本發(fā)明涉及光纖應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于拉錐光纖的相移光柵及其制作方法。

背景技術(shù)：

光纖相移光柵在眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的光纖相移光柵制備方法存在諸多缺陷。首先，目前的制備技術(shù)基本是基于相位掩膜版的光柵刻寫技術(shù)，相位掩膜版造價昂貴并且保養(yǎng)維護(hù)困難，這無疑增加了光柵制備系統(tǒng)的投入；其次，一塊相位掩膜版的柵格周期是一定的，因此無法靈活地改變相移光柵相移峰對應(yīng)的波長；再次，相移光柵的一個較廣泛應(yīng)用是用于可調(diào)諧器件中，而目前大多數(shù)的相移光柵是非可調(diào)諧的，而可調(diào)諧的相移光柵是通過燒蝕圓孔或者腐蝕通道等破壞光纖結(jié)構(gòu)的方式然后填入不同折射率液體達(dá)到可調(diào)諧目的，這將破壞器件的剛性，并容易造成污染，而且其響應(yīng)速度較慢。綜合來看，現(xiàn)有的光纖相移光柵基本存在如下所述的一種或多種缺陷：制備工藝復(fù)雜、制作成本高、靈活性差、可靠性低、響應(yīng)速度慢等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上利用傳統(tǒng)技術(shù)制備光纖相移光柵的過程中存在的問題，本發(fā)明擬提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方法簡單、靈活性好、可靠性高、響應(yīng)速度快的基于拉錐光纖的相移光柵。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于拉錐光纖的相移光柵的制作方法，包括如下步驟：

將兩段切平的光纖按照預(yù)置拉錐熔接方式進(jìn)行拉錐熔接得到具備光纖拉錐區(qū)域的拉錐光纖；

將所述拉錐光纖固定于仰俯臺上，所述仰俯臺固定于電控三維移動平臺，移動所述電控三維移動平臺并通過顯微鏡進(jìn)行同步觀察，使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行，通過調(diào)節(jié)激光能量控制器件將聚焦飛秒激光的光斑的能量密度調(diào)節(jié)到預(yù)置大小；

將所述飛秒激光的光斑位置移動到距離所述拉錐區(qū)域的左側(cè)與待寫制的光纖布拉格光柵的長度相等的距離，并將所述飛秒激光的光斑移動到距離所述拉錐光纖的纖芯上邊緣預(yù)置距離，按照預(yù)置光柵寫制方法對所述拉錐區(qū)域的兩端進(jìn)行光纖布拉格光柵寫制，在光柵寫制過程中，對光譜儀中的透射光譜進(jìn)行實時監(jiān)測直至得到預(yù)置光譜。

進(jìn)一步地，所述將兩段切平的光纖按照預(yù)置拉錐熔接方式進(jìn)行拉錐熔接得到具備拉錐區(qū)域的光纖包括：

將兩段光纖的端面切平，并將切平后的兩段光纖的纖芯對準(zhǔn)；

選擇熔接機中的預(yù)置熔接模式，調(diào)節(jié)所述熔接機的熔接放電量、錐區(qū)長度、馬達(dá)移動速度及拉錐時間；

進(jìn)行放電熔接，得到所述拉錐光纖。

進(jìn)一步地，所述將所述拉錐光纖固定于仰俯臺上包括：

使用光纖夾具將所述拉錐光纖固定于仰俯臺上；

則所述移動所述電控三維移動平臺并通過顯微鏡進(jìn)行同步觀察，使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行包括：

調(diào)節(jié)所述電控三維移動平臺的位置，使所述拉錐光纖的纖芯在高倍物鏡下聚焦，調(diào)節(jié)所述仰俯臺的仰俯使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行。

進(jìn)一步地，所述激光能量控制器件為1/2波片與格蘭棱鏡的組合器件。

進(jìn)一步地，所述聚焦飛秒激光的光斑的能量密度的預(yù)置大小具體為：

在0.01毫米每秒至0.4毫米每秒的移動速度下，能夠形成局部均勻的合適的折射率強度調(diào)制的激光能量，使得沿所述拉錐光纖的徑向的線狀改性區(qū)域具有連續(xù)平滑的形貌，所述折射率強度調(diào)制δn＝10^-4—10^-2。

進(jìn)一步地，所述飛秒激光的光斑與所述拉錐光纖的纖芯上邊緣的預(yù)置距離為0至20微米。

進(jìn)一步地，所述光柵寫制方法包括：

設(shè)置光纖布拉格光柵的柵格間距為0.5微米至20微米，柵格周期數(shù)50至3000，單個光柵條紋長度為9微米至40微米，掃描速度為0.01毫米每秒至0.4毫米每秒；

控制快門的開關(guān)，驅(qū)動所述電控三維移動平臺，使飛秒激光的光斑沿所述拉錐光纖的徑向逐線掃描，并在所述拉錐區(qū)域的左右兩側(cè)分別刻寫一段參數(shù)相同的光纖布拉格光柵。

進(jìn)一步地，所述在所述拉錐區(qū)域的左右兩側(cè)分別刻寫一段參數(shù)相同的光纖布拉格光柵包括：

將飛秒激光的光斑調(diào)節(jié)至距離所述拉錐區(qū)域左端的0.5毫米至3毫米處，并使光斑位置定位于纖芯上邊緣的預(yù)置位置，通過逐線掃描方法掃描所述光柵周期數(shù)完成第一個光纖布拉格光柵刻寫；

關(guān)閉所述快門，移動所述電控三維移動平臺，使所述飛秒激光的光斑位置移動到所述拉錐區(qū)域的右端位置，控制所述飛秒激光的光斑與所述拉錐光纖的纖芯的邊緣為預(yù)置距離，通過逐線掃描方法掃描與所述第一個光纖布拉格光柵相同的光柵周期數(shù)完成第二個光纖布拉格光柵刻寫。

本發(fā)明實施例還提供了一種基于拉錐光纖的相移光柵，包括光纖拉錐區(qū)域，及分別位于所述光纖拉錐區(qū)域兩端的光柵寫制區(qū)域；

所述光柵寫制區(qū)域上具有通過預(yù)置波長的飛秒激光直接曝光寫制的預(yù)置結(jié)構(gòu)的光纖布拉格光柵；

所述光纖布拉格光柵的總長度為0.5毫米至5毫米，單個柵格周期為0.5微米至10微米，單條光柵條紋的長度為9微米至40微米；

所述光纖拉錐區(qū)域的長度為0.05毫米至2毫米。

進(jìn)一步地，所述光纖拉錐區(qū)域通過光纖熔接機或者氫氧焰拉錐機拉制而成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：通過本發(fā)明實施例提供的制作方法制備的基于拉錐光纖的相移光柵，采用全光纖式結(jié)構(gòu)，可避免電磁干擾對檢測結(jié)果的影響。同時，該相移光柵結(jié)構(gòu)簡單、制作方法簡單、靈活性好、可靠性高、響應(yīng)速度快。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于拉錐光纖的相位光柵的制作方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的兩光纖待熔接端面被切平的示意圖；

圖3本發(fā)明實施例提供的拉錐熔接完成后，得到的含錐區(qū)的光纖；

圖4本發(fā)明實施例提供的飛秒激光顯微加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5本發(fā)明實施例提供的第一個光纖布拉格光柵刻寫完成的示意圖；

圖6本發(fā)明實施例提供的基于拉錐光纖的相移光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的基于拉錐光纖的相移光柵(以下簡稱拉錐相移光柵)，通過飛秒激光逐線法在光纖拉錐區(qū)域的兩側(cè)分別刻寫一個光纖布拉格光柵得到前述器件。圖1示出了本發(fā)明提供的一種基于拉錐光纖的相位光柵的制作方法，包括：

s101，將兩段切平的光纖按照預(yù)置拉錐熔接方式進(jìn)行拉錐熔接得到具備光纖拉錐區(qū)域的拉錐光纖。具體地，本步驟包括：將兩段光纖的端面切平，并將切平后的兩段光纖的纖芯對準(zhǔn)；選擇熔接機中的預(yù)置熔接模式，調(diào)節(jié)該熔接機的熔接放電量、錐區(qū)長度、馬達(dá)移動速度、拉錐時間等參數(shù)，然后進(jìn)行放電熔接，得到該拉錐光纖。

s102，將所述拉錐光纖固定于仰俯臺上，所述仰俯臺固定于電控三維移動平臺，移動所述電控三維移動平臺并通過顯微鏡進(jìn)行同步觀察，使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行，通過調(diào)節(jié)飛秒激光的光束所經(jīng)過的光路中的激光能量控制器件將聚焦飛秒激光的光斑的能量密度調(diào)節(jié)到預(yù)置大小。具體地，在本步驟中，將所述拉錐光纖固定于仰俯臺上的步驟包括：使用光纖夾具將該拉錐光纖固定于仰俯臺上；則所述移動所述電控三維移動平臺并通過顯微鏡進(jìn)行同步觀察，使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行包括：調(diào)節(jié)所述電控三維移動平臺的位置，使所述拉錐光纖的纖芯在高倍物鏡下聚焦，即(na>1)，調(diào)節(jié)該仰俯臺的仰俯使所述拉錐光纖的軸向與水平方向平行。

s103，將所述飛秒激光的光斑位置移動到距離所述拉錐區(qū)域的左側(cè)與待寫制的光纖布拉格光柵的長度相等的距離，并將所述飛秒激光的光斑移動到距離所述拉錐光纖的纖芯上邊緣預(yù)置距離，按照預(yù)置光柵寫制方法對所述拉錐區(qū)域的兩端進(jìn)行光纖布拉格光柵寫制，在光柵寫制過程中，對光譜儀中的透射光譜進(jìn)行實時監(jiān)測直至得到預(yù)置光譜。

具體地，激光能量控制器件為1/2波片與格蘭棱鏡的組合器件，或者其他可調(diào)控衰減光能量的器件。所述聚焦飛秒激光的光斑的能量密度的預(yù)置大小具體為：在0.01毫米每秒至0.4毫米每秒的移動速度v下(0.01mm/s—0.4mm/s)，能夠形成局部均勻的合適的折射率強度調(diào)制δn(10^-4—10^-2)的激光能量，使得沿所述拉錐光纖的徑向的線狀改性區(qū)域具有連續(xù)平滑的形貌。所述飛秒激光的光斑與所述拉錐光纖的纖芯上邊緣的預(yù)置距離為0至20微米。

本實施例中，光柵寫制方法包括：

設(shè)置光纖布拉格光柵的柵格間距為0.5微米至20微米，柵格周期數(shù)50至3000，單個光柵條紋長度為9微米至40微米，掃描速度為0.01毫米每秒至0.4毫米每秒；控制快門的開關(guān)，驅(qū)動所述電控三維移動平臺，使飛秒激光的光斑沿所述拉錐光纖的徑向逐線掃描，并在所述拉錐區(qū)域的左右兩側(cè)分別刻寫一段參數(shù)相同的光纖布拉格光柵。

具體地，所述在所述拉錐區(qū)域的左右兩側(cè)分別刻寫一段參數(shù)相同的光纖布拉格光柵包括：

將飛秒激光的光斑調(diào)節(jié)至距離所述拉錐區(qū)域左端0.5毫米至3毫米處(即一段光纖布拉格光柵的長度的距離，目的就是保證在這段距離中可以刻寫一段光纖布拉格光柵)，并使光斑位置定位于纖芯上邊緣的預(yù)置位置，通過逐線掃描方法掃描所述光柵周期數(shù)完成第一個光纖布拉格光柵刻寫；關(guān)閉所述快門，移動所述電控三維移動平臺，使所述飛秒激光的光斑位置移動到所述拉錐區(qū)域的的右端位置，控制所述飛秒激光的光斑與所述拉錐光纖的纖芯的邊緣為預(yù)置距離，通過逐線掃描方法掃描與所述第一個光纖布拉格光柵相同的光柵周期數(shù)完成第二個光纖布拉格光柵刻寫。

下面結(jié)合圖2至圖6來為本發(fā)明實施例進(jìn)行進(jìn)一步地闡述：

如圖2所示，將兩光纖的待熔接端面切平，并將待熔接端面放入光纖熔接機3中，圖2中的1表示光纖的包層部分，2代表光纖的纖芯部分。熔接前，選擇熔接機的拉錐熔接模式，將放電量設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)-30bit，拉錐長度設(shè)置為380μm，拉錐速度設(shè)為40bit，放電時間設(shè)為1600ms。然后便可以放電熔接，如圖3所示，最終能到一個含有錐區(qū)的光纖。

圖4示出了將拉錐后的光纖通過光纖夾具固定在三維移動平臺上。圖3的中101代表飛秒激光器，102、104分別表示一個1/2波片，103為一個格蘭棱鏡，105為一個快門，106為顯微鏡系統(tǒng)，107為光譜儀，108為激光光源，109為電控三維移動平臺，110代表圖3中進(jìn)行拉錐熔接得到的拉錐光纖，111、112分別為固定光纖用的雙臂夾具。圖4中，顯微鏡系統(tǒng)106含有100×物鏡及能夠與計算機通信連接的ccd器件，電控三維移動平臺109是能夠在三維空間移動的，且可通過調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)其水平，夾具111、112通過機械固定方式固定在電控三維移動平臺109上，拉錐光纖110通過夾具111、112固定。在具體使用過程中首先，通過顯微鏡系統(tǒng)106進(jìn)行觀察并通過調(diào)節(jié)電控三維移動平臺109使拉錐光纖110的軸向處于水平方向；然后，通過旋轉(zhuǎn)第一個半波片102可調(diào)節(jié)激光打在拉錐光纖110上的能量，選取一個較為合適的能量；最后，通過控制快門105的開關(guān)可控制激光在拉錐光纖110上曝光或不曝光。快門105的功能是通過軟件控制其開與關(guān)以控制光路的通過和被遮擋(不通過)。

圖5示出了刻寫完成的第一個光纖布拉格光柵，其中501表示光纖的包層部分，502表示光纖的纖芯，503表示柵格條紋。在圖4所示系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)電控三維移動平臺和快門使激光光斑位于距離光纖拉錐區(qū)域左端1.07mm的光柵寫制區(qū)域的纖芯上邊緣上方5μm的位置。然后設(shè)定光纖布拉格光柵的參數(shù)，包括：光纖布拉格光柵的柵格間距為2.141μm，柵格周期數(shù)為500，單個柵格長度為20μm，掃描速度為0.15μm/s，打開快門后啟動逐線法刻寫光柵程序，激光光斑將在光柵寫制區(qū)域上曝光并沿光纖徑向逐線掃描，每刻寫完一條條紋會向光纖軸向右側(cè)移動一個周期的距離。如前所述，當(dāng)程序執(zhí)行完后，第一個光纖布拉格光柵即刻寫完成，此時在光譜儀上可觀察到單個光纖布拉格光柵的光譜。

圖6示出了刻寫完成的兩個光纖布拉格光柵，該結(jié)構(gòu)最終為本發(fā)明實施例基于拉錐光纖的相移光柵。圖5中，光斑位置將處于拉錐光纖的左端，此時通過控制電控三維移動平臺，使光斑位置移動到拉錐光纖的右側(cè)，然后上述刻寫光纖布拉格光柵的過程。當(dāng)程序執(zhí)行完后，第二個光柵也刻寫完成，此時在光譜儀上可以觀察到最終的相移光柵光譜。

在刻寫光柵的過程中，使用光譜儀實時監(jiān)測透射譜，在刻寫第一段光纖布拉格光柵時，可以觀察到在對應(yīng)波長附近出現(xiàn)一個布拉格諧振峰，并隨著光柵周期數(shù)的增加，諧振峰深度不斷加深；

在刻寫第二個光纖布拉格光柵時，可以觀察到第一個光柵諧振峰將出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象，在其中間某一波長處的透射率不斷增加，形成相移光柵光譜。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。