一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法技术

本发明专利技术属于光纤通信和光纤传感技术领域，具体涉及一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法。本发明专利技术包括如下步骤：(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气或者抽气，使光纤内部气压大于或小于外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀或向内塌缩；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。本发明专利技术仅有充气或抽气、加热和水平前后移动光纤三个操作步骤，因此避免了以往写栅方法的激光脉冲与光纤精确对准操作繁琐的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信和光纤传感
，具体涉及一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法。
技术介绍
光纤光栅是通过一定的方法在光纤纤芯形成永久性折射率周期性变化的光纤器件。长周期光纤光栅因其插入损耗低、背向反射小，其传输特性对温度、应变、环境折射率等多种因素变化都比较敏感的优点，广泛应用于通信和光纤传感领域。中空双芯光纤是由纤芯、环形包层和空气腔构成。空气腔位于环形包层中间，纤芯位于包层空气腔内，融嵌在环形包层内壁上。对这种结构光纤的概念早在1976年已被提出(美国专利NO.3950073)。目前主要的长周期光纤光栅写入方法有紫外激光的振幅掩模法和激光脉冲逐点写入法。中国专利(CN101825740，CN101776780)是利用248nm的紫外激光，在通过一块振幅掩模板后照射到载氢的光纤或掺锗光纤上，从而永久改变纤芯折射率，制成长周期光纤光栅。这种方法具有较大的灵活性，对光栅的折射率调制结构可以任意进行设计制作，但其缺点是不能批量生产。用这种方法制作光栅时，采用具有光敏性的掺锗石英光纤，形成的光栅热稳定性差。使用载氢的光纤，写入光栅后必须进行退火以消除光栅中的不稳定成分，因此这样制作的光栅成本高但效率低。中国专利(CN101840019，CN03111552.7)采用10.6μm的CO2激光脉冲逐点写入长周期光纤光栅的方法，这种方法的优点是灵活性高，使用普通光纤，不必载氢，不用掩模板，周期容易控制，对光源相干性没有要求。缺点是CO2激光脉冲需要与纤芯精确对准，并且需要精确的运动控制机构，对于双芯光纤需要多次对准操作，操作繁琐，效率不高。中国研究人员采用聚焦光斑直径50μm的CO2激光脉冲写入长周期光纤光栅，所用到的同样为中空双芯光纤。缺点是需要对准激光的出射位置，CO2激光脉冲的聚焦平面需与双芯组成的平面精确垂直，同时需要对光纤旋转角度的精准控制，操作繁琐，结构复杂(TingtingYuan,XingZhong,ChunyingGuan,*JiananFu,JingYang,JinhuiShi,andLiboYuan,Longperiodfibergratingintwo-coreholloweccentricfiber,OpticsExpress,Vol.23,No.26)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法，包括如下步骤：(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气或者抽气，使光纤内部气压大于或小于外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀或向内塌缩；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。所述的中空双芯光纤由两个光纤芯、环形包层和空气腔构成；环形包层中间为空气腔，两个光纤芯位于包层空气腔中，融嵌于环形包层内壁并且呈对称分布。所述的中空双芯光纤内部充气，给光纤加热，得到的是凸出型结构的长周期光纤光栅。所述的向中空双芯光纤内部抽气，给光纤加热，光纤受热塌缩，得到的是凹陷型结构的长周期光纤光栅。本专利技术的有益效果在于：本专利技术操作方式容易实现，只需要控制加热时间、功率及光纤前后移动距离。成栅装置结构简单，且仅有充气(抽气)、加热和水平前后移动光纤三个操作步骤，因此避免了以往写栅方法的激光脉冲与光纤精确对准操作繁琐的问题。附图说明图1双芯中空光纤横截面结构示意图。图2双M型加热元件结构示意图。图3(a)双芯中空光纤由于热膨胀产生形变图。图3(b)双芯中空光纤由于热塌缩产生形变图。图4中空双芯长周期光纤光栅的写入装置示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更详细描述：本专利技术提供一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法。(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气(抽气)使光纤内部气压大于(小于)外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀(向内塌缩)；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。本专利技术所述一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法的操作步骤如下：(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气(抽气)使光纤内部气压大于(小于)外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀(向内塌缩)；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。所述的中空双芯光纤有多个光纤芯、环形包层和空气腔构成；环形包层中间为空气腔，光纤芯位于包层空气腔中，融嵌于环形包层内壁并且呈对称分布。所述电发热元件为双M型，具有对称结构，发热区分别与光纤芯径向对应，在加载不同的电流时，光纤芯所处温度场不同，因而光纤芯产生的形变不同，从而得到多个参数不同的光纤光栅。向光纤内充入气体然后打开加热元件，光纤受热膨胀，从光纤中抽气然后打开加热元件，光纤受热塌缩，可以得到两种结构不同的长周期光纤光栅。图1为双芯中空光纤横截面结构示意图，其中1为悬挂芯；2为环形包层；3为空气腔。图2为双M型加热元件结构示意图。M1、M2为一对具有对称结构的发热元件，其材料为高温石墨，四个脚为电极引脚，中间环形区域为加热区。通过控制加载的电流大小来控制发热区温度。当M1、M2加载不同的电流时，光纤芯所处温度场不同，因而光纤芯产生的形变不同，从而得到参数不同的光纤光栅。图3(a)为向双芯中空光纤中充气时膨胀产生的形变；图3(b)为向双芯中空光纤中抽气时塌缩产生的形变。长周期光纤光栅是由多个上述结构周期性排列构成。图4为中空双芯长周期光纤光栅的写入装置示意图。其中4为充气(抽气)装置，5为中空双芯光纤，6为微动台，能够水平移动，7为加热装置，8光纤卡具。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气或者抽气，使光纤内部气压大于或小于外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀或向内塌缩；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。

【技术特征摘要】
1.一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将一段待写入光栅的中空双芯光纤涂覆层去除，并用光纤夹具固定；(2)向中空双芯光纤内部充气或者抽气，使光纤内部气压大于或小于外界气压；(3)利用加热元件加热2s，使光纤向外膨胀或向内塌缩；(4)控制位移平台将光纤向同一方向移动1mm，重新给光纤加热，加热时间均为2s；(5)重复步骤(3)、(4)获得周期性结构，实现长周期光纤光栅的写入。2.根据权利要求1所述的一种基于热变形方式的中空双芯长周期光纤光栅写入方...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿涛，麻镇宇，蒋航，耿仕新，胡琪浩，杨文蕾，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23