專利名稱：二維光纖光柵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種二維光纖光柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種二維光纖光柵的制作方法。
背景技術(shù)：
光纖光柵(Fiber Grating)是基于光纖的光敏特性制成的一類重要的光纖型器件，它在光濾波、光耦合、光放大和信號檢測等功能的實現(xiàn)中發(fā)揮著重要作用。典型的光纖光柵是單纖單芯結(jié)構(gòu)，目前單芯光纖光柵無論是理論分析還是制作工藝都已相當成熟，但在分布式傳感中各光纖光柵的一致性很難保證且集成度有待進一步提高，也較難實現(xiàn)多物理量的同時測量。而多芯光纖，則是在同一外包層內(nèi)含有多根纖芯，每根纖芯周圍都是包層材料(如中國專利CN 100456066C和CN 101533124A)。因此，每個纖芯都是一條光波導，即一根多芯光纖中集成了多根單芯光纖。采用多芯結(jié)構(gòu)光纖制作光柵，將多光纖光柵集成到一根光纖中，可構(gòu)造多波長組合光纖濾波器；多波長組合光纖激光器；此外，沿同一多芯光纖寫入不同波長的光纖光柵組，構(gòu)成分布式光纖光柵彎曲傳感器，可用于人體運動的跟蹤測試和運動姿態(tài)捕捉記錄。采用多芯光纖光柵傳感器可同時獲得彎曲的大小和方向信息，多芯光纖光柵可以對應變和彎曲等多種參量進行同時測量且有好的靈敏度。
目前多芯光纖光柵已有研究，如W. N. MacPherson， Meas. Sci. Technol. 15,1642，2004和美國專利NO. 20070201793Al，但光纖的多個纖芯是處于非同一平面的，且纖芯間距也較大，纖芯間沒有相互耦合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高光學器件在光纖中的集成，提高集成器件性能的二維光纖光柵。本發(fā)明的目的還在于提供一種實施簡便，制作過程易于控制，可以大大提高光柵寫入質(zhì)量，適合大規(guī)?；a(chǎn)的二維光纖光柵的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 本發(fā)明的二維光纖光柵的結(jié)構(gòu)為包括由一組纖芯和光纖包層構(gòu)成的光纖，多個纖芯在一個平面內(nèi)緊密排成線性陣列多芯光纖，光纖本身在垂直于光纖軸向構(gòu)成一維光柵；各纖芯在縱向相同位置處寫入光纖光柵陣列，多個光柵間有關(guān)聯(lián)，在兩個方向均具有光柵效應，構(gòu)成二維光纖光柵。 所述的線性陣列多芯光纖為光敏光纖，各纖芯具有相同的光敏性或者是具有不同的光敏性。 所述的線性陣列多芯光纖各纖芯具有相同的折射率或者是具有不同的折射率。
所述的線性陣列多芯光纖各纖芯的光柵結(jié)構(gòu)是Bragg光纖光柵、傾斜閃耀光纖光柵或者是長周期光纖光柵。 本發(fā)明的Bragg 二維光纖光柵、傾斜閃耀二維光纖光柵的制備方法為
1、將多芯光纖剝除一定長度的涂敷層，進行清潔處理；
2、將多芯光纖固定在光纖夾具上，光纖夾具固定在可作任意角度旋轉(zhuǎn)的精密調(diào)節(jié)裝置上； 3、調(diào)節(jié)相位掩模板緊貼光纖，使相位掩模板與光纖相互平行； 4、調(diào)整精密調(diào)節(jié)裝置使多芯光纖纖芯平面平行于相位掩模板，光纖軸線與相位掩
模板刻線方向垂直或成一定的角度，調(diào)好后將之固定； 5、紫外光照射，形成光柵結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的長周期二維光纖光柵的制備方法為 1、將多芯光纖剝除一定長度的涂敷層，進行清潔處理； 2、將多芯光纖固定在光纖夾具上，光纖夾具固定在可作任意角度旋轉(zhuǎn)的精密調(diào)節(jié)裝置上； 3、調(diào)整精密調(diào)節(jié)裝置使多芯光纖纖芯平面正對著C02激光光源； 4、逐點周期性曝光寫入，使纖芯折射率被周期性地調(diào)制形成光柵結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的優(yōu)勢在于l. 二維光纖光柵各光柵離的較近，可用于同向和反向多波長
選擇器，或波長分離器；2.多個光纖光柵集成于一根光纖中，可提高光學器件在光纖中的
集成，提高集成器件的性能；3. 二維光纖光柵可用于光纖傳感器，感知更多的信息。


圖1是本發(fā)明的Bragg 二維光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明傾斜閃耀二維光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明線性陣列多芯光纖結(jié)構(gòu)意圖。 圖4(a)、圖4(b)為本發(fā)明線性陣列多芯光纖套管堆積法制作示意圖，圖4(c)為實
際拉制出來的線性陣列多芯光纖照片； 圖5是本發(fā)明制備二維Bragg光纖光柵示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述 本發(fā)明的圖1-5中各零件號的含義為l-Bragg光纖光柵；2_纖芯；3-光纖包層；4-傾斜閃耀光纖光柵；5-光纖芯預制棒；6_包層預制棒；7_玻璃管棒；8-研磨后包層預制棒；9-紫外光束；10-準直擴束系統(tǒng)；ll-經(jīng)準直擴束后紫外光；12_相位掩模板；13_待寫入光柵的陣列多芯光纖。
實施方案1 : 本發(fā)明線性陣列多芯光纖制作方法的實施例，具體包括以下步驟
采用化學氣相沉積法工藝制造出圓形纖芯和不同尺寸的空心和實心包層預制棒，將多個纖芯預制棒5排成線性陣列，利用套管法將大尺寸空心包層預制棒7套在線性陣列外邊，使線性陣列居中，其它空隙用不同尺寸的包層預制6填充；或者將適當大尺寸包層預制棒研磨成D形包層預制棒8，兩個D形包層預制棒8間的空隙用纖芯預制棒5填充；采用常規(guī)方法進行拉絲。就會拉制出圖4(c)所示的線性陣列多芯光纖。圖4(a)和4(b)為線性陣列多芯光纖制作方法的示意圖。
實施方案2 :
本發(fā)明二維Bragg光纖光柵制作方法的實施例，具體包括以下步驟 1、取一根線性陣列多芯光纖13，多個纖芯具有不同的光敏性，剝除3-4cm長度光
纖的涂敷層； 2、進行清潔處理后將其固定在光纖夾具上，利用顯微鏡觀察各個纖芯位置，調(diào)整
光纖位置，使相位掩模板12緊貼光纖13，相位掩模板與光纖相互平行； 3、進一步使光纖纖芯平面平行于相位掩模板12，光纖軸線與相位掩模板刻線方向
垂直，調(diào)好后將之固定； 4、光纖13 —個尾端利用分束器接入寬帶光源，同時接入光譜分析儀觀測反射譜；紫外光束9經(jīng)紫外光束準直擴束系統(tǒng)10變成平行光11，經(jīng)相位掩模板12在光纖13上進行曝光； 5、開啟寬帶光源，通過光譜儀監(jiān)測光柵形成，達到所需反射率時停止曝光；
6、進行封裝，完成二維Bragg光纖光柵(見圖1)的制作。 此方案制備的二維光纖光柵因不同纖芯光敏性不同，各纖芯折射率改變不同，每
一個光柵的反射波長也不同，因各個纖芯間距較近，纖芯間會產(chǎn)生諧振耦合，若多個波長從
某一纖芯注入，則由于諧振效應各纖芯會反射不同波長的光，在入射端將光分開，可用于反
方向多波長選擇器，或波長分離器。 實施方案3: 本發(fā)明二維傾斜閃耀光纖光柵制作方法的實施例，具體包括以下步驟
與方案2中的l-2相同； 調(diào)節(jié)相位掩模板12緊貼光纖13，使光纖與相位掩模板12相互平行，相位掩模板刻
線與多芯光纖間有一夾角；接著進行方案2中的4-6步驟； 進行封裝，完成二維傾斜閃耀光纖光柵(見圖2)的制作。 此方案制備的二維傾斜閃耀因不同纖芯光敏性不同，各纖芯折射率改變不同，因光柵是閃耀光柵，每一個光柵的反射光很容易耦合到附近的纖芯中，因柵面傾斜角度是一致的，反射光沒有按原路返回，而繼續(xù)向前傳輸，可用于同向多波長選擇器，或波長分離器。
實施方案4 : 本發(fā)明二維長周期光纖光柵制作方法的實施例，具體包括以下步驟 1、將線性陣列多芯光纖剝除一定長度的涂敷層，進行清潔處理； 2、將線性陣列多芯光纖固定在光纖夾具上，光纖夾具固定在可作任意角度旋轉(zhuǎn)的
精密調(diào)節(jié)裝置上； 3、調(diào)整精密調(diào)節(jié)裝置使多芯光纖纖芯平面正對著C02激光光源； 4、逐點周期性曝光寫入，使纖芯折射率被周期性地調(diào)制形成長周期光柵結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種二維光纖光柵，包括由一組纖芯和光纖包層構(gòu)成的光纖，其特征是多個纖芯在一個平面內(nèi)緊密排成線性陣列多芯光纖，光纖本身在垂直于光纖軸向構(gòu)成一維光柵；各纖芯在縱向相同位置處寫入光纖光柵陣列，多個光柵間有關(guān)聯(lián)，在兩個方向均具有光柵效應，構(gòu)成二維光纖光柵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光纖光柵，其特征是所述的線性陣列多芯光纖為光敏光纖，各纖芯具有相同的光敏性或者是具有不同的光敏性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維光纖光柵，其特征是所述的線性陣列多芯光纖各纖芯具有相同的折射率或者是具有不同的折射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維光纖光柵，其特征是所述的線性陣列多芯光纖各纖芯的光柵結(jié)構(gòu)是Bragg光纖光柵、傾斜閃耀光纖光柵或者是長周期光纖光柵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維光纖光柵，其特征是所述的線性陣列多芯光纖各纖芯的光柵結(jié)構(gòu)是Bragg光纖光柵、傾斜閃耀光纖光柵或者是長周期光纖光柵。
6. —種二維光纖光柵的制備方法，其特征是(1) 將多芯光纖剝除一定長度的涂敷層，進行清潔處理；(2) 將多芯光纖固定在光纖夾具上，光纖夾具固定在可作任意角度旋轉(zhuǎn)的精密調(diào)節(jié)裝置上；(3) 調(diào)節(jié)相位掩模板緊貼光纖，使相位掩模板與光纖相互平行；(4) 調(diào)整精密調(diào)節(jié)裝置使多芯光纖纖芯平面平行于相位掩模板，光纖軸線與相位掩模板刻線方向垂直或成一定的角度，調(diào)好后將之固定；(5) 紫外光照射，Bragg 二維光纖光柵或傾斜閃耀二維光纖光柵結(jié)構(gòu)。
7. —種二維光纖光柵的制備方法，其特征是(1) 將多芯光纖剝除一定長度的涂敷層，進行清潔處理；(2) 將多芯光纖固定在光纖夾具上，光纖夾具固定在可作任意角度旋轉(zhuǎn)的精密調(diào)節(jié)裝置上；(3) 調(diào)整精密調(diào)節(jié)裝置使多芯光纖纖芯平面正對著C02激光光源；(4) 逐點周期性曝光寫入，使纖芯折射率被周期性地調(diào)制形成長周期二維光纖光柵結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是二維光纖光柵及其制備方法。包括由一組纖芯和光纖包層構(gòu)成的光纖，多個纖芯在一個平面內(nèi)緊密排成線性陣列多芯光纖，光纖本身在垂直于光纖軸向構(gòu)成一維光柵；各纖芯在縱向相同位置處寫入光纖光柵陣列，多個光柵間有關(guān)聯(lián)，在兩個方向均具有光柵效應，構(gòu)成二維光纖光柵。本發(fā)明的二維光纖光柵各光柵離的較近，可用于同向和反向多波長選擇器，或波長分離器；多個光纖光柵集成于一根光纖中，可提高光學器件在光纖中的集成，提高集成器件的性能；二維光纖光柵可用于光纖傳感器，感知更多的信息。
文檔編號G02B6/02GK101776780SQ20101010133
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者關(guān)春穎, 戴強, 田鳳軍, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學