一种单应力元光纤倾斜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倾斜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，使应力元和纤芯中的光栅面夹角满足所需的单应力元光纤倾斜光纤布拉格光栅要求。本发明专利技术可用于单应力元光纤倾斜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】
一种单应力元光纤倾斜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倾斜光纤布拉格光栅及其制备方法，属于光纤器件
(二)
技术介绍
倾斜光纤布拉格光栅(倾斜光纤布拉格光栅)作为光纤布拉格光栅中重要的组成部分，有其独特之处。与普通光纤布拉格光栅不同，倾斜光纤布拉格光栅的光栅平面不再与光纤轴向垂直，而是有了一定倾斜角度。倾斜的引入，加强了从前向传输的纤芯模到后向传输的包层模、辐射模的耦合。基于此特点，倾斜光纤布拉格光栅在光学滤波、光纤传感、增益平坦器和偏振相关器件等领域都有着广泛的应用。常规使用相位掩模版法制备倾斜光纤布拉格光栅，有两种典型的紫外激光曝光方位，其紫外激光、光纤布拉格光栅相位掩模版和光纤的相对位置如图2所示。(1)如图2(a1)，在紫外激光2-1垂直照射光纤布拉格光栅相位掩模版2-2上，光纤布拉格光栅相位掩模版2-2和待刻写的光纤2-3相对平行，并如图2(a2)，光纤布拉格光栅相位掩模版内栅线2-4和待刻写的光纤2-3不垂直时，纤芯内折射率调制的分布，与光纤布拉格光栅相位掩模版内置的栅线分布相同，且与光纤不垂直，即可制备倾斜光纤布拉格光栅。(2)如图2(b1)，在紫外激光2-1不垂直照射光纤布拉格光栅相位掩模版2-2上，光纤布拉格光栅相位掩模版2-2和待刻写的光纤2-3相对平行，并如图2(b2)，光纤布拉格光栅相位掩模版内栅线2-4和待刻写的光纤2-3相对垂直时，纤芯内折射率调制的分布，与光纤布拉格光栅相位掩模版内置的栅线分布相同，且与光纤不垂直，即可制备倾斜光纤布拉格光栅或啁啾倾斜光纤布拉格光栅。由于倾斜光纤布拉格光栅是将光栅倾斜写入柱体纤芯，因而光栅面在轴向上是个椭圆。所以每一个栅格，都是关于其光栅栅面长轴所在的平面对称的。所以尽管倾斜光纤布拉格光栅具有方向性，且当弯曲方向与光栅栅面成不同角度时包层模谐振峰的响应均不相同，但其只能分辨半圆方向内的弯曲，光纤向关于光栅栅面长轴对称的左右弯曲时，光谱的响应程度没有区别，即只能分辨0°-180°的弯曲，不能实现360°全范围的弯曲分辨。故而这种对称性会影响到倾斜光纤布拉格光栅的使用场景。为了解决这一问题，本专利技术通过在光纤包层引入单应力元，打破纤芯内折射率的均匀分布，使其按特定方向写入的倾斜光纤布拉格光栅不再对称，进而拓展了倾斜光纤布拉格光栅的使用场景。(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倾斜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：单应力元光纤倾斜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倾斜光纤布拉格光栅；其制备方法是使用均匀光纤布拉格光栅掩模板，通过调整掩模版的旋转角度，以及调整应力元和纤芯的相对位置，写入不同光栅倾斜角和应力元位置的倾斜光纤布拉格光栅。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。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)旋转掩模板，选择光栅倾斜角度；3)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与光栅面的夹角；3)使用紫外激光在纤芯中写入倾斜光纤布拉格光栅；4)再涂覆或封装单应力元光纤倾斜光纤布拉格光栅。所述的制备方法中，光栅的倾斜角度，以及应力元与光栅面的夹角都会影响到光栅光谱。本专利技术的倾斜光纤布拉格光栅是基于单应力元光纤，其独特之处在于应力致纤芯的折射率分布。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，且写入的倾斜光纤布拉格光栅在每个栅面上同样具有均匀性。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10所示，其中10-1是光纤包层，10-2是应力元，10-3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。再结合倾斜光纤布拉格光栅，在其光栅栅面长轴与应力元中心和光纤几何中心的连线正交时，即可体现单应力光纤倾斜光纤布拉格光栅的非对称性。实现二维平面内的全方向弯曲传感。本专利技术制备的单应力元光纤倾斜光纤布拉格光栅，需要图2给出两种制备方法的基础上，进行改进，需要确保应力元、纤芯和紫外激光的相对位置分别如图2中(a3)和(b3)所示，使倾斜光纤布拉格光栅栅面的长轴，与光纤中心和应力元中心的连线正交，才能最大程度体现单应力光纤倾斜光纤布拉格光栅的非对称性。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的倾斜光纤布拉格光栅，进而给出一种非对称光纤光栅及其制备方法，适用于光纤纤芯位于光纤几何中心的非对称光纤光栅的制备。(2)、本专利技术制备出的单应力元倾斜光纤布拉格光栅可实现二维平面内的全方位弯曲传感。(2)、本专利技术制备出的单应力元倾斜光纤布拉格光栅打破了普通倾斜光纤布拉格光栅的对称性，拓展了使用场景。(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)为单应力元光纤。图2为两种倾斜光纤布拉格光栅刻写方法示意图，(a1)和(b1)分别为为两种方法里的紫外激光、掩模板和光纤的相对位置示意图，(a2)和(b2)分布为两种方法里的掩模板和光纤的相对位置示意图，(a3)和(b3)分别为将光纤替换为单应力元光纤后，其中应力元、纤芯和紫外激光照射方向的相对位置示意图，2-1为紫外激光，2-2为光纤布拉格光栅相位掩模版，2-3为待刻写的光纤，2-4为光纤布拉格光栅相位掩模版内的栅线，2-5为将光纤替换为单应力元光纤后，其中的应力元，2-6为将光纤替换为单应力元光纤后，其中的纤芯。图3为刻写单应力元光纤光纤布拉格光栅以及非对称光纤布拉格光栅的系统示意图，3-1为准分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单应力元光纤倾斜光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：单应力元光纤倾斜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倾斜光纤布拉格光栅；其制备方法是使用均匀光纤布拉格光栅掩模板，通过调整掩模版的旋转角度，以及调整应力元和纤芯的相对位置，写入不同光栅倾斜角和应力元位置的倾斜光纤布拉格光栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种单应力元光纤倾斜光纤布拉格光栅及其制备方法，其特征在于：单应力元光纤倾斜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倾斜光纤布拉格光栅；其制备方法是使用均匀光纤布拉格光栅掩模板，通过调整掩模版的旋转角度，以及调整应力元和纤芯的相对位置，写入不同光栅倾斜角和应力元位置的倾斜光纤布拉格光栅。


2.根据权利要求1所述的一种单应力元光纤倾斜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倾斜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...

【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