Photonic Technology)從2003年致力于拉絲光柵制作，使用Talbot干涉儀實施多波長光柵陣列的制備，利用雙反射鏡將相位掩模板的±1級衍射光反射相交形成干涉，實現移動光纖上的光柵刻寫；由于光束分路干涉法對兩束相干光的相交角度非常敏感，實際中很難用反射鏡角度調節精確控制FBG的中心波長，從報道技術指標看，單一波長光柵陣列的Bragg波長一致性較差，波長覆蓋寬度高達0.4nm ;對于光柵陣列的多波長解調而言，無疑會減少各光柵的工作帶寬和有效工作波長數。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中實施多波長光柵陣列存在波長精度控制差的缺陷，提供一種基于多波長相位掩模板陣列一維平移的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置及方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0008]本發明提供一種光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置，包括一維平移臺和相位掩模板陣列，所述一維平移臺上設置有用于固定和調節所述相位掩模板陣列的可移動夾具；
[0009]所述相位掩模板陣列包括基片和所述基片上設置的多個形狀、大小均相同的相位掩模干涉區，所述相位掩模干涉區密集等間距的排列在所述基片中；
[0010]所述夾具沿所述一維平移臺移動，并帶動所述相位掩模板陣列移動，使固定的激光束輻射到不同的所述相位掩模干涉區上。
[0011]進一步地，本發明的所述的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置中，所述相位掩模板陣列的相位掩模干涉區的條紋周期λ P λ2，λ3，λ4，…，λη3，λη2，λη1，λη依次等間距增加或減少。
[0012]進一步地，本發明的所述的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置中，正向間隔的所述相位掩模干涉區的條紋周期依次為A1, λ2，…，λη/21，λη/2，反向間隔的所述相位掩模干涉區的條紋周期依次為λη/2+1，λη/2+2，…，λη1，λη，滿足A1, λ2，λ3，…，λη/21，
入 η/2，入 η/2+1，入 η/2+2，...，入 η I，
λ η依次等間距增加或減少，η為偶數。
[0013]進一步地，本發明的所述的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置中，所述一維移動臺上還設置有伺服控制機構、雙燕尾槽軌道以及絲桿；
[0014]進一步地，本發明的所述的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置中，所述絲桿一端與所述伺服控制機構連接，所述夾具底部通過絲桿螺母與所述絲桿連接，所述伺服控制機構帶動所述絲桿轉動，使所述夾具沿所述雙燕尾槽軌道移動。
[0015]進一步地，本發明的所述的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置中，所述基片為一.氧化娃材質。
[0016]所述伺服控制機構的步長與所述相位掩模干涉區的水平方向的寬度一致。
[0017]本發明提供一種光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換方法，具體步驟為:
[0018]設置相位掩模板陣列，相位掩模板的周期按照單向遞增或遞減的方式排列；
[0019]移動相位掩模板陣列至初始位置，使激光束輻射到第一塊相位掩模干涉區上；
[0020]完成該初始位置的光棚■制備后，移動相位掩t吳板陣列使激光束福射到相鄰的一塊相位掩模干涉區上，直到完成所有波長的光柵組的制備。
[0021]本發明提供一種光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換方法，具體步驟為:
[0022]設置相位掩模板陣列，相位掩模板的周期按照雙向依次遞增或遞減的方式排列；
[0023]移動相位掩模板陣列至初始位置，使激光束輻射到第一塊相位掩模干涉區上；
[0024]完成該初始位置的光柵制備后，移動相位掩模板使激光束輻射到間隔的一塊相位掩模干涉區上，直到完成整個陣列周期數的一半，再控制其向反方向間隔移動，在一個往返移動中完成所有波長的光柵組的制備。
[0025]本發明產生的有益效果是:本發明的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置，通過將相位掩模板陣列固定在一維平移臺上，并使用伺服控制機構帶動夾具移動，使相位掩模板的干涉區能夠穩定的實現波長一致良好的光柵在線制備；通過多個相位掩模板之間的相互切換實現多波長有序排列的光柵陣列的制備；通過對多相位掩模板陣列的波長進行周期性排列，保證了多波長光柵陣列在光纖上均勻等距的制備，裝置結構簡單，控制實施容易，掩模板切換速度快，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0026]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0027]圖1是本發明實施例的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置的結構示意圖；
[0028]圖2是本發明實施例的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置的一種排列方式的相位掩模板陣列的示意圖；
[0029]圖3是本發明實施例的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置的另一種排列方式的相位掩模板陣列的示意圖；
[0030]圖中1-一維平移臺，101-伺服控制機構，102-雙燕尾槽軌道，103-絲桿，2-夾具，3-相位掩模板陣列，301-基片，302-相位掩模干涉區，4-激光束。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0032]如圖1所示，本發明實施例的光纖光柵陣列在線制備多波長有序切換裝置，包括一維平移臺I和相位掩模板陣列3，一維平移臺I上設置有用于固定和調節相位掩模板陣列3的可移動夾具2 ；
[0033]相位掩模板陣列3包括基片301和基片301上設置的多個形狀、大小均相同的相位掩模干涉區302，相位掩模干涉區302密集等間距的排列在基片301中；基片301為二氧化硅材質，或石英玻璃。
[0034]夾具2沿一維平移臺I移動，并帶動相位掩模板陣列3移動，使相對于一維平移臺I固定的激光束4輻射到不同的相位掩模干涉區302上，從而實現不同波長的光柵制備。
[0035]一維移動臺I上還設置有伺服控制機構101，雙燕尾槽軌道102，以及絲桿103 ;絲桿103 —端與伺服控制機構101連接，夾具2底部通過絲桿螺母與絲桿103連接，伺服控制機構101帶動絲桿103轉動，使夾具2沿雙燕尾槽軌道102移動，伺服控制機構101的步長與相位掩模干涉區302的水平方向的寬度一致。
[0036]本發明實施例的相位掩模干涉區302有兩種排列方式:
[0037]如圖2所示，相位掩模干涉區302的條紋的周期A1, λ 2，