利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置，属光纤传感器的制作技术领域，该装置包括飞秒激光光源、第一、第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门、反射镜、第一、第二凸透镜、柱面透镜、第一、第二精密移动平台、位相光栅、待加工光纤、电控三维精密移动平台、宽带光源、光谱仪、计算机。该实用新型专利技术基于泰伯效应，利用飞秒激光照射位相光栅在光栅后面预定分数泰伯距离处形成稳定的明暗相间光强分布，经柱面透镜线聚焦辐照在待加工光纤上，待加工光纤与飞秒激光相互作用发生非线性吸收，折射率发生周期性改变，从而实现长周期光纤光栅的制备。本实用新型专利技术具有结构简单、飞秒激光利用率高、加工制作时间短、成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于光纤光栅的制作领域，特别是一种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置。
技术介绍
光纤光栅由于具有易于微型化和集成化、易于实现多参数传感测量、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布式测量等优点，已经成为最具有发展前景、应用最为广泛的的光纤无源器件之一。长周期光纤光栅是近十几年才出现的一种新型的光纤光栅，现已在光纤通信和光纤传感等方面发挥越来越重要的作用。传统的利用紫外激光制备的长周期光纤光栅温度稳定性较差，特别在高温条件下可能会导致光纤的光栅特性的完全消失，不能在高温条件下使用。由于飞秒激光具有超快时间特性和超高峰值功率特性，在与材料相互作用时它能快速，准确地将能量作用在某特定的区域内，引起了材料结构的永久损伤，实现对材料折射率的调制。利用飞秒激光制备的长周期光纤光栅不存在温度稳定性差的缺点。利用飞秒激光制备长周期光纤光栅的方法大致分为两种，一种方法是利用飞秒激光直写技术加工长周期光纤光栅，如作者为 Y.Kondo> K.Nouchi> T.Mitsuyu、M.Watanabe> P.G.Kazansky和 K.Hirao、文献名称为〃Fabricat1n of long-per1d fiber gratings by focusedirradiat1n of infrared femtosecond laser pulses" (Optics Letters, Vol.24, N0.10,pp646-648, 1999)的文献中记载了这种方法，该方法通过聚焦飞秒激光光束，在固定飞秒激光焦点不动的情况下，利用计算机编程控制待加工光纤移动，从而制备长周期光纤光栅。此方法虽然灵活，但该方法非常耗时，而使用飞秒激光光源的成本十分昂贵，因此这种方法不利于批量生产和工业应用。另一种方法利用了飞秒激光照射振幅掩模板(参见文献〃Femtosecond UV long-per1d fibre grating fabricat1n with amplitudemask technique〃0ptics Communicat1ns, Vol.284, N0.24, pp5650-5654, 2011,作者为B.J.0’ Regan和D.N.Nikogosyan)，即利用掩模板周期性遮挡入射飞秒激光福照区域，实现长周期光纤光栅的制备。但该方法存在一个缺点，飞秒激光照射振幅掩模板时，部分飞秒激光能量被掩膜板遮挡住，飞秒激光的利用效率不高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本技术提出一种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置。本技术基于泰伯阵列照明器原理，利用飞秒激光照射一维纯位相光栅，在光栅后面预定分数泰伯距离处实现阵列照明，形成稳定的明暗相间光强分布，经柱面透镜线聚焦辐照在待加工光纤上，待加工光纤与飞秒激光相互作用发生非线性吸收实现对材料折射率的调制，从而制备长周期光纤光栅。本技术是利用纯位相二阶光栅分数泰伯效应获得明暗相间光强分布，该过程衍射效率为100%，克服了现有技术飞秒激光能量利用率不高的缺点；同时，本技术在制备长周期光纤光栅时一次性完成曝光，相比利用飞秒激光直写技术加工长周期光纤光栅的技术大大缩减了加工时间，降低了制作成本。为实现上述目的，本技术的技术解决方案如下:—种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置，包括飞秒激光光源、第一准直光阑、第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门、反射镜、第一凸透镜、第二凸透镜、柱面透镜、第一精密移动平台、位相光栅、第二精密移动平台、待加工光纤、电控三维精密移动平台、宽带光源、光谱仪、计算机；其特征在于飞秒激光光源位于第一准直光阑之前，第一准直光阑之后顺序放置第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门和反射镜，反射镜与光路呈45度角放置，反射镜后面依次放置第一凸透镜、第二凸透镜、柱面透镜和位相光栅，待加工光纤置于位相光栅之后；柱面透镜和位相光栅分别固定在第一精密移动平台和第二精密移动平台上，待加工光纤固定在电控三维精密移动平台上，其一端通过尾纤连接到宽带光源，另一端通过尾纤连接到光谱仪上；电控三维精密移动平台和计算机相连接，通过计算机可对电控三维精密移动平台连同待加工光纤进行三维精密移动调节。所述的飞秒激光光源是由振荡级、放大级组成的重复频率为ΙΚΗζ、中心波长为SOOnm的掺钛蓝宝石飞秒激光系统。所述的第一准直光阑、第二准直光阑为圆形孔径、直径可调式光阑。所述的消色差二分之一波片与所述的偏振分光棱镜构成激光功率连续调节系统，可以实现飞秒激光光束功率的连续改变。所述的快门是用来控制飞秒激光的辐照时间。所述的反射镜是指其反射波长范围为覆盖飞秒激光光源波长的宽带介质膜高反射镜。所述的第一凸透镜、第二凸透镜构成扩束系统用来扩大光束直径。所述柱面透镜为平凸柱面透镜。所述的位相光栅为能在预定分数泰伯距离处实现泰伯照明的一维纯位相光栅。所述的待加工光纤为去除涂覆层的石英光纤。所述的宽带光源通过尾纤与待加工光纤和所述的光谱仪相连构成长周期光纤光栅加工过程中的实时透射光谱监测系统。宽带光源波长范围为800-2000nm，光谱仪测量范围为 1200-1700nm。本技术利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的原理如下:当光波照射一光栅时，在光栅后的某些位置会出现该周期物体的像，这种无需透镜而使周期物体成像的现象称为泰伯效应，出现的像称为泰伯图像。对周期为d的光栅，发生泰伯效应的距离是在光栅后面Zt= 2Nd2/λ处，其中N= 1，2，3，…，λ为光波长，&称为泰伯距离。进一步的研宄还证明，在整数泰伯图像之间的某些分数泰伯距离ζ = ΝΖΤ+ΖΤ/η处的光场分布也呈现相似原周期性物体的像，其中N = 0，1，2，…，η为自然数，这些像称为分数泰伯图像。基于分数泰伯效应原理，可以设计一个的纯位相光栅，在光波的照射下某些特定分数泰伯距离处会出现明暗相间的光斑阵列，也就是通常所说泰伯阵列照明器。本技术就是利用飞秒激光照射经专门设计的纯位相光栅，在光栅后面预定分数泰伯距离处形成稳定的明暗相间光强分布，经柱面透镜线聚焦辐照在待加工光纤上，待加工光纤与飞秒激光相互作用发生非线性吸收实现对材料折射率的调制，从而制备长周期光纤光栅。与现有技术相比，本技术的优点如下:(I)本技术基于泰伯阵列照明器工作原理，利用飞秒激光照射二阶纯位相光栅在预定分数泰伯距离处产生明暗相间光斑辐照光纤实现长周期光纤光栅的制备，该过程的衍射效率为100%，从而大幅度提高了飞秒激光的使用效率。(2)与飞秒激光直写技术加工长周期光纤光栅的技术相比，本技术一次性完成飞秒激光对待加工光纤的辐照，大大缩减了长周期光纤光栅的加工时间，降低了制作成本。【附图说明】图1为本技术利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置的结构示意图。其中:1-飞秒激光光源，2-第一准直光阑，3-第二准直光阑，4-消色差二分之一波片，5-偏振分光棱镜，6-快门，7-反射镜，8-第一凸透镜，9-第二凸透镜，10-柱面透镜，11-第一精密移动平台，当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置，包括飞秒激光光源、第一准直光阑、第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门、反射镜、第一凸透镜、第二凸透镜、柱面透镜、第一精密移动平台、位相光栅、第二精密移动平台、待加工光纤、电控三维精密移动平台、宽带光源、光谱仪、计算机；其特征在于飞秒激光光源位于第一准直光阑之前，第一准直光阑之后顺序放置第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门和反射镜，反射镜与光路呈45度角放置，反射镜后面依次放置第一凸透镜、第二凸透镜、柱面透镜和位相光栅，待加工光纤置于位相光栅之后；柱面透镜和位相光栅分别固定在第一精密移动平台和第二精密移动平台上，待加工光纤固定在电控三维精密移动平台上，其一端通过尾纤连接到宽带光源，另一端通过尾纤连接到光谱仪上；电控三维精密移动平台和计算机相连接，通过计算机可对电控三维精密移动平台连同待加工光纤进行三维精密移动调节。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：新型
国别省市：山东;37
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