CN103941330A - 一种复合结构长周期光纤光栅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合结构长周期光纤光栅，包括纤芯，包覆在所述纤芯外部的光纤包层及包覆在所述光纤包层外部的光纤涂覆层，所述纤芯为上下错位复合结构形成的长周期光纤光栅的纤芯。本发明的一种复合结构长周期光纤光栅，具有良好的环境响应特性，偏振特性，且折射率呈现上下交错分布，丰富了光纤光栅结构。

Description

一种复合结构长周期光纤光栅

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅，尤其涉及一种复合结构长周期光纤光栅。

背景技术

光纤光栅具有制作工艺简单、***损耗小、全兼容于光纤、体积小、能埋入智能材料等有优点，现已广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。长周期光纤光栅是指光栅周期大于1微米的光纤光栅，它的耦合特征是纤芯中传输的基模与包层中传输的不同阶次的包层模之间发生能量交换，从而造成与波长相关的传输损耗，是一种很好的带阻滤波器件，且具有附加损耗小、后向反射小、体积小等优点，可广泛应用于光纤通信和传感中。

自1996年长周期光纤光栅问世以来，多种光栅加工技术被相继提出。其中以紫外曝光法，二氧化碳激光技术为代表的激光刻写技术得到大力的发展。近年来，随着物联网的发展，以长周期光纤光栅和核心的传感器件得到大力的发展，长周期光纤光栅用作光纤传感器的基本传感原理是：当外界环境参量比如温度、应变、压力、环境折射率等发生变化时，使得光栅谐振波长(一般指谐波峰)的参量比如波长位置、幅度大小、偏振状态等发生变化，从而通过测量谐波长参量的变化来探测外界环境参量的变化大小，这就实现了环境参量的测量，另一方面，长周期光纤光栅的周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模，这将导致长周期光纤光栅的谐振波长的各个参量对外界环境的变化非常敏感，因此它具有良好的温度、应变、弯曲、扭曲、横向负载、浓度和折射率灵敏度，而随着光纤器件集成化、微型化的发展，急需具有多功能、多性能的长周期光纤光栅，而目前虽然有不同的长周期光纤光栅刻写方法，但是光栅分布(即折射率沿光纤纤芯横截面分布)存在结构单一等现象，影响了长周期光纤光栅的发展。

目前，国际上主要有两种形式的长周期光纤光栅结构按光栅横截面折射率分布，一种是均匀的长周期光纤光栅，即折射率沿光纤的横截面均匀变化，这种光栅结构具有良好的环境响应特性，即传感特性，但是由于折射率沿光纤横截面均匀分布，无偏振相关特性，不适合一些特殊的用途，如长波长光纤激光器等；另一种是倾斜长周期光纤光栅，由于其光栅的折射率沿光纤的横截面分布是非均匀分布的，因此具有良好的偏振相关特性；但是由于倾斜光栅其折射率分布不均匀及需要精确控制倾斜角度，使得制作光栅的难度增大，不易于批量生产。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种制作简单，结构变化丰富的复合结构长周期光纤光栅。

本发明揭示了一种复合结构长周期光纤光栅，包括纤芯，包覆在所述纤芯外部的光纤包层及包覆在所述光纤包层外部的光纤涂覆层，所述纤芯为上下错位复合结构形成的长周期光纤光栅的纤芯。

所述纤芯的长周期光纤光栅为均匀周期或非均匀周期。

与现有技术相比，本发明的一种复合结构长周期光纤光栅，具有如下有益之处：

1)良好的环境响应特性，由于光栅折射率在成栅横截面上非对称分布，有利于环境响应的特性，也就是传感特性；

2)良好的偏振相关特性，折射率沿光纤纤芯上下交错分布，有利于偏振相关特性的响应；

3)丰富了光纤光栅的结构，目前光纤光栅的光栅折射率分布都比较单一，而本发明中复合结构的光栅结构，有利于光栅结构向多形式光栅结构发展，丰富了光栅的结构，拓展了光纤光栅的应用。

附图说明

图1a是本发明复合结构长周期光纤光栅的结构示意图；

图1b是本发明复合结构长周期光纤光栅横截面折射率分布图；

图2a是现有均匀长周期光纤光栅的结构示意图；

图2b是现有均匀长周期光纤光栅横截面折射率分布图；

图3a是现有倾斜长周期光纤光栅的结构示意图；

图3b是现有倾斜长周期光纤光栅横截面折射率分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1a所示，本发明所揭示的一种复合结构长周期光纤光栅，包括纤芯1，包覆在所述纤芯外部的光纤包层2及包覆在所述光纤包层外部的光纤涂覆层3，所述纤芯1为上下错位复合结构形成的长周期光纤光栅的纤芯，其光栅为均匀周期或非均匀周期，且形成的光斑大小也可进行调节。

如图1b所示，本发明所揭示的一种复合结构长周期光纤光栅，在成栅横截面上，光栅折射率呈现半圆分布，即在纤芯横截面上一半的纤芯折射率发生变化，另外一半不变，这种折射率在横截面上为非对称分布，有利于偏振相关特性的响应；同时，光栅周期折射率沿光纤纤芯分布呈现上下交错分布，这种结构有利于光栅的环境响应特性，即传感特性。

如图2a所示，均匀长周期光纤光栅内的纤芯为均匀分布光栅的纤芯4，其光栅折射率沿光纤纤芯的横截面均匀分布如图2b所示，当光通过光栅反射到纤芯和包层耦合时，由于纤芯折射率分布均匀，因此透射光谱没有偏振相关特性。

如图3a所示，倾斜长周期光纤光栅内的纤芯为均匀倾斜分布光栅的纤芯5，其光栅折射率沿光纤纤芯倾斜分布如图2b所示，由于光栅折射率在纤芯横截面分布不均匀，因此具有良好的偏振特性，但是由于倾斜光栅光栅折射率沿光纤纤芯倾斜分布，因此制作难度比较大，同时难以精确控制光栅倾斜角度。

此外，本发明所揭示的一种复合结构长周期光纤光栅，不仅具有良好的环境响应特性，而且还具有良好的偏振相关特性，可以作为性能良好的滤波器应用于光通信及光传感领域，同时其折射率呈现上下交错分布，丰富了光纤光栅结构，通过设计复合长周期光纤光栅折射率在光纤纤芯不同位置折射率的分布，可以制作成具有不同光谱特性的光栅结构，拓宽了光纤光栅的应用。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种复合结构长周期光纤光栅，包括纤芯，包覆在所述纤芯外部的光纤包层及包覆在所述光纤包层外部的光纤涂覆层，其特征在于：所述纤芯为上下错位复合结构形成的长周期光纤光栅的纤芯。

2.根据权利要求1所述的一种复合结构长周期光纤光栅，其特征在于：所述纤芯的长周期光纤光栅为均匀周期或非均匀周期。