CN103616742B - 一种啁啾光纤光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种啁啾光纤光栅的制作方法。本发明采用聚合物对均匀周期光纤光栅进行封装，在制作过程中通过高温固化、室温固化和低温老化等措施使得聚合物内部产生沿轴向变化的非均匀应力分布，该非均匀应力施加于均匀周期光纤光栅既产生轴向非均匀周期分布的应变，同时也产生非均匀周期分布的等效折射率，从而实现了啁啾光纤光栅的制作。与此同时，本发明在制作过程中通过聚合物对光纤光栅栅格区的裸纤进行封装，制成的啁啾光纤光栅不存在裸纤区域，为啁啾光纤光栅的实用化应用提供了极大便利，因此在啁啾光纤光栅制作领域具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅制作技术领域，具体涉及一种啁啾光纤光栅的制作方法。
背景技术
啁啾光纤光栅是一种重要的光纤光学器元器件。啁啾光纤光栅的栅格周期或有效折射率是不均匀的，导致沿光栅长度的不同点处反射波长不同，可用于实现色散补偿，因此啁啾光纤光栅在光纤通信和光纤光学设备中具有广泛的应用。
啁啾光纤光栅一般通过两类方法制作原理：第一类，采用不均匀的光栅周期，即光纤光栅的栅格周期随长度变化；第二类，采用不均匀的有效折射率，即光纤光栅的栅格周期是均匀的，但栅格周期内的波导介质的有效折射率调制深度随长度变化。目前的啁啾光纤光栅制作方法有：二次曝光法、弯曲法、光纤倾斜法、锥型光纤纵向应力法、锥型纤芯法、温度梯度法、复合啁啾光栅法等。然而对于啁啾光纤光栅而言，这些制作方法复杂，制作工艺繁难。另外，通常啁啾光纤光栅在制作过程中需要去除光纤包层，导致制作完毕的啁啾光纤光栅在栅格区域存在裸纤，造成在实际使用过程中易碎，使用非常不便，所有这些问题都是限制啁啾光纤光栅发展和应用必须要面对的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新颖的啁啾光纤光栅的制作方法，以克服已有技术的不足。
本发明考虑到均匀周期光纤光栅的制作方法和工艺较为成熟，且成本低廉，因此利用成熟的均匀周期光纤光栅的制作方法和工艺制作出均匀周期光纤光栅之后，再通过聚合物封装均匀光纤光栅，以有效保护裸纤区域，同时在聚合物封装过程中，通过控制封装工艺使得聚合物内部产生沿轴向变化的非均匀应力分布，该非均匀应力施加于均匀周期光纤光栅时，既产生轴向非均匀周期分布的应变，同时又产生非均匀周期分布的等效折射率，从而实现了啁啾光纤光栅的制作成功。由于该啁啾光纤光栅不存在裸纤，这为啁啾光纤光栅的实用化应用提供了极大便利。
本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1：将已有的栅格区裸纤长度为L的均匀周期光纤光栅（1）与光纤耦合器（10）、宽带光源（12）和光谱仪（11）相连接，并测量该光纤光栅（1）在自由伸直状态下的反射谱中心波长数值W；
步骤2：根据裸纤长度L，用金属铝制作一个长度为1.5L、内径为10～15mm的筒状体模具（3）,又在筒状体模具（3）两端配设中心有通孔的活动平板（4）；并用金属铝制作一个长度为4L、宽为80～100mm的固定平板（5），将筒状体模具（3）固定于固定平板（5）上；
步骤3:将步骤1所述光纤光栅（1）穿过活动平板（4）的中心通孔，并位于筒状体模具（3）的轴中心线，且光纤光栅（1）一端通过光纤固定夹具（6）固定于固定平板（5），光纤光栅（1）另一端通过螺旋测微计（7）固定于固定平板（5）上；
步骤4：调节所述螺旋测微计（7）向两侧拉动光纤光栅（1）以对其施加张力，并以光谱仪（11）实时监测光纤光栅（1）的反射峰中心波长；当光谱仪（11）检测到反射峰中心波长数值比步骤1所述W数值大10-4时，螺旋测微计（7）停止拉伸，然后通过光纤固定夹具（13）固定拉伸后的光纤，而后移走螺旋测微计（7）；
步骤5：将聚合物与相应的固化剂按比例10：1配胶并加热到熔融状态，并在加热过程中搅拌均匀排除气泡；而后将所述熔融状态的聚合物缓慢倒入上述筒状体模具（3）中，至完全充满模具；
步骤6：将固定平板（5）放入温箱中进行80-100度的高温固化，高温固化时间为1-2小时；高温固化结束后从温箱中取出固定平板（5），将光纤固定夹具（6）移走，放在室温下固化，室温固化时间为1-2小时；
步骤7：将固定平板（5）放入温箱中进行50-60度的低温老化，老化时间在10-15小时，低温老化结束后取出固定平板（5），断开光纤焊接点9，移走光纤固定夹具（13），开模并取出封装后的光纤光栅（1），即得到了啁啾光纤光栅。
所述步骤1的均匀周期光纤光栅（1）为光纤布拉格光栅。
所述步骤5的所述聚合物为环氧聚氨酯，所述的固化剂是异氰酸酯固化剂。
所述步骤3和4的光纤固定夹具（6）、光纤固定夹具（13）和和螺旋测微计（7）与固定平台（5）之间固定连接。
上述步骤5至7过程中，光谱仪（11）和宽带光源（12）加电工作，实时监测光纤光栅（1）的反射峰数据，以确保封装过程中光纤光栅反射谱线正常，防止光纤光栅意外受力断裂。
本发明在制作过程中并不是全程对光纤光栅施加张力，仅在高温固化阶段对光纤光栅施加张力，使聚合物由熔融状态转换为固态；而后在室温固化阶段将施加在光纤光栅两端的张力释放，高温与室温的温度差异在聚合物内部产生应力，且沿光纤轴向非均匀周期变化，既产生轴向非均匀周期分布的应变，同时产生非均匀周期分布的等效折射率；而后通过低温老化措施将该聚合物内部应力得以巩固，从而制成了啁啾光纤光栅。
本发明是通过聚合物封装均匀周期光纤光栅的方法获得啁啾光纤光栅，同时通过封装提供了对裸纤区域的有效保护。由于均匀周期光纤光栅的制作工艺发展成熟、成本低廉，从而对制作啁啾光纤光栅大大提供便利。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明制作过程所用装置示意图。
图2为聚合物封装前均匀周期光纤光栅的反射谱图。
图3为本发明制成的啁啾光纤光栅的反射谱图。
图中，1.光纤光栅，2.聚合物，3.筒状体模具，4.活动平板，5.固定平板，6.固定夹具，7.螺旋测微计，8.尾纤，9.熔接点，10.光纤耦合器，11.光谱仪，12.宽带光源，13.固定夹具，14.尾纤。
具体实施方式
实施例
本实施例制作过程所用装置如图1所示，该方法的步骤包括：
步骤1：采用常用的相位掩模法制作一根布拉格光纤光栅，制作完毕后测量该布拉格光纤光栅栅格裸纤区的长度为30mm；将上述光纤光栅（1）的尾纤（8）在光纤熔接点（9）处与光纤耦合器（10）、宽带光源（12）和光谱仪（11）相连接；连接后宽带光源（12）和光谱仪（11）加电工作，测量该布拉格光纤光栅（1）在自由伸直状态下的反射谱图，结果如图2所示，其反射峰中心波长数值为1549.936nm。
步骤2：用金属铝制作一个长度为45mm、内径为Φ12mm的筒状体模具（3）。该筒状体模具（3）两端设有中心Φ1.0mm通孔的活动平板（4），该活动平板（4）通过螺孔固定在筒状体模具（3）两端上；再用金属铝等制作一个长度为120mm、宽为90mm的固定平板（5），将筒状体模具（3）固定于固定平板（5）上。
步骤3:将上述光纤光栅（1）穿过活动平板（4）的中心通孔固定于筒状体模具（3）的中心，光纤光栅（1）一端通过光纤固定夹具（6）固定于固定平板（5），光纤光栅（1）另一端通过螺旋测微计（7）固定于固定平板（5）。
步骤4：调节螺旋测微计（7）向两侧拉动光纤光栅（1）以对其施加张力，光谱仪（11）实时监测光纤光栅（1）的反射峰中心波长。当光谱仪（11）检测到反射峰中心波长数值为1550.091nm时，螺旋测微计（7）停止拉伸，通过光纤固定夹具（13）固定拉伸后的光纤，而后移走螺旋测微计（7）。
步骤5：将环氧聚氨酯材料与异氰酸酯固化剂按10：1比例配胶并加热到熔融状态，在加热过程中搅拌均匀排除气泡，还可进一步采用真空泵吸除气泡。而后将所述熔融状态的聚氨酯材料缓慢倒入上述模具中，完全充满筒状体模具（3），浇注过程要缓慢，防止气泡生成。
步骤6：将固定平板（5）连同固定于其上的筒状体模具（3）等放入温箱中进行90度的高温固化，高温固化时间为2小时；高温固化结束后从温箱中取出固定平板（5），将光纤固定夹具（6）移走，放在温度为18度的室温下固化，室温固化时间为2小时。
步骤7：又将固定平板（5）连同固定于其上的筒状体模具（3）等放入温箱中进行60度的低温老化，光谱仪（11）实时监测光纤光栅（1）的反射谱数据，低温老化时间为12小时。低温老化结束后断开光纤焊接点9，移走光纤固定夹具（13），开模并取出封装后的光纤光栅，即得到了啁啾光纤光栅。
本实施例制作的啁啾光纤光栅的反射谱数据如图3所示，能够实现不同波长的色散补偿。本实施例制作完成的啁啾光纤光栅不存在裸纤区域，为啁啾光纤光栅的实用化应用提供了极大便利。
虽然参照上述实施例详细描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。
Claims (4)
1.一种啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
步骤1：将已有的栅格区裸纤长度为L的均匀周期光纤光栅(1)与光纤耦合器(10)、宽带光源(12)和光谱仪(11)相连接，并测量该光纤光栅(1)在自由伸直状态下的反射谱中心波长数值W；
步骤2：根据裸纤长度L，用金属铝制作一个长度为1.5L、内径为10～15mm的筒状体模具(3),又在筒状体模具(3)两端配设中心有通孔的活动平板(4)；并用金属铝制作一个长度为4L、宽为80～100mm的固定平板(5)，将上述筒状体模具(3)固定于固定平板(5)上；
步骤3:将步骤1所述光纤光栅(1)穿过活动平板(4)的中心通孔，并位于筒状体模具(3)的轴中心线，且光纤光栅(1)一端通过光纤固定夹具(6)固定于固定平板(5)，光纤光栅(1)另一端通过螺旋测微计(7)固定于固定平板(5)上；
步骤4：调节所述螺旋测微计(7)向两侧拉动光纤光栅(1)以对其施加张力，并以光谱仪(11)实时监测光纤光栅(1)的反射峰中心波长；当光谱仪(11)检测到反射峰中心波长数值比步骤1所述W数值大10-4时，螺旋测微计(7)停止拉伸，然后通过光纤固定夹具(13)固定拉伸后的光纤，而后移走螺旋测微计(7)；
步骤5：将聚合物与相应的固化剂按比例10：1配胶并加热到熔融状态，并在加热过程中搅拌均匀排除气泡；而后将所述熔融状态的聚合物缓慢倒入上述筒状体模具(3)中，至完全充满模具；
步骤6：将固定平板(5)放入温箱中进行80-100度的高温固化，高温固化时间为1-2小时；高温固化结束后从温箱中取出固定平板(5)，将光纤固定夹具(6)移走，放在室温下固化，室温固化时间为1-2小时；
步骤7：将固定平板(5)放入温箱中进行50-60度的低温老化，老化时间在10-15小时，低温老化结束后取出固定平板(5)，断开光纤焊接点(9)，移走光纤固定夹具(13)，开模并取出封装后的光纤光栅(1)，即得到了啁啾光纤光栅。
2.如权利要求1所述的一种啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于所述的均匀周期光纤光栅(1)为光纤布拉格光栅。
3.如权利要求1所述的一种啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于所述的聚合物是环氧聚氨酯。
4.如权利要求1所述的一种啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于所述的固化剂是异氰酸酯固化剂。
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