并行集成的光纖布拉格光柵及其制作裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及光導纖維技術領域，尤其涉及一種并行集成的光纖布拉格光柵及其制作裝置。該光纖光柵包括實芯光纖，所述實芯光纖的纖芯內沿光纖軸向寫制有多個周期不同的光纖布拉格光柵，各光柵相互間隔一定距離。制作光纖光柵時，通過三維移動平臺控制光纖的運動速度，實現在光纖纖芯中寫制多個用戶設定參數的光纖布拉格光柵，通過三維移動平臺調節各光柵之間的間隔避免光柵之間產生串擾，這種光柵為多波長光纖光柵提供了一種良好的解決方案。利用本實用新型制備并行集成的光纖布拉格光柵，制備方法簡單、成本低廉，獲得的光纖布拉格光柵機械強度高、性能穩定，在光纖通信、光纖傳感和光纖激光器領域具有良好的應用價值。
【專利說明】
并行集成的光纖布拉格光柵及其制作裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及光導纖維技術領域，尤其涉及一種并行集成的光纖布拉格光柵及其制作裝置。
【背景技術】
[0002]多波長光纖光柵是近幾年出現的一種新型光纖器件，其應用范圍已經覆蓋了通信、傳感、激光器以及生物醫學等諸多領域。多波長光纖光柵之所以發展如此迅速，是由于其具有獨特的波長選擇性。
[0003]自QinggeMao等人第一次用多個不同中心波長的光纖光柵級聯制備成多波長光纖光柵以來，多波長光纖光柵的制備方法及理論分析日益成為人們研究的熱點。現在有很多方法刻寫多波長光纖光柵，例如將普通的光纖光柵并聯起來形成多波長光柵，在特殊的光纖(微結構光纖、多摸光纖、雙折射光纖等)上寫制多波長光柵，這些方法都需要價格昂貴的相位掩膜板和特殊的光纖。目前制作多波長光纖光柵的主要方法是利用相位掩膜板法在特殊的光纖上刻寫多波長光纖光柵，采用這種方法時，光柵的中心波長受相位掩膜板限制，而且需要購買特殊光纖，這極大增加了寫制多波長光纖光柵的成本。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種并行集成的光纖布拉格光柵及其制作裝置，不采用相位掩膜板，而在實芯光纖上寫制并行集成的光纖布拉格光柵。本實用新型是這樣實現的:
[0005]—種并行集成的光纖布拉格光柵，包括實芯光纖，所述實芯光纖的纖芯內沿光纖軸向寫制有多個周期不同的光纖布拉格光柵，各光柵相互間隔一定距離。
[0006]進一步地，所述光柵的長度范圍為500微米至2厘米。
[0007]進一步地，各光柵相互平行。
[0008]—種制作如上任種光纖布拉格光柵的制作裝置，包括:
[0009]飛秒激光器、激光能量調節器、快門裝置、CXD相機、雙色鏡、物鏡、三維移動平臺、光纖耦合器、檢測光源、光譜儀；
[0010]所述三維移動平臺用于繃直并固定待加工的實芯光纖，并可帶動所述實芯光纖按設定速度沿X、Y、Z三個方向移動，其中，X方向為光纖軸向，Z方向為所述物鏡的光軸方向，Y方向為與所述X方向和Z方向垂直的方向；
[0011]所述飛秒激光器發出的激光通過所述激光能量調節器調節能量后經所述雙色鏡反射到所述物鏡，再經所述物鏡聚焦，通過調節所述實芯光纖的位置可使所述激光的焦點位于所述實芯光纖的纖芯內；
[0012]所述檢測光源通過所述光纖耦合器與所述實芯光纖連接，所述檢測光源發出的檢測光經所述光纖耦合器后耦合到所述實芯光纖中；
[0013]所述光譜儀用于檢測所述檢測光經所述實芯光纖后的透射光譜和/或反射光譜；
[0014]所述快門裝置設置在所述激光的光路中，用于控制所述激光照射所述實芯光纖的時間間隔和每次照射的時長；
[0015]所述C⑶相機用于通過所述雙色鏡和物鏡采集所述實芯光纖的圖像。
[0016]進一步地，所述激光能量調節器包括半波片和格蘭棱鏡，所述飛秒激光器發出的激光通過所述半波片后進入所述格蘭棱鏡。
[0017]進一步地，所述快門裝置設置在所述激光能量調節器與所述雙色鏡之間的光路中。
[0018]進一步地，所述物鏡為油浸型顯微物鏡，其數值孔徑值為1.25，其油浸液體的射率為 1.445。
[0019]進一步地，所述激光的波長為800納米，脈沖頻率為I千赫茲，脈寬為100飛秒，能量范圍為50納焦至180納焦。
[0020]與現有技術相比，本實用新型不需要采用昂貴的相位掩膜板，通過精密的三維移動平臺控制實芯光纖的位置，實現在實芯光纖的纖芯中寫制多個相互平行并間隔開的不同周期的光柵，通過三維移動平臺控制各光柵之間具有合理間隔可使各光柵之間不產生串擾，這種光柵為多波長光纖光柵提供了一種良好的解決方案。利用本實用新型制備并行集成的光纖布拉格光柵，制備方法簡單、成本低廉，制得的光纖光柵機械強度高、性能穩定，在光纖通信、光纖傳感和光纖激光器領域具有良好的應用價值。
【附圖說明】
[0021]圖1:本實用新型提供的并行集成的光纖布拉格光柵的俯視示意圖；
[0022]圖2:本實用新型提供的并行集成的光纖布拉格光柵的橫截面示意圖；
[0023]圖3:本實用新型提供的并行集成的光纖布拉格光柵的制作裝置結構示意圖；
[0024]圖4:制作并行集成的光纖布拉格光柵過程中每制作完成一個光柵時的反射光譜示意圖；
[0025]圖5:制作并行集成的光纖布拉格光柵過程中每制作完成一個光柵時的透射光譜示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施，對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0027]如圖1所示，并行集成的光纖布拉格光柵包括實芯光纖I，在實芯光纖I的纖芯103內沿光纖軸向寫制有多個光纖布拉格光柵104，每個光柵104具有不同的周期，各光柵104相互平行并相互間隔一定距離。各光柵的長度范圍為500微米至2厘米。從圖1中可以看到，在纖芯103內有三個光柵104，這三個光柵104相互平行，且間隔一定距離，以保證各光柵104之間不產生串擾。各光柵104還可相互平行形成多層，每層至少兩個光柵104。圖1和圖2中，101為涂覆層，102為包層。
[0028]圖3示出了制作上述并行集成的光纖布拉格光柵的制作裝置，結合圖1、2、3所示，該裝置包括飛秒激光器2、激光能量調節器、快門裝置5、CCD相機6、雙色鏡7、物鏡8、三維移動平臺9、光纖耦合器1、檢測光源11、光譜儀12。
[0029]三維移動平臺9用于繃直并固定待加工的實芯光纖I，并可帶動實芯光纖I按照設定速度沿X、Y、z三個方向移動，其中，X方向為實芯光纖I的軸向，通過三維移動平臺9控制實芯光纖I沿X方向的移動速度可控制制得的光柵104的周期，Z方向為物鏡的光軸方向，當寫制完一層光柵104后，通過三維移動平臺9控制實芯光纖I沿Z方向移動一定距離可寫制另一層光柵104，Y方向為與X方向和Z方向垂直的方向，寫制完一個光柵104后，通過三維移動平臺9控制實芯光纖I沿Y軸移動設定距離后可開始寫制下一個光柵，沿Y軸移動的距離為光柵間距。
[0030]飛秒激光器2發出的激光通過激光能量調節器調節能量后經雙色鏡7反射到物鏡8，再經物鏡8聚焦后射出，通過調節實芯光纖I的位置可使激光的焦點落在實芯光纖I的纖芯內。激光的波長為800納米，脈沖頻率為I千赫茲，脈寬為100飛秒，能量范圍為50納焦至180納焦，激光能量調節器可在該能量范圍內對激光能量進行調節。激光能量調節器具體包括一個半波片3和一個格蘭棱鏡4，飛秒激光器2發出的激光通過半波片3后進入格蘭棱鏡4，并從格蘭棱鏡4射出，然后入射到物鏡8。通過旋轉半波片3就可調節入射激光能量強度，物鏡8采用油浸物鏡，其數值孔徑值為1.25，選用與光纖材料相近油浸液體，油浸液體折射率為1.445。通過三維移動平臺9調節實芯光纖I的位置可精確地將激光焦點定位到實芯光纖I的纖芯內需要制備光柵104的位置。
[0031]為在制備光柵104過程中對制得的光柵104的透/反射光譜進行實時監測，該制作裝置還包括檢測光源11和光譜儀12。檢測光源11通過光纖耦合器10與實芯光纖I連接，檢測光源11發出的檢測光經光纖耦合器10耦合到實芯光纖I中。光譜儀12用于檢測檢測光經實芯光纖I后的透射光譜和/或反射光譜。當光譜儀12通過光纖耦合器10與實芯光纖I的首端連接時，可檢測制得的各光柵104的反射光譜，當光譜儀12連接到實芯光纖I的末端(如圖3虛線所示)時，可檢測制得的各光柵104的透射光譜。光纖耦合器10可采用插入損耗為3dB的光纖親合器。
[0032]快門裝置5設置在激光的光路中，具體可設置在所述激光能量調節器與雙色鏡7之間的光路中，用于控制激光照射實芯光纖I的時間間隔和每次照射的時長。CCD相機6用于通過雙色鏡7和物鏡8采集實芯光纖I的圖像，通過CCD相機6可觀察和采集到實芯光纖I中激光焦點及附近位置的圖像，便于觀察光柵104制作過程。
[0033]寫制各光柵104時，通過光譜儀12實時監測記錄所制得的各光柵104的反射光譜和透射光譜。圖4中由上到下的三個光譜分別是制得三個光柵104時的反射光譜，圖5中由上到下的三個光譜分別是制得三個光柵104時的透射光譜。由圖4和圖5可以看出，各光柵104之間沒有產生串擾，各光柵104的光譜相互不受影響。
[0034]相比傳統制備方法，本實用新型制作方法靈活，可應用在任何類型的實芯光纖I中。通過調節激光能量、光柵周期、光柵長度等參數能極大提高光纖光柵104的寫制效率，獲得高質量的光纖光柵104，并保證光柵104具有穩定的機械強度和性能。本實用新型所制得的并行集成的光纖布拉格光柵104在在光纖通信、光纖傳感和光纖激光器領域具有良好的應用價值如:(I)基于并行集成的光纖布拉格光柵104的濾波器:光纖光柵104作為一種光纖濾波器，并行集成的光纖布拉格光柵104可作為多波長光纖濾波器；(2)基于并行集成的光纖布拉格光柵104的溫度、應變傳感器:例如對本實用新型制作的光纖光柵104的其中一個樣品測試，溫度靈敏度為12pm/°C，應變敏感度可達到lpm/με ; (3)基于多波長光纖光柵104的波長選擇器件:對本實用新型制作的并行集成的光纖布拉格光柵104的其中一個樣品進行高溫測試，在100tC條件下保持12小時后，光纖光柵104沒有衰退，具有非常好的高溫穩定性，因此可用于高功率光纖激光器系統。
[0035]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種并行集成的光纖布拉格光柵，其特征在于，包括實芯光纖，所述實芯光纖的纖芯內沿光纖軸向寫制有多個周期不同的光纖布拉格光柵，各光柵相互間隔一定距離。2.如權利要求1所述的光纖布拉格光柵，其特征在于，所述光柵的長度范圍為500微米至2厘米。3.如權利要求1所述的光纖布拉格光柵，其特征在于，各光柵相互平行。4.一種制作如權利要求1-3中所述的光纖布拉格光柵的制作裝置，其特征在于，包括: 飛秒激光器、激光能量調節器、快門裝置、CCD相機、雙色鏡、物鏡、三維移動平臺、光纖耦合器、檢測光源、光譜儀； 所述三維移動平臺用于繃直并固定待加工的實芯光纖，并可帶動所述實芯光纖按設定速度沿X、Y、Z三個方向移動，其中，X方向為光纖軸向，Z方向為所述物鏡的光軸方向，Y方向為與所述X方向和Z方向垂直的方向； 所述飛秒激光器發出的激光通過所述激光能量調節器調節能量后經所述雙色鏡反射到所述物鏡，再經所述物鏡聚焦，通過調節所述實芯光纖的位置可使所述激光的焦點位于所述實芯光纖的纖芯內； 所述檢測光源通過所述光纖耦合器與所述實芯光纖連接，所述檢測光源發出的檢測光經所述光纖耦合器后耦合到所述實芯光纖中； 所述光譜儀用于檢測所述檢測光經所述實芯光纖后的透射光譜和/或反射光譜； 所述快門裝置設置在所述激光的光路中，用于控制所述激光照射所述實芯光纖的時間間隔和每次照射的時長； 所述CCD相機用于通過所述雙色鏡和物鏡采集所述實芯光纖的圖像。5.如權利要求4所述的制作裝置，其特征在于，所述激光能量調節器包括半波片和格蘭棱鏡，所述飛秒激光器發出的激光通過所述半波片后進入所述格蘭棱鏡。6.如權利要求4所述的制作裝置，其特征在于，所述快門裝置設置在所述激光能量調節器與所述雙色鏡之間的光路中。7.如權利要求4所述的制作裝置，其特征在于，所述物鏡為油浸型顯微物鏡，其數值孔徑值為1.25，其油浸液體的射率為1.445。8.如權利要求4所述的制作裝置，其特征在于，所述激光的波長為800納米，脈沖頻率為I千赫茲，脈寬為100飛秒，能量范圍為50納焦至180納焦。
【文檔編號】G02B6/02GK205427228SQ201620156823
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月1日
【發明人】王僑, 廖常銳, 王義平
【申請人】深圳大學