專利名稱：長周期光纖光柵制造方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖無源器件，具體涉及一種基于高頻CO2脈沖激光器制造長周期光纖光柵的方法與裝置，屬于光纖通信和傳感領(lǐng)域。
光纖通信技術(shù)使信息的傳輸容量急劇增加，目前64×10Gbit/s的長距離傳輸系統(tǒng)已經(jīng)商用化，但是仍然不能滿足人們對信息爆炸式地增長的需求，特別是因特網(wǎng)的急速發(fā)展而帶來的寬帶需求。隨著高速光通信網(wǎng)的飛速發(fā)展，對光纖無源器件也提出了新的要求。近幾年來，周期在幾十至幾百微米之間的長周期光纖光柵(Long PeriodFiber Grating，簡稱LPFG)引起了人們極大的興趣，這種新穎的光纖器件可以把芯區(qū)傳輸?shù)膶?dǎo)模能量耦合到包層模中從而造成與波長相關(guān)的傳輸損耗，是一種非常好的帶阻濾波器，具有易于制作、附加損耗低，后向反射小，與偏振無關(guān)及體積小等優(yōu)點(diǎn)。LPFG可廣泛應(yīng)用在光纖通信和傳感中，如作為抑制光纖放大器自發(fā)輻射(ASE)噪聲的帶阻濾波器、光纖放大器的增益平坦器，模式轉(zhuǎn)換器以及多種光纖傳感器，具有廣闊的市場前景。目前普遍采用的是利用光纖的光敏性用紫外光加模板來寫入LPFG，最近二年著名的美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種用連續(xù)CO2激光器對光纖進(jìn)行局部加熱通過殘余應(yīng)力釋放(或光纖玻璃密度變化)而獲得折射率發(fā)生變化的制造方法，該方法與紫外光寫入法相比具有更簡單，成本低，可用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖代替光敏光纖等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法受原理所限，很難再提高帶阻比這一關(guān)鍵指標(biāo)，另外需要裝夾光纖的精密微動(dòng)臺(tái)與激光曝光脈沖同步，所以操作較復(fù)雜，在加工不同參數(shù)的光纖光柵時(shí)靈活性較差。
本發(fā)明的目的在于從原理上及裝置上克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種基于高頻CO2脈沖激光制造長周期光纖光柵的方法與裝置。
長周期光纖光柵(LPFG)的形成機(jī)理本發(fā)明利用聚焦高頻CO2激光脈沖(1KHz～10KHz)對光纖進(jìn)行多次曝光，由于單位時(shí)間內(nèi)的瞬間能量比現(xiàn)有的方法要高近千倍，因此所產(chǎn)生的熱沖擊效應(yīng)就引起光纖玻璃晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，并有結(jié)構(gòu)重組現(xiàn)象發(fā)生，這樣就引起光纖被加熱點(diǎn)處的光纖玻璃密度變化從而帶來相應(yīng)比較大的折射率變化，因此本發(fā)明的LPFG形成機(jī)理就與前人利用低頻脈沖(幾Hz)釋放殘余應(yīng)力(或引起光纖玻璃密度變化)的方法有著原理上的不同。
本發(fā)明采用的裝置由CO2激光器、寬帶光源、和光譜分析儀構(gòu)成(見

圖1)，CO2激光器前加裝二維光學(xué)掃描儀，其X向擺鏡和Y向擺鏡通過聚焦鏡將激光聚焦于光纖上，被加工光纖置于寬帶光源和光譜分析儀之間。本CO2激光器的頻率為1-10KHz，該頻率段為光纖石英玻璃類材料最好的熱吸收頻率段，因此增加了光纖吸收熱的效率，另外CO2激光被聚焦到50～60μm左右以增加單位面積上的光能量，CO2激光脈沖寬度很窄，在10～20μs之間，這樣瞬間光能量就很高，達(dá)每秒數(shù)千瓦，比現(xiàn)有的方法要高近千倍。為充分照射光纖纖芯，CO2激光光斑以一個(gè)微米的步長連續(xù)走過光纖橫截面(即沿X方向)，該掃描由一個(gè)裝在CO2激光器前方的二維光學(xué)掃描器中的X向擺鏡部分來完成。對于下一個(gè)周期的制造，二維光學(xué)掃描器中的y向擺鏡部分通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)定的間距進(jìn)行移動(dòng)，這樣依次就可完成預(yù)定周期數(shù)的加工而無需移動(dòng)臺(tái)來移動(dòng)光纖(見圖2)。LPFG的光譜特性可通過由寬帶光源及光譜分析儀組成的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)來監(jiān)控。由于計(jì)算機(jī)控制的二維光學(xué)掃描器可實(shí)現(xiàn)任意圖形的制造，因此靈活性非常好，通過選擇不同的柵距與周期數(shù)可加工任意參數(shù)的LPFG。
本制造方法和裝置的原理與現(xiàn)有方法及裝置有著本質(zhì)的不同，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能近一步提高帶阻比這一關(guān)鍵指標(biāo)的難題，使長周期光纖光柵用途更廣闊，此外，本方法所采用的裝置更簡單，所以操作方便，對于加工不用參數(shù)的光纖光柵靈活性非常好。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖1為本長周期光纖光柵制造裝置圖；圖2為本發(fā)明方法生產(chǎn)長周期光纖光柵的原理圖；圖3為利用本發(fā)明方法及裝置生產(chǎn)出的長周期光纖光柵的透射光譜圖。
實(shí)施例參見圖1，本裝置由一個(gè)聚焦高頻CO2脈沖激光器和寬帶光源4、光譜分析儀5組成，聚焦高頻CO2脈沖激光器由一個(gè)5KHz的高頻CO2脈沖激光器1和一個(gè)裝于其前方向二維光學(xué)掃描器2構(gòu)成，被加工光纖3連接于寬帶光源4和光譜分析儀5之間。參見圖2，加工光纖時(shí)，CO2激光被聚焦到50μm左右，CO2激光脈沖寬度在10-20μs之間，讓CO2激光光斑6以一個(gè)微米的步長連接走過光纖3橫截面，該掃描由二維光學(xué)掃描器的X向擺鏡來完成，當(dāng)光纖橫截面被加工完畢。二維光學(xué)掃描器的Y向擺鏡通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)定的間距進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)至下一個(gè)周期段，再由X向擺鏡來掃描，進(jìn)行加工，這樣依次就可完成預(yù)定周期數(shù)的加工。而光纖光柵的光譜特性可通過由寬帶源及光譜分析儀組成的實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)來監(jiān)控。圖中7表示的是折射率變化。
利用本發(fā)明已經(jīng)制造出了具有國際領(lǐng)先水平的LPFG，插入損耗小于0.2dB，帶阻比高達(dá)25dB，參見圖3，比美國貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的要高。另外中心波長及帶寬可分別通過調(diào)整光纖光柵柵距及周期數(shù)目來進(jìn)行控制。目前已研制出用于減小1.55μm摻鉺光纖放大器自發(fā)輻射噪聲(ASE)的帶阻濾波器以及用于寬帶DWDM用光纖放大器的增益均衡器，由于是在線器件，比采用于涉濾波片的同類器件具有損耗低，成本低兩大突出優(yōu)點(diǎn)，因此將會(huì)逐步取代這些分離元件構(gòu)成的ASE去噪濾波器及增益均衡器，具有十分廣闊的市場前景，按全球每年生產(chǎn)10萬臺(tái)光纖放大器，每個(gè)光纖放大器需要至少一個(gè)LPFG來估算，則需要10萬個(gè)LPFG器件，若每個(gè)售價(jià)為500美元左右(為目前干涉濾波片器件售價(jià)的一半左右)，則可有5千萬美元的產(chǎn)值，利潤可達(dá)2千萬美元，因此LPFG作為未來光纖放大器必不可少的在線關(guān)鍵器件將會(huì)帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.長周期光纖光柵制造方法，其特征在于本方法是利用聚焦高頻CO2激光脈沖1-10KHz對光纖進(jìn)行多次曝光，其中CO2激光被聚焦到50-60μm左右以增加單位面積光能量，CO2激光脈沖寬度在10-20μs之間，以提高瞬間光能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長周期光纖光柵制造方法，其特征在于①CO2激光光斑以一個(gè)微米的步長連續(xù)走過光纖橫截面，該掃描由一個(gè)裝在CO2激光器前方的二維光學(xué)掃描器中的X向擺鏡完成；②二維光學(xué)掃描器中的Y向擺鏡按設(shè)定的間距沿光纖軸向移動(dòng)掃描，依次完成預(yù)定周期數(shù)的加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長周期光纖光柵制造方法，其特征在于高頻脈沖最好選5KHz左右，CO2激光被聚焦到50μm左右。
4.利用權(quán)利要求1或2所述的方法制造長周期光纖光柵的裝置，該裝置設(shè)有對準(zhǔn)被加工光纖的激光器，還設(shè)有分別連在被加工光纖兩端的寬帶光源和光譜分析儀，其特征在于所述激光器為1KHz-10KHz的聚焦高頻CO2脈沖激光器，由一個(gè)高頻CO2脈沖激光器和一個(gè)裝于其前方的二維光學(xué)掃描器構(gòu)成，二維光學(xué)掃描器有X向擺鏡和Y向擺鏡。
全文摘要
長周期光纖光柵制造方法,利用聚焦高頻CO
文檔編號(hào)G02B6/124GK1355440SQ0013203
公開日2002年6月26日 申請日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者饒?jiān)平?申請人:重慶寶通光纖技術(shù)有限公司