一种掺杂光子晶体光纤的载氢增敏方法技术

本发明专利技术涉及用于刻制光栅的掺杂光子晶体光纤的增敏方法。所要解决的技术问题在于提供一种掺杂光子晶体光纤的载氢增敏方法，它能够解决载氢的掺杂光子晶体光纤从高压氢气环境中取出后，纤芯氢气快速逃逸导致光敏性骤降的问题。其特征在于：将一根含有掺杂纤芯（２）和周期性空气孔（３）的光子晶体光纤（１）两端与含有纤芯（５）的阶跃型光纤（４）相熔接。然后将光子晶体光纤（１）连同两端的阶跃型光纤（４）一起放入高压氢气环境中进行载氢增敏处理。实验结果表明，采用本发明专利技术所述的载氢增敏法对掺杂光子晶体光纤进行处理后，能够极大地提高其光敏性，并且其光敏性能够保持数天，显著地延长了载氢光子晶体光纤的使用时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于刻制光栅的掺杂光子晶体光纤的增敏方法。
技术介绍
光子晶体光纤又称为微结构光纤或多孔光纤，其结构特点是光纤的横截面具有周 期性的微孔结构。它与普通单模光纤相比有三个突出的优点可以在很大的频率范围内支 持光的单模传输；允许改变纤芯面积，以削弱或加强光纤的非线性效应；可灵活地设计色 散和色散斜率，提供宽带色散补偿。正是由于这些优点，自1996年第一根光子晶体光纤被 研制出来，它的应用领域不断的扩大。与此同时，基于光子晶体光纤的各种光纤器件也成为 了研究的热点。光纤光栅作为一种重要的光纤无源器件，在光纤通信，光纤激光器以及光纤 传感领域有着广泛的应用。在光子晶体光纤上写入光纤光栅，对光子晶体光纤的实用化具 有重要意义。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光的照射在纤芯内形成折射率周期 性分布的空间相位光栅。光敏性是指物质的物理或化学性质在外部光的作用下发生暂时或 永久性改变的材料属性。光纤光敏性的好坏直接影响在其上面制作光栅的效率及特性。高 压载氢技术是掺杂光纤最常见的增敏技术。它是将掺杂光纤直接放入高压的氢气环境中， 通过高压将氢气分子缓慢地渗入光纤中。当刻制光栅的时候，纤芯中游离的氢气分子在紫 外光的作用下与掺杂元素相互作用，引起纤芯折射率的快速变化，起到了增敏的效果。氢气分子在高压的作用下经过较长的载氢时间均勻扩散到光纤的纤芯和包层中。 当光纤从高压的氢气环境中取出，放置到室温和一个大气压的环境里，光纤中的氢气会由 于与外界大气浓度的差异而逐渐逃逸出光纤。光纤中氢气的扩散可以分为两个阶段。第一 阶段光纤包层中的氢气首先向外界扩撒，而纤芯中的氢气浓度则保持不变；第二阶段包 层中的氢气继续往外界扩撒，而纤芯中的氢气也开始向包层进行扩撒，气体浓度有显著的 下降。对于普通阶跃型光纤来讲，由于包层直径达到数百微米，纤芯中的氢气扩散速度较 慢，故经过高压载氢的光纤其光敏性可以保持一段较长的时间通常可达数天。这提供了一 个比较长的周期，有利于光栅的批量制作。而对于纤芯掺杂的光子晶体光纤来讲，由于在光 纤的纤芯周围存在大量与外界直接连通的空气孔，纤芯中的氢气很容易通过这些空气孔直 接逃逸到外界环境中。对于一段纤芯直径为微米量级的光子晶体光纤来讲，只需数分钟的 时间，纤芯中90%以上的氢气就会逃逸出去。这给光栅的刻制带来很大的困难。比如，通常 来讲光子晶体光纤的紫外刻制时间需要数分种，这样没等光栅刻完，纤芯中的氢气就基本 消失了。即便是第一根光栅刻制了出来，下一根光栅就无法继续刻制了。所以有必要寻求 一种简单可靠的载氢方法来解决这个问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供，它 能够解决载氢的掺杂光子晶体光纤从高压氢气环境中取出后，纤芯氢气快速逃逸导致光敏性骤降的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是提出以下技术方案实现的—种掺杂光子晶体光纤的载氢增敏方法，其特征在于将一根含有掺杂纤芯2和 周期性空气孔3的光子晶体光纤1两端与含有纤芯5的阶跃型光纤4相熔接。然后将光子 晶体光纤1连同两端的阶跃型光纤4 一起放入高压氢气环境中进行载氢增敏处理。所述方法包括以下步骤在载氢前先将光子晶体光纤的两端进行端面切平处理，再利用光纤熔接机将其两 端分别与两根单模阶跃型光纤相熔接；随后将熔接好的光子晶体光纤放入高压的高纯氢气 环境中进行载氢增敏处理。本专利技术带来以下有益效果现有技术中，光子晶体光纤由于其包层中间的空气孔与外界直接连通，当光纤从 高压氢气环境中取出后，纤芯中的氢气会快速从包层空气孔中逃逸出去，使光敏性骤降。本 专利技术先将光子晶体光纤两端进行处理，然后通过高压放电的方式与普通的阶跃型光纤相熔 接。在熔接的过程中，光子晶体光纤端面上的空气孔会发生坍塌逐渐变为一个实芯光纤并 与阶跃型光纤相融合。将光子晶体光纤与两端的阶跃型光纤一起放入高压氢气环境中。再 经过长时间载氢，当光纤从高压氢气环境中取出后，由于普通阶跃型光纤中不存在空气孔， 这样就在光子晶体光纤的两端形成氢气塞，阻断了其包层空气孔与外界大气的连通，从而 达到以减缓纤芯中氢气溢出速率的目的。这样就能够在一段比较长的时间内保持光纤的光 敏性。本专利技术的掺杂光子晶体光纤的载氢增敏方法与常规的光纤载氢增敏方法相比，能 够显著地减缓载氢光子晶体光纤从高压氢气环境中取出后纤芯中氢气溢出的速率，长时间 保持载氢光子晶体光纤的光敏性。同时，由于其两端熔接上了普通阶跃型光纤，这也解决了 光子晶体光纤端面耦合难的问题，给光子晶体光纤光栅的性能测试带来很大的方便。实验结果表明，采用本专利技术所述的载氢增敏法对掺杂光子晶体光纤进行处理后， 能够极大地提高其光敏性，并且其光敏性能够保持数天，显著地延长了载氢光子晶体光纤 的使用时间。附图说明图1 采用本专利技术的产品的结构示意2 本实施例中使用的光子晶体光纤的横截面的示意3 本实施例按照本专利技术进行载氢增敏后光子晶体光纤光栅透射谱具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的描述参见图1，本专利技术将一根含有掺杂纤芯2和周期性空气孔3的光子晶体光纤1两端 与含有纤芯5的阶跃型光纤4相熔接。然后将光子晶体光纤1连同两端的阶跃型光纤4 一 起放入高压氢气环境中进行载氢增敏处理。光子晶体光纤1可为包层空气孔为任意排列形状的多孔结构实芯掺杂光子晶体 光纤。光子晶体光纤纤芯2中的掺杂元素可为多种在紫外光照射下能够和氢气发生反 应，引起纤芯折射率变化的元素，例如锗、铒、镱等。阶跃型光纤4可为外径尺寸与光子晶体光纤1相匹配的各种石英阶跃型光纤。光子晶体光纤1以及两端阶跃型光纤4可长可短，由具体的使用情况而定。本具体实施例所采用的光子晶体光纤包层外径为125iim，空气孔直径2. 65 u m, 空气孔间距4. 518 ii m,纤芯直径4. 14 u m,纤芯折射率n = 1. 457，是掺杂有一定量锗的石 英。其横截面如图2所示。首先利用紫外光在该光纤上直接刻写光栅，在形成微小的反射 峰后，经过长时间照射其反射率一直不能提高，最后测得反射率约为0. 28%，换算成折射率 变换量约为10-6量级，该光子晶体光纤的光敏性达不到光栅制作要求。为了提高该光子晶体光纤的光敏性，我们按照本专利技术所述方法对其进行载氢增敏 处理。即在载氢前先将10cm长的光子晶体光纤的两端进行端面切平处理，再利用具有手动 对准功能的光纤熔接机将其两端分别与两根约lm长的标准1060nm波长的单模阶跃型光纤 相熔接。测试表明其单点熔接损耗小于ldB。随后我们将熔接好的光子晶体光纤放入15MPa 的高纯氢气环境中室温载氢一周。载氢完成后，我们将其从高压氢气环境中取出，放置在室 温的大气环境中。在经过24小时的放置后，我们利用248nm的准分子激光器通过相位掩模 法在其上面刻制Bragg光纤光栅。相位板的周期为729nm，激光器的输出能量设置为8mJ， 脉冲频率为150Hz，光栅的长度为20mm。与此同时，我们将光子晶体光纤两端的阶跃型光纤 接入到光栅测试系统中对光栅的光谱进行实时地监测。在经过约8分钟的照射后，测得光 栅中心波长为1058. 65nm，反射率大于99%，折射率变化量约为10_4量级。其光栅透射谱 如图3所示。权利要求，其特征在于将一根含有掺杂纤芯(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂光子晶体光纤的载氢增敏方法，其特征在于：将一根含有掺杂纤芯（２）和周期性空气孔（３）的光子晶体光纤（１）两端与含有纤芯（５）的阶跃型光纤（４）相熔接；然后将光子晶体光纤（１）连同两端的阶跃型光纤（４）一起放入高压氢气环境中进行载氢增敏处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高侃，沙剑波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十三研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]