CN111221070A - 制作光纤光栅的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤光栅制作技术领域，公开了一种制作光纤光栅的装置及方法，该制作光纤光栅的装置包括：光路浸入工装，光路浸入工装包括中空的本体，本体的内部填充有预设折射率的液体，本体上设有对称布置的用于光敏光纤穿过的两个通道，本体的内部设有与通道同轴布置的涂层剥除窗口；本体的内部安装有相位掩模板，以使光敏光纤制作为光纤光栅。本发明提供的制作光纤光栅的装置及方法，通过将相位掩模板与光敏光纤完全浸入调制好的液体当中，将非紫外的相干光束变换为深紫外的相干光束，同时通过相位掩模板的作用产生明暗相间条纹，在光敏光纤的纤芯上形成对应的周期性折射率调制，最终实现光纤光栅制作的目的。

Description

制作光纤光栅的装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤光栅制作技术领域，特别是涉及一种制作光纤光栅的装置及方法。

背景技术

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光明暗图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性分布，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件波长的光将产生反射，其余波长的光透过光纤光栅继续传输。

因为光纤光敏性波长的限制，刻写激光光源要求最好为深紫外的相干光源，整个光纤光栅的制作方法中最核心和最昂贵的设备即是需要倍频甚至是高重频的相干激光器，常见实现方法是使用固体YAG激光器进行多次倍频与和频形成248nm波长附近甚至更低波长的深紫外激光，倍频过程功率损失严重并且其中的昂贵晶体也易损伤需要更换，平台维护成本很高。

发明内容

本发明实施例提供一种制作光纤光栅的装置及方法，用以解决或部分解决现有使用固体YAG激光器进行多次倍频与和频形成深紫外激光过程中功率损失严重以及晶体易损伤的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种制作光纤光栅的装置，包括：光路浸入工装，所述光路浸入工装包括中空的本体，所述本体的内部填充有预设折射率的液体，所述本体上设有对称布置的用于光敏光纤穿过的两个通道，所述本体的内部设有与所述通道同轴布置的涂层剥除窗口；所述本体的内部安装有相位掩模板，以使所述光敏光纤制作为光纤光栅。

在上述方案的基础上，所述光敏光纤与所述相位掩模板的正面相平行布置。

在上述方案的基础上，所述制作光纤光栅的装置还包括光纤夹持器，两个所述光纤夹持器分别位于所述光路浸入工装的两侧。

在上述方案的基础上，所述光路浸入工装还包括安装于所述本体的外壁上的用于对两个所述通道实现密封的密封底盖。

在上述方案的基础上，所述光路浸入工装还包括用于收集所述本体的内部泄漏的液体的废液收集盘。

在上述方案的基础上，所述本体由塑料制备。

在上述方案的基础上，所述本体包括顶部敞口设置的容置腔以及与所述容置腔相适配的盖体。

第二方面，本发明实施例提供一种制作光纤光栅的方法，包括：

调制预设折射率的液体，光敏光纤贯穿本体布置；

向本体内充入所述液体直至相位掩模板和所述光敏光纤完全浸入所述液体当中；

入射的相干光束通过所述相位掩模板后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，所述光敏光纤在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。

本发明实施例提供的一种制作光纤光栅的装置及方法，首先根据入射光的参数调制预设折射率的液体，光敏光纤穿过本体上的两个通道后贯穿本体布置，此时须使得光敏光纤处于完全伸直状态，且光敏光纤上与相位掩模板相对应的一段的涂层完全清除，形成涂层剥除窗口，向本体内充入调制好的液体直至相位掩模板和光敏光纤完全浸入液体当中；入射的相干光束通过相位掩模板后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，光敏光纤在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。本发明实施例提供的制作光纤光栅的装置，通过将相位掩模板与光敏光纤完全浸入调制好的液体当中，这样将原来非紫外的相干光束变换为深紫外的相干光束，同时通过相位掩模板的作用产生明暗相间条纹，在光敏光纤的纤芯上形成对应的周期性折射率调制，最终实现光纤光栅制作的目的；可以取代常见设计中选用倍频和高重频固体激光器的方案，降低常用方案中核心设备的采购维护成本；液体浸入式还可以带走激光曝光过程的热量，加速光纤光栅的形成，因为多余的热量会阻止和减慢折射率周期调制的形成速度；同时，使用液体浸入式，核心设备不用再进行高重频形成深紫外激光，对核心设备当中的晶体及镜片可以起到保护作用，因为光学晶体及镜片在深紫外激光照射作用下损耗是相当快的，这样可以降低常用方案中的激光器设备更换镜片的维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种制作光纤光栅的装置的俯视图；

图2为本发明实施例的对光敏光纤进行周期性折射率调制写入的示意图；

图3为本发明实施例的一种制作光纤光栅的装置的侧视图；

图4为本发明实施例的废液收集盘的结构示意图；

图5为本发明实施例的一种制作光纤光栅的方法的流程图。

附图标记：

100、光敏光纤；101、涂层剥除窗口；200、光路浸入工装；201、进液口；202、出液口；203、密封底盖；300、液体；400、相位掩模板；500、废液收集盘；501、废液出口；600、光纤夹持器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

使用液体浸入式可以很好的解决采用固体YAG激光器导致的平台维护成本很高这一问题。例如使用1064nm波长的YAG激光器，经过三倍频得到355nm的相干蓝光，然后入射到纯水当中即可输出得到266nm的紫外输出(入射光波长除以纯水的有效折射率)。这样相干激光器本身就不需要进行四倍频甚至是更高和频，降低设备的制作难度和采购维护成本。

需要说明的是，相位掩模法制作光纤光栅其核心是合理的设计相位掩模板的相关参数，设计好相位掩模板后进行曝光加工，完成后就可以依据相位掩模板搭建光路进行光纤光栅的写入了。如图2所示，入射的相干激光先进入液体当中，然后照射到相位掩模板的入射面形成±1级光束，0级光被有效抑制，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹光束，光敏光纤置于明暗条纹之中进行曝光，在纤芯内即可写入对应的轴向周期性折射率调制，即光纤光栅的形成。

图1为本发明实施例的一种制作光纤光栅的装置的俯视图，如图1所示，本发明实施例提供的制作光纤光栅的装置，包括：光路浸入工装200，光路浸入工装200包括中空的本体，本体可以由塑料制备；其中，本体包括顶部敞口设置的容置腔以及与容置腔相适配的盖体，本体的内部填充有液体300，即容置腔用于填充液体300；本体上设有对称布置的用于光敏光纤100穿过的两个通道，通道可以为圆形结构，即容置腔的一个侧壁上设置有一个通道，容置腔的另一个相对侧壁上设置有另一个通道，两个通道的中心线重合布置；本体的内部设有与通道同轴布置的涂层剥除窗口101，光敏光纤100的对应位置的涂覆层完全清除，即形成涂层剥除窗口101；本体的内部安装有相位掩模板400，以使光敏光纤100制作为光纤光栅；其中，相位掩模板400可以悬置于容置腔的内部。

需要说明的是，液体300的折射率是可以进行相应设计的，目的是将非深紫外的相干激光光源改变为深紫外的相干激光光源。当相干激光通过液体时，相干激光的波长发生相应改变，通过设计液体的折射率使其改变后的波长为光敏最佳波长，有效的进行光纤光栅的写入。

在本发明实施例中，首先根据入射光的参数调制预设折射率的液体300，光敏光纤100穿过本体上的两个通道后贯穿本体布置，此时须使得光敏光纤100处于完全伸直状态，且光敏光纤100上与相位掩模板400相对应的一段的涂层完全清除形成涂层剥除窗口101，向本体内充入调制好的液体300直至相位掩模板400和光敏光纤100完全浸入液体300当中；入射的相干光束通过相位掩模板400后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，光敏光纤100在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。本发明实施例提供的制作光纤光栅的装置，通过将相位掩模板400与光敏光纤100完全浸入调制好的液体300当中，这样将原来非紫外的相干光束变换为深紫外的相干光束，同时通过相位掩模板400的作用产生明暗相间条纹，在光敏光纤100的纤芯上形成对应的周期性折射率调制，最终实现光纤光栅制作的目的；可以取代常见设计中选用倍频和高重频固体激光器的方案，降低常用方案中核心设备的采购维护成本；液体浸入式还可以带走激光曝光过程的热量，加速光纤光栅的形成，因为多余的热量会阻止减慢折射率周期调制的形成速度；使用光路浸入式后，刻写激光器可以根据设计浸入液体的折射率来选取合适的刻写激光器波长，这样可以避免刻写激光器选型的限制，降低核心设备的昂贵采购成本，并且激光器内部晶体镜片不用在深紫外情况下持续工作，内部晶体镜片损伤频次会大大降低。

在上述实施例的基础上，涂层剥除窗口101设置于本体的内部，涂层剥除窗口101的长度大于相位掩模板400的长度，相位掩模板400的正面在本体上的投影穿过涂层剥除窗口101。

需要说明的是，相位掩模板400的正面即有凹槽的一面，相位掩模板400的背面即平整的一面。

在本发明实施例中，相位掩模板400的正面朝向容置腔的底部，相位掩模板400的背面朝向盖体的底面设置，且相位掩模板400的正面与容置腔的底部相平行。光敏光纤100在竖直方向的投影位于相位掩模板400的正面上。相位掩模板400的正面在容置腔的底部的投影穿过涂层剥除窗口101，即涂层剥除窗口101的左端与涂层剥除窗口101的右端之间的距离大于相位掩模板400的长度。

在上述实施例的基础上，如图3所示，光敏光纤100与相位掩模板400的正面相平行布置。

在本发明实施例中，当有多根光敏光纤100时，多根光敏光纤100所在的平面与相位掩模板400的正面相平行。相位掩模板400的正面位于光敏光纤100的正上方。

在上述实施例的基础上，制作光纤光栅的装置还包括光纤夹持器600，两个光纤夹持器600分别位于光路浸入工装200的两侧。

在本发明实施例中，一个光纤夹持器600用于夹持光敏光纤100的一端，另一个光纤夹持器600用于夹持光敏光纤100的另一端。通过光纤夹持器600的作用可以使得光敏光纤100处于伸直状态，且光敏光纤100与相位掩模板400的正面相平行。

在上述实施例的基础上，光路浸入工装200还包括安装于本体的外壁上的用于对两个通道实现密封的密封底盖203。

在本发明实施例中，密封底盖203可以为U型结构，密封底盖203的一端与一个通道对应布置，密封底盖203的另一端与另一个通道对应布置，密封底盖203的两端均设置有用于光敏光纤100穿过的通孔。

在上述实施例的基础上，如图4所示，光路浸入工装200还包括用于收集本体的内部泄漏的液体300的废液收集盘500。

在本发明实施例中，废液收集盘500设置于密封底盖203的外侧，废液收集盘500上设置有废液出口501。

在上述实施例的基础上，本体上设置有进液口201和出液口202。

在本发明实施例中，调制好的预设折射率的液体300通过进液口201填充至本体的内部，当光纤光栅制作完成之后，可以通过出液口202将液体300取出。

在上述实施例的基础上，如图5所示，本发明实施提供的制作光纤光栅的方法，包括：

S100，调制预设折射率的液体，光敏光纤贯穿本体布置；

S200，向本体内充入液体直至相位掩模板和光敏光纤完全浸入液体当中；

S300，入射的相干光束通过相位掩模板后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，光敏光纤在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。

在本发明实施例中，首先根据入射光的参数调制预设折射率的液体300，光敏光纤100穿过本体上的两个通道后贯穿本体布置，此时须使得光敏光纤100处于完全伸直状态，且光敏光纤100上与相位掩模板400相对应的一段的涂层完全清除形成涂层剥除窗口101，向本体内充入调制好的液体300直至相位掩模板400和光敏光纤100完全浸入液体300当中；入射的相干光束通过相位掩模板400后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，光敏光纤100在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。本发明实施例提供的制作光纤光栅的方法，将相位掩模板和光敏光纤进行液体浸入式刻写，改变刻写相干激光的波长，达到光敏光纤的光敏曝光波长的要求，采用相位掩模法形成明暗相间条纹进行光栅折射率周期调制的写入，同时液体浸入式带走多余的热量加速刻写过程的实现，最终很好的实现光纤光栅的写入；该制作光纤光栅的方法可以应用于通信光纤光栅和大功率光纤光栅领域，结构简单合理，通用性强；使用光路浸入式后，刻写激光器可以根据设计浸入液体的折射率来选取合适的刻写激光器波长，这样可以避免刻写激光器选型的限制，降低核心设备的昂贵采购成本，并且激光器内部晶体镜片不用在深紫外情况下持续工作，内部晶体镜片损伤频次会大大降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制作光纤光栅的装置，其特征在于，包括：光路浸入工装，所述光路浸入工装包括中空的本体，所述本体的内部填充有预设折射率的液体，所述本体上设有对称布置的用于光敏光纤穿过的两个通道，所述本体的内部设有与所述通道同轴布置的涂层剥除窗口；所述本体的内部安装有相位掩模板，以使所述光敏光纤制作为光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述光敏光纤与所述相位掩模板的正面相平行布置。

3.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述制作光纤光栅的装置还包括光纤夹持器，两个所述光纤夹持器分别位于所述光路浸入工装的两侧。

4.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述光路浸入工装还包括安装于所述本体的外壁上的用于对两个所述通道实现密封的密封底盖。

5.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述光路浸入工装还包括用于收集所述本体的内部泄漏的液体的废液收集盘。

6.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述本体由塑料制备。

7.根据权利要求1所述的制作光纤光栅的装置，其特征在于，所述本体包括顶部敞口设置的容置腔以及与所述容置腔相适配的盖体。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的制作光纤光栅的装置的制作光纤光栅的方法，其特征在于，包括：

调制预设折射率的液体，光敏光纤贯穿本体布置；

向本体内充入所述液体直至相位掩模板和所述光敏光纤完全浸入所述液体当中；

入射的相干光束通过所述相位掩模板后形成±1级光束，±1级光束相互作用形成明暗相间条纹，所述光敏光纤在明暗相间条纹下进行曝光以形成光纤光栅。

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