本發(fā)明涉及光纖光柵制備領(lǐng)域，尤其涉及一種使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法。
背景技術(shù)：
大容量、長(zhǎng)距離弱光纖光柵傳感系統(tǒng)因檢測(cè)精度高，響應(yīng)快，單纖測(cè)點(diǎn)數(shù)量多等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊應(yīng)用前景。其核心制備技術(shù)要求在一根長(zhǎng)距離光纖上連續(xù)寫(xiě)入大量光纖光柵而盡量少地引入焊接損耗，為光纖光柵微弱傳感信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸提供保障，動(dòng)態(tài)在線連續(xù)制備光纖光柵技術(shù)是一種理想方法。除盡量少地引入焊接損耗，光纖本身低傳輸損耗也是大容量弱光纖光柵傳感信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)那疤釛l件。因此，基于低傳輸損耗光纖實(shí)施光纖光柵在線制備成為首要前提。
然而，動(dòng)態(tài)在線連續(xù)制備光纖光柵工藝是基于單激光脈沖刻寫(xiě)光纖光柵。受單脈沖激光的能量和作用時(shí)間有限，單脈沖激光刻寫(xiě)光柵具有較高的成柵效率是獲取一定反射率光柵的首要條件。常規(guī)方法是通過(guò)纖芯摻雜增強(qiáng)光纖光敏性，提高纖芯材料對(duì)激光的吸收效率，以實(shí)現(xiàn)相同激光能量密度下纖芯折射率的更深度調(diào)制。然而對(duì)光纖而言，其光敏性與傳輸損耗為一對(duì)相生相克的矛盾對(duì)立面。光敏性越好，則光纖傳輸損耗越高；反之，光敏性差，則光纖傳輸?shù)?。常?guī)低傳輸損耗光纖類(lèi)型為摻鍺型，因摻入鍺離子濃度較低，鍺離子主要以取代硅氧四面體網(wǎng)格(Si-O)中Si離子形成鍺氧四面體，引起四面體網(wǎng)格畸變(GeO2缺陷)。隨著摻鍺含量增多，大量晶格畸變引起橋氧鍵斷裂，以及同相離子聚合引起兩相間互溶的微觀不均勻，形成大量GeO缺陷及GexOy聚集體；大量GeO缺陷增加光纖光敏性能，但材料微觀不均勻造成大量散射界面，光纖瑞利散射增加，引起光纖傳輸損耗增大。顯然，對(duì)于大容量、長(zhǎng)距離光纖光柵傳感系統(tǒng)而言，不能通過(guò)高摻鍺增加光纖光敏性能的方法實(shí)施一定反射率光纖光柵在線制備。
因技術(shù)成熟、激光空氣吸收效率低，以及對(duì)載氫光纖成柵效率高，248nm準(zhǔn)分子激光器已成為一種最常用的光纖光柵制備光源。然而，由于光纖光柵在線制備技術(shù)無(wú)法基于載氫光纖實(shí)施，光柵寫(xiě)入只能基于光纖本身光敏感性能實(shí)施。對(duì)于不同波長(zhǎng)激光，因光子能量不同，光柵制備過(guò)程中光子與纖芯材料缺陷作用時(shí)，不同光子的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理存在差異，導(dǎo)致不同波長(zhǎng)的激光成柵效率存在差異。如248nm準(zhǔn)分子激光制柵時(shí)，主要以GeO缺陷參與的單光子化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)光纖纖芯折射率調(diào)制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有248nm準(zhǔn)分子激光成柵技術(shù)中光纖光柵成柵效率低，單激光脈沖難以實(shí)施反射率相對(duì)較高的光柵制備的缺陷，提供一種使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
本發(fā)明提供一種使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法，采用低光敏性能和低傳輸損耗的光纖作為原材料，采用高光子能量的193nm單脈沖準(zhǔn)分子激光作為光源，對(duì)在線動(dòng)態(tài)拉絲的光纖進(jìn)行刻寫(xiě)，得到高成柵效率的光纖光柵。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的低光敏性能和低傳輸損耗的光纖為低摻鍺光纖。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法，通過(guò)采用低傳輸損耗的光纖作為原材料，用光子能量更高的193nm激光作為光纖光柵在線制備光源，讓纖芯缺陷主體成分參與雙光子化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，提高了光纖光柵在線制備的成柵效率。
附圖說(shuō)明
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法的能量密度300mJ/cm2左右的193nm和248nm單激光脈沖在G652D型單模光纖上制備的光纖光柵的反射譜。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例的使用高效準(zhǔn)分子激光源在線制備光纖光柵的方法，采用低光敏性能和低傳輸損耗的光纖作為原材料，采用高光子能量的193nm單脈沖準(zhǔn)分子激光作為光源，對(duì)在線動(dòng)態(tài)拉絲的光纖進(jìn)行刻寫(xiě)，得到高成柵效率的光纖光柵。該低光敏性能和低傳輸損耗的光纖為低摻鍺光纖。
如圖1所示，為普通G652D單模光纖在能量密度300mJ/cm2左右的193nm和248nm的單激光脈沖照射下制備的光柵的反射譜。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性，采用同一臺(tái)激光器(COMPEX 150T)更換激光介質(zhì)氣體，分別輸出193nm、248nm激光。為獲取大致相同能量密度的激光輸出，通過(guò)調(diào)節(jié)激光器工作電壓方式，使兩種激光的脈沖能量控制60mJ左右,除以刻寫(xiě)光柵光斑面積，可以獲得激光脈沖能量密度大致在300mJ/cm2。光柵反射率計(jì)算采用垂直端面參考法，為使反射峰與基線具有更大的差值，以獲取更準(zhǔn)確的峰高值，將光纖尾端垂直端面浸入無(wú)水乙醇中，計(jì)算可得垂直參考端面的反射率約1.98‰(0.00198)。采用垂直參考法可以計(jì)算出能量密度300mJ/cm2左右的193nm和248nm單激光脈沖在G652D型單模光纖上可制備出反射率分別為3.57‰和0.54‰的光纖光柵。結(jié)果表明：相比248nm準(zhǔn)分子激光，193nm準(zhǔn)分子激光在低光敏性光纖上單激光脈沖制備光柵具有更高的成柵效率。
光子能量更高的193nm激光與纖芯材料缺陷發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)為GeO2缺陷參與的雙光子反應(yīng)機(jī)理，由于低摻鍺光纖(低光敏光纖)纖芯中材料缺陷主要以GeO2缺陷形式存在，193nm激光因光子能量較高，占比較多的材料缺陷(GeO2)參與光化學(xué)反應(yīng)。因此，在線制備光纖光柵時(shí)193nm準(zhǔn)分子激光具有更高的成柵效率。
由于光纖光柵在線制備技術(shù)基于單激光脈沖成柵，激光脈沖的能量及作用時(shí)間受到限制，單激光脈沖較高的成柵效率是獲取反射率相對(duì)較強(qiáng)的光纖光柵的唯一途徑。由于大容量光纖光柵傳感系統(tǒng)對(duì)弱光纖光柵微弱傳感信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸提出要求，單激光脈沖成柵只能基于以低光敏性能、低傳輸損耗的低摻鍺光纖。本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)從光纖光柵形成的光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理角度考慮，提出用光子能量更高的193nm激光作為光纖光柵在線制備光源，讓主體成分——材料缺陷GeO2參與雙光子化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程以提高光纖光柵在線制備的成柵效率。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。