多芯带状光纤中多波长光栅同时刻写的装置及方法

摘要

本发明公开了一种多芯带状光纤中多波长光栅同时刻写的装置及方法，包括光纤定位滑槽的设计加工步骤、光路组建对准步骤、光栅刻写步骤，属于光通信-光纤传感技术领域。利用光纤光栅的中心波长随轴向形变发生漂移的原理，阵列光纤定位滑槽各槽间距与带纤中去涂覆层光纤间距对应，通过调整悬挂自行设计的高精度砝码来调控各光纤的拉伸量，进而实现对光栅中心波长的精确控制。该系统制备的阵列光栅重复性好、精度高、损伤小，适用于带纤中波长可控阵列光栅的批量生产。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅的制作装置及方法，特别是在多芯带状光纤上刻写不同波长光纤的装置及方法。

背景技术

光纤光栅是一种重要的光学元件，在光通信和传感领域有重要的作用。带状光纤连接简单方便、光纤密度高，广泛应用于光纤通信、光纤传感领域。

目前相位掩模板法已被广泛应用于制备光纤光栅，相位掩模板法操作简单，所制光栅参数稳定性高。因为相位掩膜板周期是固定的，所以要制作不同中心波长的光栅需要采取一些措施，制作不同中心波长光栅广泛使用的方法是预加应力改变光栅周期                                                。

因为多芯带状光纤在制备过程中各光纤不可避免存在挤压或旋转，带状光纤整体封装不利于对各个光纤实施精确应力控制；光纤排列紧密，逐根刻写操作困难，且逐根刻写会不可避免带来系统误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、可在带纤中多根光纤施加不同可控应力的多芯带状光纤中多波长光栅同时刻写的装置及方法。该方法基于紫外曝光掩模板法刻写光栅，同时又通过精确控写制光栅时施加的应力实现刻写不同波长的光栅。

本发明的技术方案如下：

一、本发明的刻写装置，主要包括有：准分子激光器、相位掩模板、光敏带纤、带纤夹具、阵列光纤定位滑槽板和高精度砝码。在准分子激光器的光路上由近及远依次设有与光路垂直的相位掩模板和水平的光敏带纤中间段。该光敏带纤包括单模光纤、掺杂光纤、光子晶体光纤，其中间段为去除整体外包装的裸光纤，该中间段两侧的光敏带纤，其水平一侧固定在带纤夹具上，竖直的另一侧为自由段。在上述相位掩模板与竖直光敏带纤之间的裸光纤上设有阵列光纤定位滑槽板，该阵列光纤定位滑槽板上设有与裸光纤数目相同的一组v型槽，该v型槽为圆滑过渡的直角槽，它们不等高水平排列，该v型槽水平部分与位于其内的裸光纤在带纤上的高度相同，并且一组v型槽水平部分之间的距离等于裸光纤在带纤上彼此间的距离。在每个v型槽下面均设一个与滑槽板垂直相连的小圆柱，即导引柱，它们之间的距离大于光纤之间的距离，裸光纤绕过导引柱，使得在其上挂置砝码和拉伸互不影响。在导柱下面的裸光纤上设有高精度砝码，该高精度砝码是由两个半圆柱组成，该两半圆柱相对的面分别镶嵌有极性相反的两块磁铁，最好该两半圆柱的轴线处有v型槽，v型槽尺寸略小于光纤尺寸，使用过程中只需要将光纤放在两个半圆柱之间v型槽内，合上即可。

二、本发明的刻写方法

1、设置准分子激光器及相位掩模板。将带状光纤水平一侧固定在带纤夹具上，使带状光纤与准分子激光器及相位掩模板高度一致。

2、分离去除整体外包装的中间段裸光纤，按高度分别置于阵列光纤定位滑槽板对应的v型槽中。调整阵列光纤定位滑槽板的位置，使各裸光纤均保持水平且与相位掩模板距离保持一致。

3、确定光纤光栅中心波长漂移量与悬挂砝码质量的之间的线性关系，其中，为波长漂移量，为波长漂移系数，对于G.652标准单模光纤，为砝码质量。根据波长需求确定对各光纤应挂置的砝码质量；将高精度砝码挂置于经过导引柱的裸光纤上，通过调整悬挂高精度砝码的数量，调节悬挂重物质量，实现带纤中各光纤拉伸量的不同。

4、刻写时，准分子激光器输出的紫外光经过相位掩模板对光敏带纤曝光，实现同步刻写不同中心波长的光栅。

该方法基于紫外曝光掩模板法刻写光栅，能够实现多根光纤的同时刻写，并且所刻写光栅的中心波长可灵活调整。在光纤光栅写入过程中，如果在个光敏光纤上施加不同应力，则用同一块掩模板可制作出不同中心波长的光纤光栅，且施加在光敏光纤上的应力与光纤光栅中心波长偏离值成正比。所以可通过精确控写制光栅时施加的应力实现刻写不同波长的光栅。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的制备装置结构简单，易于实现；

2、通过带纤一端安置在阵列光纤定位滑槽上，实现多根光纤不同中心波长光栅的同时刻写；

3、通过对高精度砝码中镶嵌磁铁的特殊设计，实现了操作的简单便捷，且光纤受力均匀，不易造成损伤；

4、通过精确控制牵引在各光纤上的砝码，实现各光纤光栅中心波长灵活可控，并减弱v型槽中光纤静摩擦力的影响；

5、该系统制备的阵列光栅灵活性高、重复性好、操作简捷、成本低，适用于带状光纤中多波长光栅的批量生产。

附图说明

图1为本发明刻写装置的立体示意简图；

图2为本发明刻写装置局部立体示意简图。

图中，1：准分子激光器；2：相位掩模板；3：光敏带纤；4：带纤夹具；5：阵列光纤定位滑槽；6：高精度砝码。

具体实施方式

在图1和图2所示的多芯带状光纤中多波长光栅同时刻写的装置立体示意简图中，在准分子激光器的光路上由近及远依次设有与光路垂直的相位掩模板和水平的光敏带纤中间段。该光敏带纤中间段为去除整体外包装的裸光纤，该中间段两侧的光敏带纤，其水平一侧固定在带纤夹具上，竖直的另一侧为自由段。在上述相位掩模板与竖直光敏带纤之间的裸光纤上设有阵列光纤定位滑槽板，该阵列光纤定位滑槽板上设有与裸光纤数目相同的一组v型槽，该v型槽为圆滑过渡的直角槽，它们不等高水平排列，该v型槽水平部分与位于其内的裸光纤在带纤上的高度相同，并且一组v型槽水平部分之间的距离等于裸光纤在带纤上彼此间的距离。在每个v型槽下面均设一个与滑槽板垂直相连的小圆柱，即导引柱，它们之间的距离大于光纤之间的距离，裸光纤绕过导引柱。在导柱下面的裸光纤上设有高精度砝码，该高精度砝码是由两个半圆柱组成，该两半圆柱相对的面分别镶嵌有极性相反的两块磁铁，该两半圆柱的轴线处有v型槽，v型槽尺寸略小于光纤尺寸。使用过程中只需要将光纤放在两个半圆柱之间v型槽内，合上即可。

实施例1

设置准分子激光器及相位掩模板。将4芯带状光纤水平一侧固定在带纤夹具上，使带状光纤与准分子激光器及相位掩模板高度一致。分离去除整体外包装的中间段裸光纤，按高度分别置于阵列光纤定位滑槽板对应的v型槽中。调整阵列光纤定位滑槽板的位置，使各裸光纤均保持水平且与相位掩模板距离保持一致。

确定光纤光栅中心波长漂移量与悬挂砝码质量的之间的线性关系，其中，为波长漂移量，为波长漂移系数，对于G.652标准单模光纤，为砝码质量。根据波长需求确定对各光纤应挂置的砝码质量依次在各光纤上挂置59.88g、119.76g、179.64g、239.52g的高精度砝码；实现带纤中各光纤拉伸量的不同。刻写时，ArF准分子激光器输出的紫外光经过相位掩模板对光敏带纤曝光，如相位掩膜板的设定波长为1545nm，则能够刻写出不同中心波长（1546nm、1547nm、1548nm、1549nm）的光栅阵列。