预扭曲结构的光纤光栅、光纤光栅制作设备及工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种预扭曲结构的光纤光栅、光纤光栅制作设备及工艺，所述光纤光栅包含若干个光栅周期，形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。制作所述光纤光栅的设备包括：加热装置，用于将待加工光纤的加工区域加热至融化状态；三维移动平台装置，用于水平移动所述待加工光纤；旋转装置，用于扭动所述待加工光纤，使加工区域引入预扭力而产生形变，形成预扭曲结构。本发明专利技术所提供的具有预扭曲结构的光纤光栅，不但灵敏度高，而且其制作工艺简单、和制作设备的结构复杂度低，因此更加适用于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
预扭曲结构的光纤光栅、光纤光栅制作设备及工艺
本专利技术涉及光纤光栅制作
，尤其涉及一种预扭曲结构的光纤光栅、光纤光栅制作设备及工艺。
技术介绍
光纤光栅具有体积小、低损耗、耦合性高、以及波长选择性好等特点，因此在光纤传感领域有着广泛的用途。现有的光纤光栅一般是通过在普通单模光纤上直接通过二氧化碳激光径向扫描的方法进行写制，但是采用这种方法制备的光纤光栅灵敏度不高；还有一种利用二氧化碳激光曝光的同时，旋转器带动光纤旋转、位移平台水平移动来制备螺旋型的长周期光纤光栅，这种具有连续螺旋结构的光纤光栅虽然灵敏度较高，但是由于对于旋转器旋转的同轴度要求很高，以及螺旋调制时候旋转器旋转角度、速度、二氧化碳能量大小和位移平台等变量的匹配度要求很高，因此螺旋型光纤光栅的制备工艺复杂，不适用于实际应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种预扭曲结构的光纤光栅、光纤光栅制作设备及工艺，旨在解决现有技术制作的光纤光栅制作工艺复杂的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有预扭曲结构的光纤光栅：所述光纤光栅包含若干个光栅周期，每个所述光栅周期的加工区域具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述若干个光栅周期形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。本专利技术还提供了一种光纤光栅制作设备，所述制作设备包括三维移动平台装置、加热装置以及旋转装置：所述三维移动平台装置，用于水平放置待加工光纤；所述加热装置，用于对所述待加工光纤的加工区域按照预设加热方法进行加热，以使所述加工区域受热融化；所述旋转装置，用于将所述加工区域的两端分别夹紧，并在所述加工区域处于熔融状态后，按照预设的扭转规则对所述加工区域的两端进行相向扭转，以使所述加工区域在扭力作用下产生形变，形成具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述三维移动平台装置，还用于带动所述待加工光纤沿同一方向，每次水平移动一个光栅周期的距离，以使将所有所述加工区域依次加工成预扭曲结构，得到具有正向螺旋形变预扭曲结构、或负向螺旋形变预扭曲结构、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。进一步地，所述制作设备还包括监测装置，用于在光纤光栅的制作过程中用于实时监测所写制的光纤光栅参数。进一步地，所述监测装置包括光源与光谱仪，所述待加工光纤的两端分别与所述光源、所述光谱仪连接；所述光源，用于在光纤光栅制作过程中发光以使光路连通；所述光谱仪，用于在所述光纤光栅制作过程中实时监测所述光纤光栅的光谱信号。进一步地，所述预设的扭转规则包括：定义每两个相邻的加工区域为一组，所述每两个相邻的加工区域分别为第N个加工区域和第N+1个加工区域，其中，N为正整数；所述旋转装置对所述第N个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N个加工区域按照指定方向扭动至预设角度，所述旋转装置继续对所述第N+1个加工区域的两端进行反方向相向扭转，以使所述第N+1个加工区域按照指定方向的反方向扭动至所述预设角度，以得到具有正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅；或，所述旋转装置对所述第N个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N个加工区域按照指定方向扭动至预设角度，所述旋转装置继续对所述第N+1个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N+1个加工区域按照指定方向扭动至所述预设角度，以得到具有正向螺旋形变的预扭曲结构的长周期光纤光栅、或具有负向螺旋形变的预扭曲结构的长周期光纤光栅。本专利技术还提供了一种光纤光栅制作工艺，待加工光纤在轴向方向上，划分为若干个光栅周期；所述制作工艺包括以下步骤：步骤1：对所述光栅周期的加工区域按照预设加热方法进行加热，在所述加工区域处于熔融状态时，按照预设的扭转规则对所述加工区域的两端进行相向扭转，以使所述加工区域在扭力作用下产生形变，形成具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；步骤2：停止对所述加工区域进行加热，将所述待加工光纤沿同一方向，每次水平移动一个光栅周期的距离，返回步骤1，直至将所述待加工光纤的所有加工区域依次加工成预扭曲结构，得到具有正向螺旋形变预扭曲结构、或负向螺旋形变预扭曲结构、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。进一步地，所述待加工光纤的两端分别与光源、光谱仪连接；在所述光纤光栅制作过程中，所述光源发光以使光路连通，所述光谱仪实时监测所述光纤光栅的光谱信号。进一步地，所述预设的扭转规则包括：定义每两个相邻的加工区域为一组，所述每两个相邻的加工区域分别为第N个加工区域和第N+1个加工区域，其中，N为正整数；对所述第N个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N个加工区域按照指定方向扭动至预设角度，继续对所述第N+1个加工区域的两端进行反方向相向扭转，以使所述第N+1个加工区域按照指定方向的反方向扭动至所述预设角度，以得到具有正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅；或，对所述第N个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N个加工区域按照指定方向扭动至预设角度，继续对所述第N+1个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N+1个加工区域按照指定方向扭动至所述预设角度，以得到具有正向螺旋形变的预扭曲结构的长周期光纤光栅、或具有负向螺旋形变的预扭曲结构的长周期光纤光栅。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供了一种预扭曲结构的光纤光栅，所述光纤光栅包含若干个光栅周期；每个所述光栅周期的加工区域具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构。若干个光栅周期形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。且制作所述具有预扭曲结构的光纤光栅，不但灵敏度高，而且其制作工艺简单、制作设备的结构复杂度低，因此更加适用于实际应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的具有预扭曲结构的光纤光栅示意图；图2是本专利技术实施例提供的光纤光栅制作设备示意图；图3是本专利技术实施例提供的光纤光栅制作设备示意图；图4是本专利技术实施例提供的光纤光栅制作设备示意图；图5是本专利技术实施例提供的光纤光栅制作工艺流程图；图6是本专利技术实施例提供的在扭力大小与光谱变化映射示意图；图7是本专利技术实施例提供的在扭转角度大小与光谱变化映射示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。作为本专利技术的第一实施例，如图1所示，本专利技术提供了一种具有预扭曲结构的光纤光栅：所述光纤光栅包含若干个光栅周期，每个所述光栅周期的加工区域具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述若干个光栅周期形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。如图1所示的具有预扭曲结构的光纤光栅，按照一定的光栅栅距划分方式被划分为了多个光栅周期。在本实施例中，光栅栅距一般定义在300μm至700μm左右，而加工区域的长度一般定义在50μm至100μm之间。理论上，要形成长周期光纤光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有预扭曲结构的光纤光栅，其特征在于，所述光纤光栅包含若干个光栅周期，每个所述光栅周期的加工区域具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述若干个光栅周期形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。

【技术特征摘要】
1.一种具有预扭曲结构的光纤光栅，其特征在于，所述光纤光栅包含若干个光栅周期，每个所述光栅周期的加工区域具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述若干个光栅周期形成具有正向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或负向螺旋形变预扭曲结构的长周期光纤光栅、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。2.一种光纤光栅制作设备，其特征在于，所述制作设备包括三维移动平台装置、加热装置以及旋转装置：所述三维移动平台装置，用于水平放置待加工光纤；所述加热装置，用于对所述待加工光纤的加工区域按照预设加热方法进行加热，以使所述加工区域受热融化；所述旋转装置，用于将所述加工区域的两端分别夹紧，并在所述加工区域处于熔融状态后，按照预设的扭转规则对所述加工区域的两端进行相向扭转，以使所述加工区域在扭力作用下产生形变，形成具有正向螺旋形变的预扭曲结构、或负向螺旋形变的预扭曲结构；所述三维移动平台装置，还用于带动所述待加工光纤沿同一方向，每次水平移动一个光栅周期的距离，以使将所有所述加工区域依次加工成预扭曲结构，得到具有正向螺旋形变预扭曲结构、或负向螺旋形变预扭曲结构、或正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅。3.如权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述制作设备还包括监测装置，用于在光纤光栅的制作过程中用于实时监测所写制的光纤光栅参数。4.如权利要求3所述的制作设备，其特征在于，所述监测装置包括光源与光谱仪，所述待加工光纤的两端分别与所述光源、所述光谱仪连接；所述光源，用于在光纤光栅制作过程中发光以使光路连通；所述光谱仪，用于在所述光纤光栅制作过程中实时监测所述光纤光栅的光谱信号。5.如权利要求2所述的制作设备，其特征在于，所述预设的扭转规则包括：定义每两个相邻的加工区域为一组，所述每两个相邻的加工区域分别为第N个加工区域和第N+1个加工区域，其中，N为正整数；所述旋转装置对所述第N个加工区域的两端进行相向扭转，以使所述第N个加工区域按照指定方向扭动至预设角度，所述旋转装置继续对所述第N+1个加工区域的两端进行反方向相向扭转，以使所述第N+1个加工区域按照指定方向的反方向扭动至所述预设角度，以得到具有正负螺旋交替形变预扭曲结构的长周期光纤光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义平，邓蜜，廖常锐，白志勇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44