一种多功能光纤微结构连续刻写装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能光纤微结构连续刻写装置及方法，该装置包括，放纤模块，用于以由所刻写光纤微结构类型而确定的速度放出光纤，光纤进入光纤清洗模块进行清洗后放出清洁光纤，清洁光纤进入光纤调节模块，由光纤调节模块调整位于刻写区域的清洁光纤的位置与倾斜角度，激光发生模块与光纤调节模块相对放置，激光发生模块在光纤上刻写光纤微结构，通过改变光纤的速度和脉冲激光的起止时间，实现在光纤上刻写不同的微结构，收纤模块用于收纳刻写有微结构的光纤，本装置相较于普通的光栅刻写平台，由于光纤相对于脉冲干涉激光光源可独立精确移动，同时通过调整发射脉冲干涉激光的时间和终止发射脉冲干涉激光的时间，可以在光纤上任意刻写光栅结构，实现不同的光纤微结构的刻写，大幅提高生产效率以及刻写的光纤微结构质量。

A multifunctional optical fiber micro structure of continuous writing device and method

The invention discloses a multifunctional fiber micro structure continuous writing device and method, the device comprises a fiber discharge module, for by inscribing fiber micro structure type and determine the rate of release of fiber, fiber optic fiber into the clean out cleaning module after cleaning, cleaning the fiber to fiber adjusting module, optical fiber cleaning the position adjustment module in optical fiber adjustment inscribing area and angle laser module and optical fiber adjusting module are placed in the fiber laser generation module written fiber micro structure, by changing the fiber speed and pulse time for starting and stopping the implementation of micro structure of different writing on optical fiber, fiber receiving module is used for storage carved the micro structure of the fiber, the device compared with ordinary grating writing platform, because the fiber laser source can be independent with respect to pulse interference At the same time accurate move, by adjusting the transmit pulse laser interference time and termination of transmitted pulse laser interferometer, optical fiber grating in arbitrary structure, different fiber microstructure fabrication, greatly improving the production efficiency and the quality of fiber micro structure.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能光纤微结构连续刻写装置及方法
本专利技术涉及光纤传感系统中光纤光栅的制备，具体地指一种多功能光纤微结构连续刻写装置及方法。
技术介绍
光纤光栅是利用光纤的光敏性通过紫外曝光或者飞秒激光在光纤的纤芯中形成的周期性折射率调制结构，其凭借自身抗电磁干扰、质轻、体积小、化学性质稳定以及电绝缘等优点得到了广泛的研究。各种不同结构的光纤光栅拥有很多独特的性能，使其成为一种在光纤通讯、光纤传感等领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。1993年K.O.HiLL等人提出了相位掩模法制作光纤光栅，自此光纤光栅的生产开始步入商业化时代。相位掩模法制作光纤光栅是基于相位掩模板的近场衍射所产生的空间干涉条纹在光纤纤芯中形成周期性折射率变化，从而形成光纤光栅。现有常规的相位掩模法生产光纤光栅时，每刻写完一段光栅，需要控制激光束关闭，再将刻写完成的光纤光栅从光纤夹持器上取下来，然后再拿取下一根光纤开启激光刻写，如此重复循环，实现光纤光栅的批量生产。由于在光栅刻写前后，需要人工不停的在光纤夹具上固定和取下光纤，同时人工装取过程中需要长时间停顿使得激光器的激光束在此时间内的能量不能有效利用，所以生产效率低下，使得光纤光栅的制造成本较高。近年来在航空航天领域、土木工程领域、机械在线监测领域这些应用场合，对分布式光纤传感的容量以及空间分辨率要求逐步提高，使得光纤光栅的需求量以及刻写要求日益倍增。传统的分布式光纤传感器的制备方法是先在单根光纤上刻写好光纤光栅，然后将这些光纤串联熔接成一根分布式的光纤传感线路。但是该种方法不仅生产效率低，难以实现大容量、传感单元密集的分布式光纤传感器，此外光纤串联熔接的工艺会因为调芯装置的精度限制导致不可避免的附加损耗并影响到光信号的质量。同时熔接部分比较脆弱，需要涂覆或者使用热缩套管，降低光纤的可绕性以及系统的可靠性。连续刻写装置可以在单根光纤上刻写出分布式的光纤光栅阵列，可以有效解决上述问题，并且大幅提高生产效率，降低成本。常见的连续刻写装置刻写包括在恒定速度运动的裸纤上动态在线写入光纤光栅并完成保护层涂覆和先剥除普通光纤的涂覆层然后动态在线写入光纤光栅最后重涂覆的两种刻写方案。但是这两种方案会使裸纤长时间与空气接触，其表面易吸附水蒸气与细小悬浮颗粒，将会影响到光纤的机械强度与光学性能的长期稳定性。同时这两种方案对光纤的移动速度难以精确控制，光纤的位置与方向无法调整，一般只用来刻写均匀光栅及均匀光栅阵列，无法实现多功能的各种不同结构的光纤光栅的刻写。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统光纤光栅刻写装置与方法存在的诸多技术难点，以及传统在线方案刻写的光纤光栅可靠性差，难以刻写多种不同结构的光纤光栅等问题提出的一种多功能光纤微结构连续刻写装置及方法，使得光纤微结构的生产效率成倍提高，降低制造多种光纤微结构的成本，本专利技术中光纤微结构是指在光纤中用激光刻写出的微小的结构，包括任意结构的光栅以及任意结构光栅的各种组合。本专利技术为实现上述目的，本专利技术提供了一种多功能光纤微结构连续刻写装置，包括：放纤模块，用于存储光纤，并以由所刻写光纤微结构类型而确定的速度放出光纤；光纤清洗模块，用于对放纤模块放出的光纤进行清洗并放出清洁光纤；光纤调节模块，用于调节光纤清洗模块放出的位于刻写区域的清洁光纤的位置与倾斜角度，以保证脉冲干涉激光方向与位于刻写区域清洁光纤行进方向垂直，并放出刻写微结构的光纤；激光发生模块，与光纤调节模块相对放置，用于发射脉冲干涉激光，且脉冲干涉激光用于刻写光纤微结构，脉冲干涉激光的周期与光纤的行进速度的乘积为所需刻写光纤微结构栅格间隔的整数倍；收纤模块，用于以由所刻写光纤微结构的类型而确定的速度收纳由光纤调节模块放出的刻有微结构的光纤；根据所刻写光纤微结构类型调整放纤模块放出光纤的速度与收纤模块收回光纤速度改变光纤行进速度，同时根据所刻写光纤微结构类型和光纤的行进速度改变激光发生模块发射脉冲干涉激光的起止时间，实现在位于刻写区域的清洁光纤上刻写所需的光纤微结构。放纤模块以由所刻写光纤微结构的类型而确定的速度放出光纤，光纤经过光纤清洗模块清洗，去除附着的杂质，并由光纤调整模块调整光纤的刻写区域与脉冲干涉激光的位置和倾斜角度，保证脉冲干涉激光方向与光纤行进模块方向垂直，激光发生模块发射脉冲干涉激光，在光纤上刻写微结构，刻有微结构的光纤由收纤模块收纳，在微结构刻写过程中放纤模块和收纤模块同步转动可以实现单根光纤上连续刻写数量大且密集光纤微结构阵列，通过对放纤模块和收纤模块转速的控制精确控制光纤的移动步进和移动速度，以满足在刻制不同光纤微结构时对光纤与脉冲干涉激光相对速度需求，通过改变发射脉冲干涉激光时间和停止发射脉冲干涉激光的时间，实现在光纤上连续刻写任意所需的光纤微结构。进一步地，还包括第一应力控制模块，用于压紧或放松位于放纤模块和光纤清洗模块之间的光纤；第二应力控制模块，用于压紧或放松位于光纤调节模块和收纤模块之间的光纤。第一应力控制模块和第二应力控制模块共同调节光纤中的应力，在光纤微结构刻写过程中可通过改变光纤中的应力实现所刻写的光纤微结构中心波长的微调。进一步地，还包括隔震光学平台，光纤调节模块置于隔震光学平台上，用于保证刻写区域的光纤的稳定性，提高所刻写光纤微结构的准确度。进一步地，光纤调节模块左过渡轮组和右过渡轮组，左过渡轮组和右过渡轮组相对布置，左过渡轮组和右过渡轮组可相对独立上下移动，左过渡轮组，用于缠绕由光纤清洗模块放出的清洁光纤并放出进入刻写区域的清洁光纤；右过渡轮组，用于缠绕由刻写区域放出的刻有微结构的光纤并放出进入收纤模块的刻有微结构的光纤；通过上下调整左过渡轮组和右过渡轮组改变左过渡轮组与右过渡轮组的位置关系，实现调节位于刻写区域的清洁光纤的位置和倾斜角度。通过调节左过渡轮组与右过渡轮组的上下位置关系，可以调节位于左过渡轮组与右过渡轮组之间光纤的倾斜角度和位置，使光纤的行进方向与光纤刻写模块输出的脉冲干涉激光垂直，同时可以让光纤刻写模块输出的脉冲干涉激光的焦点位于光纤上，提高所刻写光纤微结构的质量。进一步地，光纤类型为涂覆层紫外透明的光纤或者无涂覆层的光纤。采用该类型光纤无需剥除光纤涂覆层，保障光纤的机械强度和系统稳定性，同时便于放纤模块与收纤模块对光纤行进速度的调整，提高光纤微结构刻写质量。进一步地，激光发生模块包括：紫外激光器，用于提供连续激光束；声光调制器，其输入端与紫外激光器输出端连接，用于将连续激光束调制为脉冲激光束；变迹幅度模板，用于改变由声光调制器输出的脉冲激光束光强分布来对光纤微结构进行切趾，输出第一脉冲激光；聚焦透镜，用于控制由变迹幅度模块输出的第一脉冲激光的光斑尺寸，输出第二脉冲激光；相位掩模板，用于让由聚焦透镜输出的第二脉冲激光形成脉冲干涉激光。紫外激光器发出的连续激光束，经过声光调制器调制为脉冲激光束，通过边迹幅度模板改变脉冲激光束的光强分布实现对光纤微结构进行切趾，在通过聚焦透镜将由变迹幅度模板输出的第一脉冲激光聚焦，输出第二脉冲激光，由相位掩模板让第二脉冲激光形成脉冲干涉激光，通过更换变迹幅度模板可实现多种变迹光栅的刻写，通过更换相位掩模板可以实现不同中心波长的光纤微结构刻写。进一步地，相位掩模板包括相位掩模板基座和相位掩模面板，相位掩模面板安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，包括：放纤模块(1)，用于存储光纤，并以由所刻写光纤微结构类型而确定的速度放出光纤；光纤清洗模块(2)，用于对所述放纤模块(1)放出的光纤进行清洗并放出清洁光纤；光纤调节模块(3)，用于调节所述光纤清洗模块(2)放出的位于刻写区域的清洁光纤的位置与倾斜角度，以保证脉冲干涉激光方向与所述位于刻写区域清洁光纤行进方向垂直，并放出刻写微结构的光纤；激光发生模块(4)，与光纤调节模块(3)相对放置，用于发射脉冲干涉激光，且所述脉冲干涉激光用于刻写光纤微结构，所述脉冲干涉激光的周期与光纤的行进速度的乘积为所需刻写光纤微结构栅格间隔的整数倍；收纤模块(5)，用于以由所刻写光纤微结构的类型而确定的速度收纳由光纤调节模块(3)放出的刻有微结构的光纤；根据所刻写光纤微结构类型调整所述放纤模块(1)放出光纤的速度与所述收纤模块(5)收回光纤速度改变光纤行进速度，同时根据所刻写光纤微结构类型和光纤的行进速度改变激光发生模块(4)发射脉冲干涉激光的起止时间，实现在位于刻写区域的清洁光纤上刻写所需的光纤微结构。

【技术特征摘要】
1.一种多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，包括：放纤模块(1)，用于存储光纤，并以由所刻写光纤微结构类型而确定的速度放出光纤；光纤清洗模块(2)，用于对所述放纤模块(1)放出的光纤进行清洗并放出清洁光纤；光纤调节模块(3)，用于调节所述光纤清洗模块(2)放出的位于刻写区域的清洁光纤的位置与倾斜角度，以保证脉冲干涉激光方向与所述位于刻写区域清洁光纤行进方向垂直，并放出刻写微结构的光纤；激光发生模块(4)，与光纤调节模块(3)相对放置，用于发射脉冲干涉激光，且所述脉冲干涉激光用于刻写光纤微结构，所述脉冲干涉激光的周期与光纤的行进速度的乘积为所需刻写光纤微结构栅格间隔的整数倍；收纤模块(5)，用于以由所刻写光纤微结构的类型而确定的速度收纳由光纤调节模块(3)放出的刻有微结构的光纤；根据所刻写光纤微结构类型调整所述放纤模块(1)放出光纤的速度与所述收纤模块(5)收回光纤速度改变光纤行进速度，同时根据所刻写光纤微结构类型和光纤的行进速度改变激光发生模块(4)发射脉冲干涉激光的起止时间，实现在位于刻写区域的清洁光纤上刻写所需的光纤微结构。2.根据权利要求1所述的多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，还包括：第一应力控制模块(6)，用于压紧或放松位于放纤模块(1)和光纤清洗模块(2)之间的光纤；第二应力控制模块(7)，用于压紧或放松位于光纤调节模块(3)和收纤模块(5)之间的光纤。3.根据权利要求1所述的多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，还包括隔震光学平台(8)，所述光纤调节模块(3)置于所述隔震光学平台(8)上，用于保证位于刻写区域的光纤的稳定性。4.根据权利要求1所述的多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，所述光纤调节模块(3)包括：左过渡轮组和右过渡轮组，所述左过渡轮组和所述右过渡轮组相对布置，所述左过渡轮组和所述右过渡轮组可相对独立上下移动，所述左过渡轮组，用于缠绕由所述光纤清洗模块(2)放出的清洁光纤并放出进入刻写区域的清洁光纤；所述右过渡轮组，用于缠绕由刻写区域放出的刻有微结构的光纤并放出进入所述收纤模块(5)的刻有微结构的光纤；通过上下调整所述左过渡轮组和所述右过渡轮组改变左过渡轮组与右过渡轮组的位置关系，实现调节位于刻写区域的清洁光纤的位置和倾斜角度。5.根据权利要求1所述的多功能光纤微结构连续刻写装置，其特征在于，光...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，张威，闫志君，向阳，艾凡，汪静逸，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42