基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备技术制造技术

本发明专利技术提供的是一种基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备装置和方法，装置包括相位掩模板、石英薄片、光纤载板和光纤匹配液，光纤载板一面有镀金属反射膜的V形槽，用于放置待刻写光纤，石英薄片盖在光纤载板上，相位掩模板盖在石英薄片上，光纤匹配液，用于填充光纤载板上V形槽与待刻写光纤之间的空隙。方法包括装置安装、装置调节、光纤准备、光栅刻写和完成制备等步骤，本发明专利技术可有效改善刻写光束在光纤横截面内的光强分布，适用于各种异形芯光纤的光栅刻写。

【技术实现步骤摘要】
基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备技术(一)
本专利技术涉及光纤光栅制备
，具体涉及一种适用于异形芯光纤的光纤光栅制备技术。(二)
技术介绍
光纤光栅指通过一定技术手段在光纤纤芯上构造折射率周期性变化而形成的光栅结构。刻写在单模光纤上的布拉格光纤光栅(FBG)是目前研究最成熟的光纤光栅，该类光栅具有优异的光学窄带滤波特性与传感特性，已经在光电子领域和光纤传感领域有着广泛的应用。近些年来，为满足通信与传感的需求，很多特殊光纤被设计和制作出来，如少模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、多包层光纤等等，开展特殊光纤的光栅特性研究也逐年增多，如：魏颖(魏颖，焦明星.保偏光纤Bragg光栅传感特性的实验研究[J].红外与激光工程,2008(37)：107-110.)指出在保偏光纤的快轴和慢轴上刻写的FBG对横向负载灵敏度存在差异，可应用到称重等领域；包维佳(包维佳.新型光纤布拉格光栅矢量应变传感器研究[D].西北大学,2018.)研究了在多包层光纤上刻写FBG并实现矢量应变测量；E.Lindley(LINDLEYE,MINS-S,LEON-SAVALS,etal.DemonstrationofuniformmulticorefiberBragggratings[J].OpticsExpress,2014,22(25):31575.)开展了多芯光纤的FBG刻写技术研究，该FBG可用于抑制太空探测中的噪声信号，在天体光子学领域有着非常重要的应用前景。相位掩模板法是目前广泛使用的光纤光栅刻写方法，该方法通常使用紫外光照射相位掩模板形成衍射条纹，利用±1级衍射条纹侧面曝光光敏光纤制备FBG。该方法大大减低了对光源的相干性要求，而且制备的FBG的布拉格波长只取决于相位掩模板的条纹周期，减低了光栅制备工艺难度。基于紫外激光的相位掩模板法作为最普遍采用的FBG制备方法，为FBG的实用化与产业化奠定了基础。基于紫外激光的相位掩模板方法也被尝试用于特殊光纤的光栅刻写，但由于特殊光纤的结构与单模光纤存在很大不同，部分特殊光纤属于异形芯光纤，即这类光纤的波导纤芯未处在光纤中心，而是分布在整个光纤界面内。因此，在采用相位掩模板制备光纤光栅时，由于光纤本身的柱状透镜效应，使得从掩模板出射的±1级衍射光束难于在整个光纤横截面上形成均匀光强分布，因而难以制备出高质量的光纤光栅。为解决上述问题，目前可查阅到两种方法：(1)文献(LINDLEYE,MINS-S,LEON-SAVALS,etal.DemonstrationofuniformmulticorefiberBragggratings[J].OpticsExpress,2014,22(25):31575.)提出了一种改进方法：选择一段尺寸合适的石英毛细管，将毛细管一侧打磨一定厚度后抛光，将待刻写光纤插入该毛细管内，使相位掩模板的衍射光束从毛细管的侧抛面照射，以消除光纤本身的柱状透镜效应。(2)专利(授权号：CN106249348B)提出一种切趾光纤光栅刻写方法，该方法建议在刻写光栅的同时旋转待刻写光纤，消除由于大芯径导致的光感折射率调制不对称性。在上述方法(1)中，对石英毛细管实现侧抛的工序复杂，加工时间长，并且为了能让光纤插入毛细管，毛细管内径必然要比光纤直径大，这两者之间填充的空气依然会对刻写结果产生影响；方法(2)中，FBG刻写的同时旋转待刻写光纤，光路的细微不对称性或旋转马达的轻微震动都会影响到FBG的刻写效果。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备技术。该技术可以均匀刻写光束在光纤内的分布，提高光栅刻写质量。本专利技术的目的是这样实现的：专利技术一种适用于异形芯光纤的光栅制备装置，该装置由相位掩模板、石英薄片、光纤载板和光纤匹配液组成，光纤载板一面有V形槽，用于放置待刻写光纤，石英薄片盖在光纤载板上，相位掩模板盖在石英薄片上，光纤匹配液，用于填充光纤载板上V形槽与待刻写光纤之间的空隙；上述的相位掩模板，可选各种用于FBG刻写的相位掩模板；上述的石英薄片，长度与宽度不小于相位掩模板、厚度为50微米，材质为石英玻璃，在刻写用紫外光波段具有高透射率，能将相位掩模板产生的衍射光束无损的传输到下层的光纤载板，同时保护相位掩模板不被光纤载板上的待刻写光纤和光纤匹配液污染；上述的光纤载板，长度与宽度不小于石英薄片，所用材质在刻写用紫外光波段具有高透射率，载板一面的中心区域有一V形槽，槽方向与相位掩模板栅周期方向一致，槽两侧面镀有金属反射膜，在刻写用紫外光波段具有高反射率，槽两侧面的夹角为120度，槽深H与槽宽W由待刻写光纤包层直径D决定，计算公式为：上述的光纤匹配液，以水为溶剂，甘油为溶质，对刻写紫外光波段具有高透射率，通过精确控制水与甘油的比例获得与光纤包层一致的折射率。专利技术一种适用于异形芯光纤的光栅制备方法，包括如下步骤：步骤1，装置安装：将本专利技术的光栅制备装置放置到光栅刻写平台中，调节刻写光束由上向下垂直照射在光栅制备装置的相位掩模板上；步骤2，装置调节：移除光栅制备装置的相位掩模板和石英薄片，调节光纤载板的位置和高度，使刻写紫外光束聚焦在光纤载板的V形槽内；步骤3，光纤准备：剥离待刻写光纤上待刻写区域的涂覆层，剥离长度大于光纤载板的V形槽长度，用酒精擦拭干净后，放入V形槽内，滴入适量的光纤匹配液，轻轻移动待刻写光纤，使光纤匹配液完全填满V形槽与待刻写光纤之间的空隙，将石英薄片盖在光纤载板上，并确保排除两者之间的空气，将相位掩模板盖在石英薄片上，使用光纤夹具固定待刻写光纤，将待刻写光纤连接光栅刻写在线监测系统；步骤4，光栅刻写：启动激光器进行光栅刻写，使用光栅刻写在线监测系统观察光栅刻写效果，当光栅满足刻写要求后，关闭激光器和光栅刻写在线监测系统；步骤5，完成制备：断开光纤与光栅刻写在线监测系统的连接，移除光栅制备装置的相位掩模板和石英薄片，从光纤载板的V形槽内取出光纤，完成光栅制备。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)使用光纤匹配液，消除了光束进入光纤后的会聚效应，从而使得刻写光束在光纤横截面上分布区域更广，光强分布更均匀；(2)V形槽的反射膜提高了刻写光束的利用率，实现从三个方向对光纤的照射，进一步改善了刻写光束在光纤横截面内的分布和强度；(3)刻写装置可利用现有的微加工技术制作，制作周期短，加工精度高；(4)刻写过程操作步骤简单，可实现光栅的快速刻写、并且光栅的一致性有保证；(四)附图说明图1为本专利技术的装置结构示意图；图2为本专利技术可适用的部分光纤类型：(a)单模光纤结构示意图，(b)多模光纤结构示意图，(c)环形芯光纤结构示意图，(d)多芯光纤结构示意图；图3为V形槽内刻写光束对光纤照射的原理示意图；图4为实施例2的俯视图；图5为实施例2的侧视图；图中：1-适用于异形芯光纤的光栅制备装置、101-相位掩模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备装置，其特征是：包括相位掩模板、石英薄片、光纤载板和光纤匹配液，光纤载板一面有V形槽，用于放置待刻写光纤，石英薄片盖在光纤载板上，相位掩模板盖在石英薄片上，光纤匹配液，用于填充光纤载板上V形槽与待刻写光纤之间的空隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于120度夹角反射曝光叠加的异形芯光纤光栅制备装置，其特征是：包括相位掩模板、石英薄片、光纤载板和光纤匹配液，光纤载板一面有V形槽，用于放置待刻写光纤，石英薄片盖在光纤载板上，相位掩模板盖在石英薄片上，光纤匹配液，用于填充光纤载板上V形槽与待刻写光纤之间的空隙。


2.根据权利要求1所述的光纤载板，其特征是：所用材质在刻写用紫外光波段具有高透射率，载板一面的中心位置有一V形槽，槽方向与相位掩模板栅周期方向一致，槽两侧面镀有金属反射膜，在刻写用紫外光波段具有高反射率，槽两侧面的夹角为120度，槽深H与槽宽W由待刻写光纤包层直径D决定，计算公式为：


3.根据权利要求1所述的石英薄片，其特征是：长度与宽度不小于相位掩模板、厚度为50微米，材质为石英玻璃，在刻写用紫外光波段具有高透射率，能将相位掩模板产生的衍射光束无损的传输到下层的光纤载板，同时保护相位掩模板不被光纤载板上的待刻写光纤和光纤匹配液污染。


4.根据权利要求1所述的相位掩模板，其特征是：可选各种用于FBG刻写的相位掩模板。


5.根据权利要求1所述的光纤匹配液，其特征是：以水为溶剂，甘油为溶质，对刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪杰君，胡挺，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45