宽带光纤光栅非均匀温度场制作方法技术

本发明专利技术属于光电子、光纤通信和光纤传感领域，尤其是涉及一种制作宽带光纤光栅的方法。该方法使用普通均匀周期光纤光栅制作方法在光敏光纤中写入光栅，其特征在于：在光敏光纤的待写入光栅段，沿光纤轴线设置有非均匀温度场分布。当光栅写入完成后，撤掉非均匀温度场，原本是均匀周期的窄带光纤光栅则变成宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅。本发明专利技术采用较为简单的方法，使用常规的加热装置，即可利用现有制作普通窄带光纤光栅的设备制作宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅。具有方法简单，操作方便，制作成本低等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于光电子、光纤通信和光纤传感领域，尤其是涉及一种制作宽带光纤光栅的方法。
技术介绍
光纤布喇格光栅是一种光纤内器件。光纤布喇格光栅中，纤芯的折射率沿光纤轴线方向周期性变化，这种周期性变化是通过特殊的光学方法用紫外光对光纤纤芯进行照射所形成的。普通光纤布喇格光栅的光栅常数(纤芯折射率变化的周期和幅度)是均匀的，我们称之为均匀光纤光栅，它所反射的光带宽很窄(一般＜0.5nm)，所以也称窄带光纤光栅。而宽带光纤光栅的光栅常数是不均匀的，所反射的光频带很宽(通常＞0.5nm～几十nm)。光栅常数沿光纤轴线单调变化的宽带光纤光栅一般称之为啁啾光纤光栅(有时我们统称为宽带光纤光栅)。宽带光纤光栅可以用作宽带滤波器。具有特殊光栅常数分布的宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅可以用来进行色散补偿、脉冲压缩、波形整形以及光纤光栅传感信号解调等多方面的应用。因此宽带光纤光栅是一种可用于光纤通信、光纤传感、宽带滤波、光纤光源和半导体光源等光电子技术的重要器件。如何有效地制作所需要的宽带光纤光栅是一个广为关注的问题，为此提出了许多制作方法。虽然强均匀周期光纤光栅(通过强紫外光和长时间曝光获得)也可以提供宽带，但在布喇格共振的短波部分伴有大量的和不可避免的损耗。因此制作既有所需带宽又有最小损耗的宽带光纤光栅是非常重要的。目前宽带光纤光栅的制作方法基本上可分为两大类第一类是直接写入法，既光纤光栅的光栅常数非均匀化是在写入过程中完成的，直接得到宽带光纤光栅；第二类是间接制作法，既首先制作均匀光纤光栅，然后通过特殊处理使均匀光纤光栅的光纤常数非均匀化，从而得到宽带光纤光栅。清华大学的谢世钟等人申请了一项制作宽带光纤光栅的专利(公告日2000/12/17，公告号CN1278069)，其方法是用安装在扫描移动平台上的反射镜，按设定的函数分布通过等周期相位掩模板对光纤进行扫描，则光纤各点的曝光量按预先设计分布，制得宽带光纤光栅。还有一种使用均匀周期相位掩模板写入宽带光纤光栅的技术，是在相位掩模板前加一块透镜，光纤相对于掩模板倾斜一个角度，利用不同的离焦距离有不同的放大率来获得非均匀周期效果。这种方法将受到光源空间相干长度的限制。逐点写入技术也被用于制作宽带光纤光栅，然而非常缓慢耗时，完全不实用。目前使用最多，也是控制最精密的方法之一是啁啾相位掩模板技术。啁啾相位掩模板的周期按所设计的要求逐渐变化，用此掩模板即可写出所需要的宽带光纤光栅。江西大学的邹道文等人承担的国家自然科学基金项目，意欲用此方法获得1nm带宽的啁啾光纤光栅，补偿一百公里以上光纤的色散。此方法的关键是啁啾相位掩模板，目前世界上只有少数几家公司能生产啁啾相位掩模板，一块好的啁啾相位掩模板价格很贵。总的来说，虽然通过多年的努力，研究出了许多宽带光纤光栅的制作方法，但仍然存在许多技术上的问题，投入实际应用的方法只有啁啾相位掩模板等少数几种方法，而啁啾相位掩模板方法是一种制作成本很高且极不灵活的方法。因此进一步加强宽带光纤光栅制作方法的研究，改进现有的制作方法，专利技术新的制作方法，对于光纤通信、光纤传感、光纤光源合半导体光源等光电子技术的发展是十分有意义的。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种较为简单的制作宽带光纤光栅的方法。本专利技术使用普通均匀周期光纤光栅制作方法在光敏光纤中写入光栅，但是和普通均匀周期光纤光栅制作方法的不同之处在于在光敏光纤的待写入光栅段，沿光纤轴线设置有非均匀温度场分布，从而使光敏光纤的力学和光学性质沿轴向产生了非均匀变化。当光栅写入完成后，撤掉非均匀温度场，原本是均匀周期的窄带光纤光栅将变成宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅。简单地说，本专利技术是普通均匀周期光纤光栅制作方法和沿光敏光纤轴线建立非均匀温度场方法的结合。并且，沿光敏光纤轴线设置非均匀温度场的装置应当使光栅写入光束的入射光路不受阻碍。本专利技术采用较为简单的方法，使用常规的加热装置，即可利用现有制作普通窄带光纤光栅的设备制作宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅。具有方法简单，操作方便，制作成本低等优点。上述普通均匀周期光纤光栅制作方法包括逐点写入法、双光束干涉法、均匀周期相位掩模板方法等，其中均匀周期相位掩模板方法包括印刷法、环路法、棱镜法等。原则上讲，所有能在光敏光纤中写入光纤光栅的方法都可以在本专利技术中使用。以下对上述各种方法做简要介绍。逐点写入法是将光源聚焦成一点，通过精密控制的机械移动使聚焦光点沿光敏光纤轴线进行扫描，从而写出光纤光栅。双光束干涉法是将一束光分成两路，然后使两路光经一定的光程以一定的角度重新相交，在两路光重叠区产生空间干涉条纹；将光敏光纤5按一定的方式置于空间干涉条纹中曝光，即可在光敏光纤中形成光纤光栅(参看附图1)。附图中标记分别是1、用于写入光栅的光源；2、半反半透镜；3、反射镜；4、反射镜；5、光敏光纤；6、写入光光束；7、空间干涉区；8、均匀周期相位掩模板；9、正一级衍射光束；10、负一级衍射光束；11、长方体玻璃棱镜；12、高温细棒；13、待写入光栅处；14、加温器；15、冷凝器；16导热线；17、绝缘细棒；18、电阻丝。均匀周期相位掩模板方法是使光源1通过特制的均匀周期相位掩模板8产生正负两束强的一级衍射光束9、10，而其它级的衍射很弱，正负两束一级衍射的重叠区形成空间干涉条纹7，将光敏光纤5按一定的方式置于空间干涉条纹中曝光制作光纤光栅(参看附图2)。相对于双光束干涉法而言，此方法降低了对光源相干性的要求，避免了分光、光程和夹角调整控制的难度，系统装置稳定性的要求不那么苛刻，同时制作光纤光栅的重复性大大提高，这是目前最实用、应用最广泛的方法。使用均匀周期相位掩模板制作光纤光栅也有许多不同的方法，其中包括印刷法利用正负两束一级衍射在贴近相位掩模板的重叠区域所形成的空间干涉条纹，将光敏光纤靠近相位掩模板放置，从而制作光纤光栅(参看附图2)。此方法比较简单，光纤光栅似乎是光通过相位掩模板印刷到光敏光纤中去的。环路法用两个反射镜3、4分别引导正负两束一级衍射光9、10，在离开相位掩模板的地方相交，形成空间干涉条纹7(参看附图3)。这样光敏光纤5安放在远离相位掩模板的地方，写入光束焦点的位置离相位掩模板比较远，有利于保护相位掩模板免受光照损坏，另外此方法中，光敏光纤的安放也比较方便。此方法的缺点和双光束干涉法相同，只是分光和光程调整控制相对容易些。棱镜法均匀周期相位掩模板8和光敏光纤5之间放置一块长方体玻璃棱镜11，相位掩模板产生的正负两束一级衍射光束9、10进入长方体玻璃棱镜，分别在长方体玻璃棱镜的两个侧面全反射，在出长方体玻璃棱镜后相交形成空间干涉条纹7，光束相交干涉区域有适当安放的光敏光纤(参看附图4)。此方法既可以让光敏光纤远离相位掩模板，使相位掩模板免受光照损坏，又可以避免环路法的缺点。本专利技术中提到的光敏光纤是指对辐射敏感的光纤，这种光纤的纤芯受到辐射后，其纤芯折射率将发生永久性变化。一般光敏光纤可通过光纤纤芯掺杂获得。对普通通信光纤进行载氢就可以使其纤芯折射率对紫外光敏感。紫外光可以来自于准分子激光、或者是氩离子激光倍频、或者是铜蒸汽激光倍频等。一般来讲，只要能使光敏光纤的纤芯折射率发生永久性变化的辐射都行。但目前几乎所有用于制作光纤光栅的光敏光纤都只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带光纤光栅制作方法，使用普通均匀周期光纤光栅制作方法在光敏光纤中写入光栅，其特征在于：在光敏光纤的待写入光栅段，沿光纤轴线设置有非均匀温度场分布；当光栅写入完成后，撤掉非均匀温度场，原本是均匀周期的窄带光纤光栅则变成宽带光纤光栅或啁啾光纤光栅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜德生，何伟，陈宏波，梅家纯，戴珩，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]