一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，所述的单应力元光纤是包层中存在单个应力元的特种光纤。其特征是将准分子激光器、反射镜、扩束镜、柱透镜、掩模板和单应力元光纤依次按序放入刻写光路中，再使用折射率匹配液、显微镜和光纤旋转夹具调整光纤，使单应力元不遮挡紫外激光；纤芯和掩模板平行，且垂直于掩模板栅线，即可使用刻写均匀光纤布拉格光栅的方法，得到啁啾光纤布拉格光栅。本发明专利技术可用于单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的制备，可广泛用于光纤器件技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法(一)
本专利技术涉及的是一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，属于光纤器件
(二)
技术介绍
啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)是一种折射率或栅格周期沿轴向发生变化的光纤布拉格光栅(FBG)，由于其小体积、低损耗、具有较宽的反射带宽和稳定的色散，被广泛的用于光纤色散补偿和宽带滤波器。当光纤布拉格光栅栅区内的折射率或栅格周期不同时，满足某一栅区布拉格条件的波长也不相同，因此使得光纤布拉格光栅具有啁啾效应，即为啁啾光纤布拉格光栅。针对此成栅特点，目前有直接和间接两类制作啁啾光纤布拉格光栅的方法。(1)直接法是通过啁啾相位掩模版直接在光纤中写入啁啾光纤布拉格光栅，其传统制作工艺使用啁啾相位掩模版，进行曝光或扫描以实现在光纤中写入啁啾光纤布拉格光栅。这种工艺最大的缺点是必须使用啁啾相位掩模版，且制作出的啁啾光纤布拉格光栅的啁啾度由啁啾相位掩模版的参数决定，导致制作不同啁啾度的啁啾光纤布拉格光栅只能通过使用不同的啁啾相位掩模版，大大增加了生产成本。(2)间接法是对均匀的光纤布拉格光栅进行啁啾调制，使其产生啁啾效应。在啁啾调制的过程中需要对光纤持续作用，稳定性较直接法略差，且会影响到光纤的使用寿命。直接法如专利CN106842415A，其使用扫描刻写的方式，实现使用均匀光纤布拉格光栅相位掩模版来写入啁啾光纤布拉格光栅。但由于光纤布拉格光栅的栅距为微米量级，所以较难精确操控扫描的步进，且刻写过程受外界因素如震动的影响较大。或者在光纤不平行掩模板的情况下，写入的光纤布拉格光栅也具有啁啾效应，但此时光纤刻写部位没有都在刻写光的焦线上，导致折射率调制深度不同，且在拉远光纤一端时，容易引入倾斜，影响光栅质量。间接法如专利CN105137533.A，其使用形状记忆合金对均匀光纤布拉格光栅进行啁啾调制，通过常温下固定光纤布拉格光栅，加热使其恢复成所需的形状来弯曲光纤布拉格光栅，达到应力调制啁啾的效果。但由于记忆合金恢复形状需要到达转变温度，加热过程会对光纤寿命和性能造成影响，且其自身存在的变形误差和光纤的抗弯过程也会直接影响到啁啾调制的效果。为了克服现有工艺的缺点，本专利技术提出一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法。该方法基于单应力元光纤，使用均匀光栅掩膜板，可在光纤平行掩模板的情况下，制备啁啾光纤布拉格光栅。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过给出一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，进而给出一种非对称光纤布拉格光栅及其制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的组成部分包括单应力元光纤和其纤芯内写入的啁啾光纤布拉格光栅。所述的单应力元光纤是围绕纤芯设置一个应力元的特种光纤。所述的应力元是热膨胀系数不等于石英基体热膨胀系数的材料。所述的单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的啁啾效应是通过纤芯折射率不均匀分布实现。其制备方法是使用均匀光纤布拉格光栅掩模板，在单应力元光纤纤芯内写入的啁啾光纤布拉格光栅。制备方法包括以下步骤：1)将准分子激光器、反射镜、扩束镜、柱透镜、掩模板和单应力元光纤依次按序放入刻写光路中；2)使用U型槽、包层折射率匹配液、显微镜和光纤旋转夹具调整光纤中应力元位置，使单应力元不遮挡紫外激光照射纤芯；3)使用紫外激光在纤芯中写入啁啾光纤布拉格光栅；4)再涂覆或封装单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅。所述的制备方法中，光纤平行或不平行于均匀光纤布拉格光栅掩模板，均可制备啁啾光纤布拉格光栅。啁啾光纤布拉格光栅的成栅特点在于折射率和栅格周期的变化，那么仅让不同栅格的折射率发生不同变化，也可实现啁啾效应。借助于微积分的思想，当纤芯折射率分布具有较大范围的横向变化时，将折射率横向变化的纤芯按折射率近似相等划分为多个网格。在紫外激光通过一块均匀光栅掩膜板辐照其上时，空间上纤芯的每个部分光场变化和周期尺度都相同，但由于纤芯折射率分布本身存在较大范围的横向变化，每个划分网格的折射率调制都不尽相同。此时，对于整个光纤布拉格光栅而言，纤芯内每一个小局域网格对于整体布拉格反射所贡献的反射波长也会各不相同，使得反射光谱中出现啁啾现象。因为每一个网格产生的弱反射对总体布拉格反射的贡献与纤芯折射率的横向分布有关，所以要实现啁啾效应，在使用一块均匀光栅掩膜板基础上，只需实现纤芯折射率的不同分布即可。进一步，若纤芯折射率横向分布是线性的，就得到线性啁啾光栅；若是非线性的，就会得到非线性啁啾光栅，若是没有变化，就得到均匀的标准光纤布拉格光栅，由此可实现仅通过一块均匀光栅掩膜板制作多种光谱的光纤布拉格光栅。目前常见的光纤布拉格光栅，因光纤纤芯内折射率的分布情况，大多是均匀对称的，如基于单模光纤和保偏光纤的光纤布拉格光栅。单模光纤，如图1(a)所示，该种光纤在其横截面上关于截面的x轴和y轴是轴对称的，并且关于截面圆心O是中心对称的，所以单模光纤纤芯受应力的情况都是均匀的，这也使得光纤包层、芯层的折射率分布均匀。这种均匀性使得纤芯内导模的偏振态不会发生变化，且写入的光纤布拉格光栅同样具有均匀性。而对保偏光纤来说，如图1(b)所示的熊猫型保偏光纤，该种光纤在其横截面上关于截面的x轴和y轴是轴对称的，但关于截面圆心O不是中心对称的，其应力单元是对称分布在纤芯两侧的包层中，二者会对纤芯施加应力，使得均匀性被打破，但由于应力单元的对称分布，导致纤芯的折射率分布也具有对称的特点。这种对称性使得保偏光纤可以传输两个正交的偏振模。本专利技术基于的单应力元光纤，光纤横截面如如图1(c)所示，横截面径向折射率分布示意图如图9所示，光纤模型如图2所示，其中2-1是光纤包层，2-2是应力元，2-3是光纤纤芯。该种光纤在其横截面上关于截面的x轴对称，但关于y轴不对称，并且关于截面圆心O也是不对称的。单个应力元只会对纤芯施加一个大方向上的应力，导致纤芯折射率的分布存在关于应力元中心和纤芯中心连线的对称分布。这使得单应力元光纤纤芯会像保偏光纤纤芯一样具有双折射效应，但因不同于保偏光纤纤芯折射率分布有两个轴对称，其一个轴对称折射率分布不均匀致使的双折射效应，会导致纤芯内传输一个偏振态和一个畸变态。这种控制纤芯折射率的倾斜二维分布状态下的非对称设计，只会维持传输模的部分偏振性。因此写入光纤布拉格光栅时，会先出现两个反射峰，此时若持续刻写，两个峰会持续展宽，并随着折射率调制加深，使啁啾效应加强，最后导致两峰合并成一个平顶峰。本专利技术至少具备以下的几项突出的有益效果：(1)、本专利技术通过给出基于单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅，进而给出一种非对称光纤布拉格光栅及其制备方法，适用于光纤纤芯位于光纤几何中心的非对称光纤布拉格光栅的制备。(2)、本专利技术使用均匀光纤布拉格光栅掩模板制备啁啾光纤布拉格光栅，节省了购买啁啾光纤布拉格光栅掩模板的成本。(四)附图说明图1为单模光纤、保偏光纤以及单应力元光纤的截面示意图，(a)为单模光纤，(b)为熊猫保偏光纤，(c)为单应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的组成部分包括单应力元光纤和其纤芯内写入的啁啾光纤布拉格光栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的组成部分包括单应力元光纤和其纤芯内写入的啁啾光纤布拉格光栅。


2.根据权利要求1所述的一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：所述的单应力元光纤是围绕纤芯设置一个应力元的特种光纤。


3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：所述的应力元是热膨胀系数不等于石英基体热膨胀系数的材料。


4.根据权利要求1所述的一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：所述的单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅的啁啾效应是通过纤芯折射率不均匀分布实现。


5.一种单应力元光纤啁啾光纤布拉格光栅及其制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，徐致远，
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