CN104459875A - 相位掩模板自动切换装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的相位掩模板自动切换装置，由相位掩模板旋转切换夹具、步进电机、驱动电路与控制***构成，本发明大大简化了光纤光栅刻写时的操作，可实现光纤光栅的自动化刻写，并且能够提高刻写光栅的质量与重复性。

Description

相位掩模板自动切换装置
技术领域
本发明涉及光纤光栅，特别是一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的相位掩模板自动切换装置。
背景技术
随着光纤光栅在相干光通信、传感以及光纤激光器等领域的广泛应用，对光纤光栅的需求量也越来越大，因此实现光纤光栅刻写的自动化控制有利于对光纤光栅的量产。当前刻写光纤光栅的方法包括以下几种：
驻波干涉法为早期使用，它的装置比较简单，要求含锗量很高，芯径很小，且光栅的反射波长仅由写入光波长决定，成栅的条件苛刻，成品率低，不符合实用要求，已经很少使用。
横向全息干涉法是将紫外光经分束镜后分为强度相同的两束，再会聚于光纤芯区，形成沿光纤轴向的周期性干涉条纹，将一小段掺锗光敏裸光纤置于两束相干紫外光束所形成的干涉场中曝光，引起纤芯折射率的周期性扰动，从而形成光栅。这种方法对所用的光源的相干性有较高的要求，机械振动或温度漂移引起的微小位移都将对光栅的制作产生巨大影响，这就对制作***的稳定性的要求很高。
逐点写入法是利用精密机构控制光纤运动位移，沿光纤长度方向每隔一个周期曝光一次，使光纤芯的折射率形成周期性分布而制成光纤光栅。这种方法灵活性大，周期和折射率变化都比较容易控制，可以制作变迹光栅，并且对光源的相干性没有要求。缺点是由于写入光束必须聚焦到很密集的一点，难度较大；同时受光斑几何尺寸限制，光栅的周期不能太小。
相位掩模板写入法目前普遍认为使用最方便，效果最好，发展前景最好的一种方法。这种方法是将光敏光纤贴近相位掩模板，利用相位掩模板近场衍射所产生的干涉条纹在光纤中形成折射率的周期性扰动，从而形成光纤光栅。用相位掩模板法制作光纤光栅的最大优点是写入光栅的周期仅由相位掩模板的周期和写入光束的方向决定，而与写入光源的波长无关；同时，大大降低了光栅制作***的复杂性，工艺简单，重复性好，成品率高，便于大规模批量生产；另外，由于写入光栅区位于相位掩模板近场衍射区，因此对光源的时间相干性要求不高，对写入配置的光路***的隔振要求可降低，利用相位掩模板和扫描曝光技术还可以实现折射率的控制，制作特殊结构的光栅。
但是由于运用场合的不同，需要获得不同中心波长的光纤光栅，有时还需要在同一段光纤上刻写不同波长的光纤光栅。刻写不同波长的光纤光栅，需要不同周期的相位掩模板，并且采用光学***放大和拉伸光纤的方法可以对光栅的周期微调。
通常在刻写光栅时，每次换相位掩模板都要人为将相位掩模板放在一个固定的夹具上，需要注意相位掩模板的刻槽面靠近光纤的一面，相位板与光纤的相对位置难以控制准确，如果与光纤的距离太近可能损伤相位板，太远，刻写光栅的速度过慢，必须精确定位。而且在刻写光纤光栅时，光纤必须与相位掩模板的刻线垂直，否则会影响刻写光栅的质量。
有时在同一段光纤上刻写不同周期的光栅时，也需要注意如上问题，因此要完成这样一根光栅的刻写，大部分的时间都用在相位掩模板的更换上。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的相位掩模板自动化切换装置，利用这种切换装置刻写的光栅质量好，重复性高，切换过程由电脑程序控制，无需人工操作，避免了一些人为失误，减少刻写时间，适用于批量生产。
本发明的技术解决方案如下：
一种相位掩模板自动切换装置，其特点在于其构成包括相位掩模板旋转切换夹具、步进电机、驱动电路和控制***，所述的步进电机的转轴固定在所述的相位掩模板旋转切换夹具中心套筒中，所述的步进电机固定在支架上，所述的控制***由上位机和下位机构成，所述的上位机经下位机、驱动电路与所述的步进电机的输入端相连，所述的相位掩模板旋转切换夹具包括圆盘形基底，定位块和压片，所述的圆盘形基底的背面与所述的定位块贴合，用螺栓与螺母固定，所述的圆盘形基底上均匀地分布多个中心对称的矩形孔，每个矩形孔的短边与圆盘形基底的半径垂直，所述的矩形孔供放置相位掩模板，每个相位掩模板具有相应的编号，每个矩形孔上都配有一个压片，用螺钉将压片固定在圆盘形基底上，所述的定位块上有多条基准线，基准线的数量与所述的矩形孔的数量一致，基准线从定位块的中心延伸至各个矩形孔的中心位置。
使用时用支架将步进电机与相位掩模板旋转夹具固定在光纤光栅的刻写平台上光纤夹具的前面。将相位掩模板用压片固定在切换夹具上，对每个相位掩模板编号。
本发明具有如下的特点和优点：
1、只需在上位机输入当前要使用的相位掩模板的编号，上位机程序自动计算并向下位机发出命令，下位机输出相应的相位掩模板的直流信号，经驱动电路电流放大后，驱动步进电机旋转，带动相位掩模板旋转切换夹具旋转，完成相位掩模板的切换工作，每次所选用的相位掩模板精确到位，并且能够保证掩模板的刻线与光纤垂直。
2、与现有技术先比，本发明具有相位掩模板切换精度高，操作简单，能保证每次切换后相位掩模板与光纤的水平距离一致，掩模板的刻线与光纤垂直，光栅刻写质量和重复性好等优点。
附图说明
图1是本发明相位掩模板自动切换装置的示意图；
图2是相位掩模板旋转切换夹具正面示意图；
图3是相位掩模板旋转切换夹具背面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不应该以此限定本发明的保护范围。
本发明相位掩模板自动切换装置，如图1所示，构成包括相位掩模板旋转切换夹具1、步进电机2、驱动电路3和控制***4，所述的步进电机2的转轴固定在所述的相位掩模板旋转切换夹具1中心套筒1_7中，所述的步进电机2固定在支架5上，所述的控制***4由上位机4_1和下位机4_2构成，所述的上位机4_1经下位机4_2、驱动电路3与所述的步进电机2的输入端相连，所述的相位掩模板旋转切换夹具1(参见图2、图3)包括圆盘形基底1_1，定位块1_2和压片1_3，所述的圆盘形基底1_1的背面与所述的定位块1_2贴合，用螺栓1_9与螺母1_10固定，所述的圆盘形基底1_1上均匀地分布多个中心对称的矩形孔1_4，每个矩形孔1_4的短边与圆盘形基底1_1的半径垂直，所述的矩形孔1_4供放置相位掩模板，每个相位掩模板具有相应的编号，每个矩形孔1_4上都配有一个压片1_3，用螺钉1_5将压片1_3固定在圆盘形基底1_1上，所述的定位块1_2上有多条基准线1_8，基准线1_8的数量与所述的矩形孔1_4的数量一致，基准线1_8从定位块1_2的中心延伸至各个矩形孔1_4的中心位置。
使用时，将相位掩模板放置在相位掩模板旋转切换夹具1的矩形孔1_4内，注意相位掩模板的刻槽面应与夹具的背面在同一平面内，螺钉通过夹具侧面的螺孔1_6拧紧，顶住压片1_3，固定相位掩模板，对每个相位掩模板进行编号。用支架5将相位掩模板旋转切换夹具1与步进电机2固定在光纤光栅的刻写平台上，安装时注意调整相位掩模板旋转切换夹具1的位置，夹具的背面应与光纤的距离尽量接近但不能贴上，先将1号相位掩模板切换到刻写光纤光栅的光路中，调整使1号相位掩模板旁边的基准线1_8与光纤重合，这个作为相位掩模板旋转切换夹具1的初始位置。
控制***4可以用计算机作为上位机4_1，在软件界面选择所需相位掩模板对应的编号，指令通过计算机接口传送到下位机4_2，控制输出的脉冲信号的脉冲数，驱动电路3将直流电流放大以驱动步进电机2旋转，从而实现相位掩模板旋转切换夹具1旋转角度的控制。也可以使用下位机4_2单独作为控制***4，这样的控制***4需要与各个相位掩模板相对应的开关4_3作为输入，选择所需的相位掩模板。
实验表明，本发明大大简化了光纤光栅刻写时的操作，可实现光纤光栅的自动化刻写，并且能够提高刻写光栅的质量与重复性。
图中标识以及固定相位掩模板的矩形孔的具体个数仅作说明，不能依此限制该专利的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的相位掩模板自动切换装置，其特征在于其构成包括相位掩模板旋转切换夹具(1)、步进电机(2)、驱动电路(3)和控制***(4)，所述的步进电机(2)的转轴固定在所述的相位掩模板旋转切换夹具(1)中心套筒(1_7)中，所述的步进电机(2)固定在支架(5)上，所述的控制***(4)由上位机(4_1)和下位机(4_2)构成，所述的上位机(4_1)经下位机(4_2)、驱动电路(3)与所述的步进电机(2)的输入端相连，所述的相位掩模板旋转切换夹具(1)包括圆盘形基底(1_1)，定位块(1_2)和压片(1_3)，所述的圆盘形基底(1_1)的背面与所述的定位块(1_2)贴合，用螺栓(1_9)与螺母(1_10)固定，所述的圆盘形基底(1_1)上均匀地分布多个中心对称的矩形孔(1_4)，每个矩形孔(1_4)的短边与圆盘形基底(1_1)的半径垂直，所述的矩形孔(1_4)供放置相位掩模板，每个相位掩模板具有相应的编号，每个矩形孔(1_4)上都配有一个压片(1_3)，用螺钉(1_5)将压片(1_3)固定在圆盘形基底(1_1)上，所述的定位块(1_2)上有多条基准线(1_8)，基准线(1_8)的数量与所述的矩形孔(1_4)的数量一致，基准线(1_8)从定位块(1_2)的中心延伸至各个矩形孔(1_4)的中心位置。
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