專利名稱：內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信和光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明涉及的是一種光纖光柵，本發(fā) 明還涉及一種光纖光柵的制作方法。
背景技術(shù)：
保偏光纖(PMF，PolarizationMaintaining Optical Fiber)由于對(duì)線偏振光具 有較強(qiáng)的偏振保持能力，在高級(jí)相干光通信、光纖陀螺、水聽器、光纖傳感器等方面有廣泛 的應(yīng)用，是軍事領(lǐng)域中導(dǎo)彈、航空器中的關(guān)鍵元器件。由光纖幾何不對(duì)稱制成的保偏光纖與 應(yīng)力型保偏光纖相比較，溫度穩(wěn)定性較好，具有廣泛的應(yīng)用。光纖光柵傳感器是光纖傳感領(lǐng) 域的研究熱點(diǎn)，用光纖光柵的應(yīng)變和熱膨脹進(jìn)行壓力、溫度等多種物理量的檢測(cè)，已成為光 纖光柵傳感器的重要應(yīng)用。而當(dāng)前限制其發(fā)展的一個(gè)重要因素是它的交叉敏感問(wèn)題，在這 些應(yīng)用中消除溫度-應(yīng)力耦合成為光纖光柵傳感器中必須解決的一大難題。由于保偏光纖 雙折射的存在，保偏光纖光柵的反射譜中會(huì)形成滿足布拉格條件的兩個(gè)反射峰，它們的偏 振態(tài)相互正交。若利用光纖幾何不對(duì)稱制成的保偏光纖制備光纖光柵則可以實(shí)現(xiàn)溫度不敏 感的高靈敏度壓力傳感，解決溫度-應(yīng)力耦合問(wèn)題。而采用多芯結(jié)構(gòu)光纖制作光柵，將多個(gè) 光纖光柵集成到一根光纖中，可構(gòu)造多波長(zhǎng)組合光纖濾波器；此外，沿同一多芯光纖寫入不 同波長(zhǎng)的光纖光柵組，構(gòu)成分布式光纖光柵彎曲傳感器，可同時(shí)獲得彎曲的大小和方向的 信息，多芯光纖光柵可以對(duì)應(yīng)變和彎曲等多種參量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量且有好的靈敏度。目前光纖幾何不對(duì)稱制成的保偏光纖如邊孔保偏光纖光柵無(wú)論是分析理論還是 制作工藝都已相當(dāng)成熟，但邊孔光纖相對(duì)制備工藝較繁雜，器件成本較高，需要結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單 的保偏光纖光柵來(lái)解決。因內(nèi)壁融嵌式單模保偏光纖，拉制容易。在拉制過(guò)程中，因表面 張力的影響，單模光纖纖芯較細(xì)，纖芯很容易部分嵌入折射率較低的包層中，故保偏特性 好，單模實(shí)現(xiàn)起來(lái)也較容易。目前多芯光纖光柵多數(shù)都是采用一側(cè)曝光[W.N.MacPherson， Meas. Sci. Technol. 15，1642，2004 和美國(guó)專利 NO. 20070201793A1]，多個(gè)纖芯光柵一次性 寫入，此種制備方法不同纖芯柵距不一致，各個(gè)光柵反射峰值差別也較大，離寫入光束較遠(yuǎn) 的纖芯，反射峰值較小，且多個(gè)光柵間滿足固定的關(guān)系，可調(diào)諧性較差，這些都給我們的研 究帶來(lái)諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種保偏特性好，可提高光學(xué)器件在光纖中的集成實(shí)現(xiàn)多 個(gè)物理量的同時(shí)測(cè)量的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵。本發(fā)明的目的還在于提供一種 內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵的制作方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵包括多芯光纖，多芯光纖中心為空氣 孔，多芯光纖的每個(gè)纖芯部分嵌入折射率低于纖芯的折射率的包層中、部分懸掛于空氣孔 中構(gòu)成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏纖芯，纖芯形狀為類橢圓形，利用紫外光源通過(guò)相位掩模板寫入技術(shù)制成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵。本發(fā)明的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵還可以包括這樣一些特征1、所述空氣孔是圓形或D形，空氣孔的數(shù)量是一個(gè)或兩個(gè)。2、光纖偏振長(zhǎng)軸垂直于嵌入包層方向。3、各個(gè)纖芯具有不同的折射率和不同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖 芯光敏性不同。4、各個(gè)纖芯具有相同的折射率和相同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖 芯光敏性相同。本發(fā)明的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵是采用這樣的方法來(lái)制備的(1)取內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖，將其中一段剝除涂敷層，進(jìn)行清潔處理后， 將內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖固定在可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具上，調(diào)節(jié)使內(nèi)壁融嵌式多芯單模 保偏光纖的一個(gè)纖芯的長(zhǎng)軸平行于相位掩模板且對(duì)準(zhǔn)紫外寫入光源；(2)調(diào)節(jié)相位掩模板緊貼內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖，內(nèi)壁融嵌式多芯單模保 偏光纖一端接入寬帶光源，同時(shí)接入光譜儀；(3)開啟準(zhǔn)分子激光器，經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束變成平行光，進(jìn)行曝光；通過(guò)光譜儀監(jiān)測(cè)光柵 形成，達(dá)到所需反射率時(shí)停止曝光；(4)調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具使下一個(gè)纖芯的長(zhǎng)軸平行且正對(duì)相位掩模板，寫入下 一個(gè)光柵；(5)重復(fù)上述步驟，逐一纖芯寫入；(6)進(jìn)行封裝。本發(fā)明的要點(diǎn)是光纖含有多個(gè)纖芯，每個(gè)芯是內(nèi)壁融嵌式單模保偏纖芯。光纖含 有多個(gè)偏心纖芯，光纖中心為空氣孔，各個(gè)光纖纖芯部分嵌入折射率較低的包層中，部分懸 掛于中心空氣孔中，纖芯形狀類橢圓形。多芯光纖中心空氣孔，可以為圓形，也可以為D形 或是多個(gè)圓形及多個(gè)D形進(jìn)行組合。光纖偏振長(zhǎng)軸垂直于嵌入包層方向。多個(gè)纖芯可具 有不同的折射率和不同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖芯光敏性可不同。內(nèi)壁 融嵌式多芯單模保偏光纖光柵是利用紫外光源通過(guò)相位掩模板寫入技術(shù)進(jìn)行制備。多芯保 偏光纖光柵可利用旋轉(zhuǎn)式寫入技術(shù)，每次使某一光纖芯長(zhǎng)軸平行于相位掩模板且對(duì)準(zhǔn)紫外 光源，利用相位掩模板寫入一個(gè)纖芯光柵，寫入后調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具裝置改變光纖中 纖芯的位置，使下一纖芯長(zhǎng)軸平行于相位掩模板且對(duì)準(zhǔn)寫入光源，刻入第二個(gè)光柵，以此類 推，逐一寫入；每次寫入相位掩模板可調(diào)換，相位掩模板可具有不同的周期和不同的形狀。 為防止寫入一個(gè)纖芯時(shí)對(duì)其它的纖芯有干擾，可以利用在相位掩模板之前放置一振幅掩模 板對(duì)衍射光橫向作限制。具有相同反射強(qiáng)度的內(nèi)壁融嵌式雙芯保偏光纖光柵可利用旋轉(zhuǎn)式 寫入技術(shù)，也可利用透鏡對(duì)衍射光進(jìn)行聚焦，采用一次性側(cè)面曝光技術(shù)進(jìn)行寫入。本發(fā)明設(shè)計(jì)的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖因保偏特性好，所制作的多個(gè)保偏光 纖光柵集成于一根光纖中，可提高光學(xué)器件在光纖中的集成，可進(jìn)行多個(gè)物理量的同時(shí)測(cè) 量。


圖1是本發(fā)明制作的內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保偏光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2(a)-圖2(c)是本發(fā)明的三種內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保偏光纖的橫截面示意圖。圖3(a)-圖3(b)是本發(fā)明的兩種內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖的橫截面示意圖。圖4是本發(fā)明用于制作內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵的裝置示意圖。圖5是本發(fā)明用于一次性曝光制作相同反射強(qiáng)度的雙芯保偏光纖光柵的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明的附圖中的各標(biāo)號(hào)的含義為1_纖芯；2-光纖包層；3-空氣；4-光纖光柵； 5_待寫入光柵的融嵌式多芯保偏光纖；6-紫外光束；7-準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)；8-經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束后紫 外光；9-振幅掩模板；10-相位掩模板；11-聚焦透鏡；12-聚焦平面；13-融嵌式雙芯保偏 光纖。實(shí)施方案1 參閱圖4本發(fā)明用于制作內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵的裝置示意圖。本發(fā)明空氣孔為圓形且與包層同軸(圖3(a))內(nèi)壁融嵌式三芯單模保偏光纖光柵 的制作方法的實(shí)施例，具體包括以下步驟①、取一內(nèi)壁融嵌式三芯單模保偏光纖5，剝除3-4cm長(zhǎng)度光纖的涂敷層，進(jìn)行清 潔處理后將其固定在可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具上；②、調(diào)節(jié)夾具使光纖的一個(gè)纖芯的長(zhǎng)軸平行于相位掩模板10且對(duì)準(zhǔn)紫外寫入光 源6 ；調(diào)節(jié)相位掩模板10緊貼光纖，調(diào)好后將之固定；③、為防止寫入一個(gè)纖芯時(shí)對(duì)其它的纖芯有干擾，可以在相位掩模板10之前放置 一振幅掩模板9對(duì)光做橫向限制。④、紫外光束6經(jīng)紫外光束準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)7變成平行光8，分別經(jīng)振幅掩模板9、相 位掩模板10后在光纖6上進(jìn)行曝光；通過(guò)光譜儀監(jiān)測(cè)光柵形成，達(dá)到所需反射率時(shí)停止曝 光；⑤、調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)光纖夾具裝置120度，使下一個(gè)光纖纖芯的長(zhǎng)軸正對(duì)寫入光源，寫入 下一個(gè)光柵；⑥、重復(fù)上述步驟，逐一纖芯寫入；⑦、進(jìn)行封裝，完成內(nèi)壁融嵌式三芯單模保偏光纖光柵的制作。實(shí)施方案2 參閱圖5示意圖。本發(fā)明空氣孔為圓形且與包層同軸，具有相同反射峰值的內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保 偏光纖(見(jiàn)圖2(a))光柵的制作方法的實(shí)施例，具體包括以下步驟①、取一根內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保偏光纖13，剝除3-4cm長(zhǎng)度光纖的涂覆層，進(jìn)行 清潔處理后將其固定在可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具，利用顯微鏡觀察纖芯位置；②、調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具將光纖的兩個(gè)纖芯連線調(diào)節(jié)到平行相位掩模板10 ；或 將光纖的兩個(gè)纖芯連線垂直于相位掩模板10，此時(shí)須在相位掩模板10和光纖13間加一聚 焦透鏡11，使衍射圖樣聚焦點(diǎn)12位于兩纖芯中間平面位置；調(diào)好后將之固定；③、光纖一個(gè)尾端利用分束器接入寬帶光源，同時(shí)接入光譜分析儀觀測(cè)反射譜；④、紫外光束6經(jīng)紫外光束準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)7變成平行光8，經(jīng)相位掩模板10在光纖13上進(jìn)行曝光；達(dá)到所需反射率時(shí)停止曝光； ⑤、進(jìn)行封裝，完成相同反射峰值的內(nèi)壁融嵌式雙芯保偏光纖光柵的制作。
權(quán)利要求
一種內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，包括多芯光纖，其特征是多芯光纖中心為空氣孔，多芯光纖的每個(gè)纖芯部分嵌入折射率低于纖芯的折射率的包層中、部分懸掛于空氣孔中構(gòu)成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏纖芯，纖芯形狀為類橢圓形，利用紫外光源通過(guò)相位掩模板寫入技術(shù)制成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是所述空氣孔 是圓形或D形，空氣孔的數(shù)量是一個(gè)或兩個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是光纖偏 振長(zhǎng)軸垂直于嵌入包層方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是各個(gè)纖 芯具有不同的折射率和不同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖芯光敏性不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是各個(gè)纖芯具 有不同的折射率和不同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖芯光敏性不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是各個(gè)纖 芯具有相同的折射率和相同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖芯光敏性相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵，其特征是各個(gè)纖芯具 有相同的折射率和相同的芯徑大小，各個(gè)纖芯具有光敏性，各個(gè)纖芯光敏性相同。
8.—種內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵的制備方法，其特征是(1)取內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖，將其中一段剝除涂敷層，進(jìn)行清潔處理后，將內(nèi) 壁融嵌式多芯單模保偏光纖固定在可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具上，調(diào)節(jié)使內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏 光纖的一個(gè)纖芯的長(zhǎng)軸平行于相位掩模板且對(duì)準(zhǔn)紫外寫入光源；(2)調(diào)節(jié)相位掩模板緊貼內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖，內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光 纖一端接入寬帶光源，同時(shí)接入光譜儀；(3)開啟準(zhǔn)分子激光器，經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束變成平行光，進(jìn)行曝光；通過(guò)光譜儀監(jiān)測(cè)光柵形 成，達(dá)到所需反射率時(shí)停止曝光；(4)調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具使下一個(gè)纖芯的長(zhǎng)軸平行且正對(duì)相位掩模板，寫入下一個(gè) 光柵；(5)重復(fù)上述步驟，逐一纖芯寫入；(6)進(jìn)行封裝，制成內(nèi)壁融嵌式多芯保偏光纖光柵。
9.一種內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵的制備方法，其特征是(1)取內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保偏光纖，將其中一段剝除涂敷層，清潔后，將固定在可旋 轉(zhuǎn)的光纖夾具裝置上，調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具裝置將光纖的兩個(gè)纖芯平面調(diào)節(jié)到平行相位 掩模板；或?qū)⒐饫w的兩個(gè)纖芯平面垂直于相位掩模板，且在相位掩模板和光纖間加一聚焦 透鏡，使衍射圖樣聚焦點(diǎn)位于兩纖芯中間位置；(2)光纖一端接入寬帶光源，同時(shí)接入光譜儀；開啟準(zhǔn)分子激光器，經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束變成平 行光，進(jìn)行曝光；通過(guò)光譜儀監(jiān)測(cè)光柵形成，達(dá)到所需反射率時(shí)停止曝光；(3)進(jìn)行封裝，得到具有相同反射強(qiáng)度的內(nèi)壁融嵌式雙芯單模保偏光纖光柵。
全文摘要
本發(fā)明提供的是內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵及制作方法。內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵包括多芯光纖，多芯光纖中心為空氣孔，多芯光纖的每個(gè)纖芯部分嵌入折射率低于纖芯的折射率的包層中、部分懸掛于空氣孔中構(gòu)成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏纖芯，纖芯形狀為類橢圓形，利用紫外光源通過(guò)相位掩模板寫入技術(shù)制成內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖光柵。本發(fā)明設(shè)計(jì)的內(nèi)壁融嵌式多芯單模保偏光纖因保偏特性好，所制作的多個(gè)保偏光纖光柵集成于一根光纖中，可提高光學(xué)器件在光纖中的集成，可進(jìn)行多個(gè)物理量的同時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101881854SQ20101015912
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者關(guān)春穎, 田鳳軍, 苑立波 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)