CN105204295B - 相位掩模板切换装置 - Google Patents

Abstract

用于相位掩模板写入法刻写光栅的阵列型相位掩模板切换装置与阶梯型相位掩模板切换装置，由相位掩模板夹具或相位掩模板夹具组合，两个一维电控位移平台、转接架与控制***构成，与在先技术相比，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：

方案1：

一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的阵列型相位掩模板切换装置，特征在于其构成包括相位掩模板夹具、一维电控位移平台组合和控制***，所述的相位掩模板夹具的正面作为底板，具有多个矩形凹槽，矩形凹槽的大小与深度由相位掩模板的大小与厚度确定，中间都有一个一定大小的矩形透光孔，规则排列，构成一个阵列，阵列既可以是多行多列，也可以是单行多列或者多行单列的，所述的相位掩模板夹具正面的一组水平刻槽作为基准线分别与每一行的矩形透光孔对应，所述的一维电控位移平台组合是由转接架将第一一维电控位移平台竖直固定到第二一维电控位移平台的滑块上所构成的结构，保证第一一维电控位移平台的滑块所处的平面与第二一维电控位移平台的滑块移动的方向垂直，所述的相位掩模板夹具侧面与第一一维电控位移平台的滑块贴合并且用螺钉固定。

方案2：

一种用于相位掩模板写入法刻写光栅的阶梯型相位掩模板切换装置，其特征在于构成包括相位掩模板夹具组合、相位掩模板组合转接架、一维电控位移平台组合和控制***，所述的相位掩模板夹具组合包括多个小夹具和一个相位掩模板固定架，所述的相位掩模板固定架是一个阶梯状结构，所述的相位掩模板固定架的台阶数与相位掩模板的个数一致，把第一个小夹具放在相位掩模板固定架的最上面的台阶上，将内六角螺钉旋入第一个小夹具上面的两个螺纹孔中，并且旋紧，将第二个小夹具放在相位掩模板固定架第二个台阶上，第二个小夹具上面的两个螺纹孔与第一个小夹具下面的两个螺纹孔对准，旋入并旋紧内六角螺钉，重复以上工作，直到最后一个小夹具放在最下面的台阶上并固定最后一个小夹具上部后，在最后一个小夹具下面的两个螺纹孔中旋入并旋紧内六角螺钉，所述的相位掩模板夹具组合最上面的相小夹具上有两条基准线，所述的小夹具由底板放入夹具边框背面的凹槽内并用螺钉固定所构成，所述的一维电控位移平台组合是由转接架将第一一维电控位移平台竖直固定到第二一维电控位移平台的滑块上所构成的结构，保证第一一维电控位移平台的滑块所处的平面与第二一维电控位移平台的滑块移动的方向平行，所述的相位掩模板固定架通过相位掩模板组合转接架竖直固定在第一一维电控位移平台的滑块上，相位掩模板固定架的侧面与第一一维电控位移平台的滑块在同一平面上。

使用时，将第二一维电控位移平台水平固定在光纤光栅的刻写平台上光纤夹具的前面。将相位掩模板固定在切换夹具上，对每个相位掩模板编号。通过计算机软件，在选择所需的相位掩模板编号后，自动控制两个一维电控位移平台的移动，将选定的相位掩模板传送到光纤光栅刻写光路中。

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，自动控制两个微定位平台的滑块的移动量，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。

3、方案2中的阶梯型相位掩模板切换装置与方案1中的相位掩模板切换装置相比，虽然结构更加复杂，但是可以各个相位掩模板更易拆卸，便于独立保存，并且可以更加精确的控制相位掩模板与光纤之间的距离。

附图说明

图1是阵列型相位掩模板切换装置的示意图；

图2是方案一中相位掩模板夹具示意图；

图3是方案一中一维电控位移平台组合示意图；

图4是阶梯型相位掩模板切换装置的示意图；

图5是方案二中相位掩模板夹具组合示意图；

图6是方案二中一维电控位移平台组合示意图。

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。

实施方案之一，阵列型相位掩模板切换装置，如图1所示，构成包括相位掩模板夹具1、一维电控位移平台组合2和控制***3。如图2所示，所述的相位掩模板夹具1的正面作为底板，具有多个矩形凹槽11，矩形凹槽11的大小与深度由相位掩模板6的大小与厚度确定，中间都有一个一定大小的矩形透光孔12，规则排列，构成一个阵列，阵列既可以是多行多列，也可以是单行多列或者多行单列的，所述的相位掩模板夹具1正面的一组水平刻槽作为基准线13分别与每一行的矩形透光孔12对应。如图3所示，所述的一维电控位移平台组合2是由转接架23将第一一维电控位移平台21竖直固定到第二一维电控位移平台22的滑块221上所构成的结构，保证滑块211所处的平面与滑块221移动的方向垂直，所述的相位掩模板夹具1侧面与第一一维电控位移平台21的滑块211贴合并且用螺钉固定。

使用时，将相位掩模板6粘贴在相位掩模板夹具1的各个矩形凹槽11内，粘贴时注意将相位掩模板6的刻槽面朝上，对每个相位掩模板6进行编号。将第二一维电控位移平台固定在光纤光栅的刻写平台上光纤夹具的前面。将左上角的相位掩模板6移到光纤光栅刻写的光路中，使用控制软件自定义两个一维电控位移平台移动方向与移动距离，从而微调相位掩模板6的上下前后位置，相位掩模板6的刻槽面应与光纤的距离尽量接近但不能贴上，且基准线13能与光纤重合，这个作为相位掩模板旋转装置的初始位置，每次使用结束后，都将该装置调回初始位置。当长时间使用相位掩模板6的同一个位置，相位掩模板6损伤后，可微调相位掩模板6的上下位置，控制***将当前位置记录后，当下次选择该相位掩模板6时仍会定位到该位置。

实施方案之二，阶梯型相位掩模板切换装置，如图4所示，构成包括相位掩模板夹具组合4、相位掩模板组合转接架5、一维电控位移平台组合2和控制***3。如图5所示，所述的相位掩模板夹具组合4包括多个小夹具和一个相位掩模板固定架41，所述的相位掩模板固定架41是一个阶梯状结构，把第一个小夹具43放在相位掩模板固定架41的最上面的台阶上，将内六角螺钉42旋入第一个小夹具43上面的两个螺纹孔431中，并且旋紧，将第二个小夹具44放在相位掩模板固定架41第二个台阶上，第二个小夹具44上面的两个螺纹孔441与第一个小夹具41下面的两个螺纹孔432对准，旋入并旋紧内六角螺钉42，重复以上工作，直到最后一个小夹具45放在最下面的台阶上并固定最后一个小夹具45上部后，在最后一个小夹具45下面的两个螺纹孔452中旋入并旋紧内六角螺钉42，所述的相位掩模板夹具组合4最上面的小夹具43上有两条基准线433，所述的小夹具43由底板434放入夹具边框435背面的凹槽内并用螺钉固定所构成，所述的底板434中间有一个矩形透光孔。如图6所示，所述的一维电控位移平台组合2是由转接架23将第一一维电控位移平台21竖直固定到第二一维电控位移平台22的滑块221上所构成的结构，保证滑块211所处的平面与滑块221移动的方向平行，所述的相位掩模板固定架41通过相位掩模板组合转接架5竖直固定在第一一维电控位移平台21的滑块211上，相位掩模板固定架11的侧面与第一一维电控位移平台21的滑块211在同一平面上。

使用时，将相位掩模板6粘贴在底板434上，粘贴时注意将相位掩模板6的刻槽面朝上，使用螺钉将底板434与夹具边框435固定起来，对每个相位掩模板6进行编号。将第二一维电控位移平台固定在光纤光栅的刻写平台上光纤夹具的前面，第一次安装时，将最上面的小夹具43移动到光纤前，即刻写光纤光栅的光路中，使用控制软件自定义两个一维电控位移平台移动方向与移动距离，从而微调相位掩模板6的上下前后位置，相位掩模板6的刻槽面应与光纤的距离尽量接近但不能贴上，且基准线433能与光纤重合，这个作为相位掩模板旋转装置的初始位置，每次使用结束后，都将该装置调回初始位置。当长时间使用相位掩模板6的同一个位置，相位掩模板6损伤后，可微调相位掩模板6的上下位置，控制***将当前位置记录后，当下次选择该相位掩模板6时仍会定位到该位置。

控制***3可以用计算机作为上位机31，在软件界面选择所需相位掩模板6对应的编号，指令通过计算机接口传送到下位机32，控制第一一维电控位移平台31与第二一维电控位移平台32的移动方向与移动量，将所需的相位掩模板5切换到光纤光栅的刻写光路中。也可以使用下位机32单独作为控制***3，这样的控制***3需要与各个相位掩模板6相对应的开关33作为输入，选择所需的相位掩模板6。

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。

图中标识以及矩形凹槽或小夹具个数仅作说明，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阶梯型相位掩模板切换装置，特征在于其构成包括相位掩模板夹具组合(4)、相位掩模板组合转接架(5)、一维电控位移平台组合(2)和控制***(3)，所述的相位掩模板夹具组合(4)包括多个小夹具和一个相位掩模板固定架(41)，所述的相位掩模板固定架(41)是一个阶梯状结构，把第一个小夹具(43)放在相位掩模板固定架(41)的最上面的台阶上，将内六角螺钉(42)旋入第一个小夹具(43)上面的两个螺纹孔(431)中，并且旋紧，将第二个小夹具(44)放在相位掩模板固定架(41)第二个台阶上，第二个小夹具(44)上面的两个螺纹孔(441)与第一个小夹具(41)下面的两个螺纹孔(432)对准，旋入并旋紧内六角螺钉(42)，重复以上工作，直到最后一个小夹具(45)放在最下面的台阶上并固定最后一个小夹具(45)上部后，在最后一个小夹具(45)下面的两个螺纹孔(452)中旋入并旋紧内六角螺钉(42)，所述的相位掩模板夹具组合(4)最上面的小夹具(43)上有两条基准线(433)，所述的小夹具(43)由底板(434)放入夹具边框(435)背面的凹槽内并用螺钉固定所构成，所述的底板(434)中间有一个矩形透光孔，所述的一维电控位移平台组合(2)是由转接架(23)将第一一维电控位移平台(21)竖直固定到第二一维电控位移平台(22)的滑块(221)上所构成的结构，保证滑块(211)所处的平面与滑块(221)移动的方向平行，所述的相位掩模板固定架(41)通过相位掩模板组合转接架(5)竖直固定在第一一维电控位移平台(21)的滑块(211)上，相位掩模板固定架(11)的侧面与第一一维电控位移平台(21)的滑块(211)在同一平面上。