敏度比傳統(tǒng)FBG高，光纖包層的光柵區(qū)域具有明顯的雙折射效應(yīng)，可 廣泛應(yīng)用于生物、化工、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0013] 圖1是本發(fā)明所述的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2飛秒激光器制作線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵的系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖3飛秒激光器制作的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵的顯微鏡觀察圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 參見(jiàn)圖1，一種線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，包括：光纖涂覆層1、光纖包 層2、光纖纖芯3 ;所述光纖包層表面Bragg光柵4設(shè)置在單模光纖的光纖包層2的外表面； 該光纖包層表面Bragg光柵4由若干條線狀溝槽構(gòu)成；且若干條線狀溝槽沿光纖的軸向呈 現(xiàn)周期性的分布，并對(duì)光纖包層外表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)性損壞；所述線狀溝槽的槽道沿光纖圓周 方向延伸；所有線狀溝槽相互平行，所有線狀溝槽的軸對(duì)稱(chēng)線在一條直線上，該直線與光纖 中心軸平行。
[0017] 線狀溝槽的槽深度〈0. 5 μ m，槽寬度小于該光纖包層表面Bragg光柵（4)周期的一 半，線狀溝槽槽道的長(zhǎng)度在光纖包層橫截面周長(zhǎng)的1/4~1之間。該光纖包層表面Bragg 光柵的長(zhǎng)度在1mm~20mm之間；寫(xiě)入的光纖Bragg光柵的周期必須保證光纖各階包層模的 諧振波長(zhǎng)落在1200nm~1800nm。
[0018] 具體制作本發(fā)明所述的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，可采用800ns飛秒 激光器或聚焦離子束技術(shù)在單模光纖的包層外表面，逐線寫(xiě)入若干條線狀溝槽，且若干條 線狀溝槽沿光纖的軸向呈現(xiàn)周期性的分布；并對(duì)光纖包層外表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)性損壞；寫(xiě)入的 光柵周期必須保證其光纖各階包層模的諧振波長(zhǎng)落在1200nm~1800nm之間，寫(xiě)入的光柵 可以是一階、二階、三階或四階光柵，其包層模的諧振波長(zhǎng)公式如下：
[0020] 式中，m表示光纖包層表面Bragg光柵的階數(shù)，k表示光纖包層模的階數(shù)，t表示第 k階包層模的諧振波長(zhǎng)，表示第k階包層模的有效折射率，Λ表示光纖包層表面Bragg 光柵的周期。因此，首先可根據(jù)已知的單模光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出第k階包層模的有效折 射率》，并設(shè)計(jì)所需要的諧振波長(zhǎng)尤 >光柵階數(shù)m之后，由公式即可計(jì)算出需要寫(xiě)入的 光纖包層表面Bragg光柵的周期Λ的大小。
[0021] 使用飛秒激光器制作線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵的方案如圖2所示：重 頻1kHz的飛秒激光器5發(fā)射120fs~150fs的800nm激光脈沖，電子開(kāi)關(guān)6控制光路的通 斷，然后通過(guò)一個(gè)衰減可控的半波片7和格蘭氏棱鏡8形成線偏振光，再用光束分束片9對(duì) 光束進(jìn)行分束，最后通過(guò)一個(gè)放大倍數(shù)為100 X的倒置的顯微物鏡10將激光光束聚焦到光 纖包層2的表面。電控2D精密位移平臺(tái)11上固定有一個(gè)表面極其光滑的平板型光纖夾具 12,光纖夾具12將光纖固定于X或Y方向。整個(gè)制作過(guò)程使用(XD攝像機(jī)13進(jìn)行監(jiān)控?？?用預(yù)先編制的電腦程序控制2D精密位移平臺(tái)11在X、Y方向的位移，配合電子開(kāi)關(guān)6控制 激光光路的通斷，從而控制激光光束的聚焦點(diǎn)在光纖包層的表面上寫(xiě)入預(yù)先設(shè)計(jì)的周期性 線狀溝槽，最終構(gòu)成所需要的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵傳感器。
[0022] 參見(jiàn)圖3為使用800nm飛秒激光器制作的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵的 顯微觀察圖。
[0023] 此外，飛秒激光器或聚焦離子束寫(xiě)入的線狀溝槽的槽深度〈0. 5 μ m，而槽寬度要小 于光纖Bragg光柵的周期Λ的一半，以保證能夠獲得清晰的光柵條紋。此外，槽道的長(zhǎng)度 在光纖包層橫截面周長(zhǎng)的1/4~1之間。
[0024] 在實(shí)際應(yīng)用中，可將此線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵與長(zhǎng)周期光纖光柵、 常規(guī)FBG或極大傾角光纖光柵等器件組合在一根單模光纖上，然后在其表面涂覆一層功能 材料或者采取某種封裝方式，從而構(gòu)成各種不同應(yīng)用的多種參量測(cè)量如：折射率、生物化學(xué) 量、溫度、濕度、壓力、應(yīng)變、pH值的新型功能化光纖傳感器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，其特征在于：所述光纖包層表面Bragg 光柵（4)設(shè)置在單模光纖的光纖包層（2)的外表面；該光纖包層表面Bragg光柵（4)由若 干條線狀溝槽構(gòu)成；且若干條線狀溝槽沿光纖的軸向呈現(xiàn)周期性的分布；所述線狀溝槽的 槽道沿光纖圓周方向分布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，其特征在于：線狀溝 槽的槽深度〈0.5μm，槽寬度小于光纖包層表面Bragg光柵（4)周期的一半，槽道的長(zhǎng)度在 光纖包層橫截面周長(zhǎng)的1/4~1之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，其特征在于：光 纖各階包層模的諧振波長(zhǎng)在1200nm~1800nm之間。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了線狀溝槽型光纖包層表面Bragg光柵，其特征在于：所述光纖包層表面Bragg光柵設(shè)置在單模光纖的光纖包層的外表面；該光纖包層表面Bragg光柵由若干條線狀溝槽構(gòu)成；且若干條線狀溝槽沿光纖的軸向呈現(xiàn)周期性的分布；所述線狀溝槽的槽道沿光纖圓周方向分布；本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨(dú)特，制作方法簡(jiǎn)單，微型化，光纖化；本發(fā)明具有類(lèi)似長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)外部介質(zhì)敏感的特性；同時(shí)具有很高的Q值因子，比長(zhǎng)周期光纖光柵具有低得多的溫度/應(yīng)變交叉敏感效應(yīng)；溫度、壓力及應(yīng)變的靈敏度比傳統(tǒng)光纖Bragg光柵高，光纖包層的光柵區(qū)域具有明顯的雙折射效應(yīng)；可廣泛應(yīng)用于生物、化工、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】G02B6/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105353458
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510691006
【發(fā)明人】羅彬彬
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月22日