一种光纤光栅元件、电控光纤光栅系统及制备系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤光栅元件，包括光纤和电磁感应材料层，所述电磁感应材料层制备覆盖在所述光纤沿轴向分布的法位光栅调制区上。该光纤光栅元件用于制备光纤光栅无需使用昂贵的仪器设备，极大地节约了设备成本，简化了制备工艺，光纤光栅元件只有放入交变磁场中才会被加热，安全系数大大提高，光纤光栅的写制光谱可实时调制，良品率更高，制备时间可控，有利于实现批量化生产，且可对光纤光栅元件回收重复利用以制备不同的光纤光栅。本发明专利技术还公开了一种电控光纤光栅系统及制备系统。

A fiber grating element, electric control fiber grating system and preparation system

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅元件、电控光纤光栅系统及制备系统
本专利技术涉及光纤传感技术，尤其涉及一种光纤光栅元件、电控光纤光栅系统及制备系统。
技术介绍
光纤光栅因具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。现有的光纤光栅制备方法主要有CO2激光刻蚀法、电弧放电法、HF湿法刻蚀、周期性形变、振幅掩膜法和飞秒激光直写法等。作为说明，其中比较典型加工方式如下：CO2激光刻蚀法：单个激光脉冲通过聚焦镜并照射在光纤上，并且在光纤上架设成像系统来观察光栅刻写过程中光线是否发生形变光栅通过单侧的激光逐点写入，利用开关来控制激光的通断，在一个位置照射后通过轴向移动光纤位置来进行下一个栅区的刻写。此项写制技术优势明显，无需对光纤进行增敏，可以通过电脑方便的控制激光运动轨迹，但是存在一定缺陷，刻写过程中通过电脑操作激光的通断以及光纤的位移，很难保证聚焦激光光斑和光纤每次对准的精确度，不利于光栅刻写的稳定性和一致性。振幅掩膜法：此种方法的关键在于振幅掩模版，当紫外光透过振幅掩模版对光纤进行横向曝光后，可以诱导光纤内部出现周期性的折射率改变，制成长周期光栅结构。由于长周期性的光纤光栅的周期较大，可以保证掩模版的制作精度，因此容易获得一致性高的符合光谱需求的光栅，故此种方法一直沿用下来并处于制备工艺的主流位置。但是这种方法也存在不少弊端，首先必须采用光敏光纤，而且制成的成品在高温下不稳定，必须对LPG采用退火处理来保证它在高温下能被使用，又因其次振幅掩模版的周期固定，没办法根据需求来灵活的调整周期长度，大大增加了制备成本。飞秒激光直写法：用物镜聚焦后的飞秒激光焦点入射到掺锗的光纤纤芯中，被激光照射到的区域折射率会增大，同时平行移动光纤，就会在玻璃内部形成周期性的波导结构。利用飞秒激光直接刻写光纤光栅，可以不需要相位（振幅）掩模板，只需通过控制光斑焦点在光纤纤芯上的相对位置，即可制备任意类型的光纤光栅，但是用于制备长周期性的光纤光栅过程十分复杂，且难以操作，成本大。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提供一种光纤光栅元件、电控光纤光栅系统及制备系统，无需使用昂贵的仪器设备，极大地节约了设备成本，简化了制备工艺，光纤光栅元件只有放入交变磁场中才会被加热，安全系数大大提高，光纤光栅的写制光谱可实时调制，良品率更高，制备时间可控，有利于实现批量化生产，且可对光纤光栅元件回收重复利用以制备不同的光纤光栅。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：一种光纤光栅元件，包括光纤和电磁感应材料层，所述电磁感应材料层制备覆盖在所述光纤沿轴向分布的法位光栅调制区上。一种电控光纤光栅系统，包括上述的光纤光栅元件和磁场发生装置，所述磁场发生装置用于产生与所述电磁感应材料层相作用的交变磁场，使所述电磁感应材料层发热进而对所述光纤光栅元件的法位光栅调制区进行加热，以改变所述法位光栅调制区的折射率，形成光纤光栅。进一步地，还包括输入接头和输出接头，所述输入接头设于所述光纤光栅元件的一端，所述输出接头设于所述光纤光栅元件的另一端，或者，所述输入接头和输出接头设于所述光纤光栅元件的同一端。进一步地，还包括耦合装置，所述输入接头和输出接头通过所述耦合装置连接于所述光纤光栅元件的同一端。进一步地，所述磁场发生装置包括磁场发射器和电源控制模块，所述电源控制模块与所述磁场发射器电性连接，以向所述磁场发射器输出交变电流，进而使所述磁场发射器产生所述交变磁场。进一步地，所述磁场发射器包括一电磁线圈，沿轴向环绕在所述光纤光栅元件外。一种电控光纤光栅的制备系统，包括上述的电控光纤光栅系统以及光源发生装置，用于向所述光纤光栅元件内耦合进检测光束；光谱检测装置，用于接收从所述光纤光栅元件内透射或反射出来的光束，得到所述光纤光栅的实时写制光谱。进一步地，所述光源发生装置连接于所述光纤光栅元件的一端，所述光谱检测装置连接于所述光纤光栅元件的另一端，或者，所述光源发生装置和光谱检测装置连接于所述光纤光栅元件的同一端。进一步地，还包括耦合装置，所述光源发生装置和光谱检测装置通过所述耦合装置连接于所述光纤光栅元件的同一端。进一步地，还包括：处理控制主机，连接于所述光谱检测装置和磁场发生装置之间，用于根据所述光谱检测装置得到的实时写制光谱自动对所述磁场发生装置进行控制，以自动将所述光纤光栅的实时写制光谱调制为所需写制光谱。本专利技术具有如下有益效果：该光纤光栅元件、电控光纤光栅系统及制备系统以不同分布规律的电磁感应材料层进行电磁感应，即可制备出不同的光纤光栅，无需使用昂贵的仪器设备，极大地节约了设备成本，简化了制备工艺，光纤光栅元件只有放入交变磁场中才会被加热，安全系数大大提高，光纤光栅的写制光谱可实时调制，良品率更高，制备时间可控，有利于实现批量化生产，且可回收重复利用。附图说明图1为本专利技术提供的电控光纤光栅的制备方法的步骤框图；图2为本专利技术提供的长周期性的光纤光栅的光纤光栅元件的示意图；图3为图2所示的长周期性的光纤光栅的透射光谱图；图4为本专利技术提供的短周期性的光纤光栅的光纤光栅元件的示意图；图5为图4所示的短周期性的光纤光栅的反射光谱图；图6为本专利技术提供的非周期性光纤光栅的光纤光栅元件的示意图；图7为图6所示的非周期性光纤光栅的反射光谱图；图8为本专利技术提供的电控光纤光栅的制备系统的示意图；图9为本专利技术提供的电控光纤光栅的另一制备系统的示意图；图10为本专利技术提供的电控光纤光栅的预处理方法的步骤框图；图11为图10所示的电控光纤光栅的预处理方法中步骤S1.2的步骤框图；图12为图10所示的电控光纤光栅的预处理方法中另一步骤S1.2的步骤框图；图13为图10所示的电控光纤光栅的预处理方法中又一步骤S1.2的步骤框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的说明。实施例一如图1、2、4和6所示，一种电控光纤光栅的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：对光纤11进行预处理，以在所述光纤11沿轴向分布的法位光栅调制区上制作覆盖一电磁感应材料层12，形成光纤光栅元件1。在该步骤S1中，所述电磁感应材料层12可以采用铁、镍、钴等金属或者含有该类金属的氧化物或合金，如：氧化铁、硅钢、不锈钢、铁钴合金、镍钴合金等，这类金属、金属氧化物和合金既具有良好的导电能力，同时也具有良好的导磁能力，另外，稀土或者含有稀土的氧化物或合金也可以用于制作所述电磁感应材料层12。步骤S2：采用交变磁场与所述电磁感应材料层12相作用，使所述电磁感应材料层12发热进而对所述光纤11的法位光栅调制区进行加热，以改变所述法位光栅调制区的折射率，形成光纤光栅。在该步骤S2中，所述交变磁场作用于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅元件，其特征在于，包括光纤和电磁感应材料层，所述电磁感应材料层制备覆盖在所述光纤沿轴向分布的法位光栅调制区上。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅元件，其特征在于，包括光纤和电磁感应材料层，所述电磁感应材料层制备覆盖在所述光纤沿轴向分布的法位光栅调制区上。


2.一种电控光纤光栅系统，其特征在于，包括权利要求1所述的光纤光栅元件和磁场发生装置，所述磁场发生装置用于产生与所述电磁感应材料层相作用的交变磁场，使所述电磁感应材料层发热进而对所述光纤光栅元件的法位光栅调制区进行加热，以改变所述法位光栅调制区的折射率，形成光纤光栅。


3.根据权利要求2所述的电控光纤光栅系统，其特征在于，还包括输入接头和输出接头，所述输入接头设于所述光纤光栅元件的一端，所述输出接头设于所述光纤光栅元件的另一端，或者，所述输入接头和输出接头设于所述光纤光栅元件的同一端。


4.根据权利要求3所述的电控光纤光栅系统，其特征在于，还包括耦合装置，所述输入接头和输出接头通过所述耦合装置连接于所述光纤光栅元件的同一端。


5.根据权利要求2所述的电控光纤光栅系统，其特征在于，所述磁场发生装置包括磁场发射器和电源控制模块，所述电源控制模块与所述磁场发射器电性连接，以向所述磁场发射器输出交变电流，进而使所述磁场发射器产生所述交变磁场。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘申，王义平，赵媛媛，罗俊贤，陈燕苹，杨勇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44