基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法，包括以下步驟：1)搭建基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)系統(tǒng)：包括光源、光纖隔離器、光纖環(huán)形器、光纖光柵傳感器、電極驅(qū)動器和光譜分析儀；光源、光纖隔離器和光纖環(huán)行器依次連接，光纖環(huán)行器的一端連接光纖隔離器，另一端連接光纖光柵傳感器和光譜分析儀，光纖光柵傳感器上至少串聯(lián)有兩個不同波長的布拉格光纖光柵；2)確定所需要的波長輸出，電極驅(qū)動器控制電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電：根據(jù)所需要的波長范圍來選擇電極驅(qū)動器控制電極對除此波長范圍以外的其他布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電，以將其他波長范圍的布拉格光纖光柵“關(guān)閉”。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及光纖通信
，具體涉及一種基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法。
技術(shù)介紹
FBG傳感器由于具有靈敏度高，體積小，易于光纖耦合，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、船舶航運(yùn)、民用工業(yè)、電力以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。自從K.O.Hill等人采用駐波干涉法制成了世界上第一只光纖光柵以來，光纖光柵的刻寫技術(shù)的研究取得了迅速發(fā)展，例如相位掩模法、全息干涉法、分波前干涉法、在線成柵法、聚焦離子束寫入和直接寫入法等刻寫方法。目前最成熟且應(yīng)用最廣泛的光纖光柵刻寫方法是基于相位掩膜法的紫外曝光刻寫，采用傳統(tǒng)紫外曝光法刻寫的光纖光柵，折射率改變僅僅發(fā)生在具有光敏性的光纖纖芯內(nèi)，且折射率沿著軸向成周期性分布。在FBG制作過程中，首先將普通摻鍺光纖進(jìn)行載氫處理以提高光纖的光敏性，然后用光纖涂層自動剝除機(jī)對載氫光纖進(jìn)行去涂覆層處理，以便光柵的刻寫。將普通光纖置于高壓(107Pa)氫氣中一段時間后，氫分子逐漸擴(kuò)散到光纖的包層和纖芯中，當(dāng)特定波長的紫外光(一般是248nm或193nm)照射載氫光纖時，纖芯被照部分中的氫分子立即與鍺發(fā)生反應(yīng)形成Ge-OH和Ge-H鍵，從而使該部分的折射率發(fā)生永久性增大。刻寫過程結(jié)束后，光柵中殘存的氫分子有擴(kuò)散運(yùn)動，且反應(yīng)后存在不穩(wěn)定的Ge-OH鍵，溫度升高會使得這些鍵退化還原，進(jìn)而導(dǎo)致光柵的反射率降低。因此，需要一種能夠在輸出端輸出不同中心波長的光的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法，包括以下步驟：1)搭建基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)系統(tǒng)：所述波長開關(guān)系統(tǒng)包括光源、光纖隔離器、光纖環(huán)形器、光纖光柵傳感器、電極驅(qū)動器和光譜分析儀；光源、光纖隔離器和光纖環(huán)行器依次連接，光纖環(huán)行器的一端連接光纖隔離器，另一端連接光纖光柵傳感器和光譜分析儀，光纖光柵傳感器上至少串聯(lián)有兩個不同波長的布拉格光纖光柵；2)確定所需要的波長輸出，電極驅(qū)動器控制電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電：根據(jù)所需要的波長范圍來選擇電極驅(qū)動器控制電極對除此波長范圍以外的其他布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電，以將其他波長范圍的布拉格光纖光柵“關(guān)閉”。優(yōu)選地，所述步驟2)中所述電極安置在每個布拉格光纖光柵的中心位置，電極驅(qū)動器控制電極對電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)中心點(diǎn)進(jìn)行放電。優(yōu)選地，所述電極放電功率為固定值110mw。優(yōu)選地，所述電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)中心點(diǎn)放電的頻率為10Hz。優(yōu)選地，所述電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)中心點(diǎn)放電的時間為5～10s。優(yōu)選地，所述光源為寬帶光源或多波段輸出光源。優(yōu)選地，所述布拉格光纖光柵的柵區(qū)表面涂覆10層石墨烯。優(yōu)選地，所述布拉格光纖光柵的柵區(qū)長度為10mm，強(qiáng)度10dB。優(yōu)選地，所述電極驅(qū)動器采用光纖涂層自動剝除機(jī)。優(yōu)選地，所述光纖光柵夾具由導(dǎo)熱性良好的紫銅制成，與光纖布拉格光柵的接觸區(qū)域涂有導(dǎo)熱硅膠。應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對本專利技術(shù)所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。附圖說明參考隨附的附圖，本專利技術(shù)更多的目的、功能和優(yōu)點(diǎn)將通過本專利技術(shù)實(shí)施方式的如下描述得以闡明，其中：圖1示意性示出根據(jù)本專利技術(shù)的基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出根據(jù)本專利技術(shù)的電極掃描光柵柵區(qū)的掃描方式示意圖；圖3示出了電極掃描柵區(qū)不同位置放電時的反射譜；圖4示出了左側(cè)柵區(qū)不同位置放電時的FBG反射譜；圖5示出了柵區(qū)中心位置放電與未放電時FBG光譜對比。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)裝置包括寬帶光源或多波段輸出光源、光纖隔離器、光纖環(huán)形器、光纖布拉格光柵串(FBG)和光譜分析儀。寬帶光源或多波段輸出光源發(fā)出的光通過光纖隔離器和光纖環(huán)形器后進(jìn)入光纖光柵傳感器，光纖光柵傳感器上布置有至少串聯(lián)兩個不同波長的FBG。每個FBG的中心位置安置有弧光放電的電極，光纖環(huán)形器的另一端連接到光譜分析儀(OSA)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過光譜儀觀察電極在不同位置放電下的光譜。光纖布拉格光柵串是用飛秒激光在一根光纖上刻寫多個不同中心波長的布拉格光柵而制成的，每個柵區(qū)長度為10mm，強(qiáng)度10dB。光纖光柵的柵區(qū)表面涂覆10層石墨烯，長度為30mm。圖1示意性示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個實(shí)施例的基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)裝置100包括：ASE光源101、光纖隔離器102、光纖環(huán)行器103、第一FBG104、第二FBG105、第三FBG106、電極驅(qū)動器110及光譜分析儀111。其中，ASE光源101、光纖隔離器102、光纖環(huán)行器103依次連接，光纖環(huán)行器103的一端連接光纖隔離器102，另一端分別連接第一FBG104、第二FBG105、第三FBG106和光譜分析儀111。本實(shí)施例中采用光纖涂層自動剝除機(jī)3SAEFPUII作為電極驅(qū)動器110。電極驅(qū)動器110可通過控制器來設(shè)定電極的運(yùn)動方向、速度以及電極的放電功率、時間等參數(shù)。本實(shí)施例中的ASE光源為自行研制，輸出功率大于13dBm，C+L波段帶寬區(qū)域?yàn)?525nm-1610nm；光纖布拉格光柵的夾具是由導(dǎo)熱性良好的紫銅制成，與光纖布拉格光柵的接觸區(qū)域涂上導(dǎo)熱硅膠加強(qiáng)柵區(qū)和夾具的導(dǎo)熱。每一段FBG都分別通過兩個光纖光柵夾具固定在其兩端。實(shí)驗(yàn)中電極放電功率為固定值110mw，通過設(shè)定放電裝置參數(shù)對光纖光柵柵區(qū)分別進(jìn)行掃描放電和定點(diǎn)放電實(shí)驗(yàn)。多次試驗(yàn)證明當(dāng)電極以0.1mm/s速度沿光纖軸向從左到右對整個柵區(qū)進(jìn)行放電掃描時(圖2所示a方向)，掃描的過程中FBG光譜的變化是關(guān)于柵區(qū)中心對稱的，如圖3所示，圖3示出了電極掃描柵區(qū)不同位置放電時的反射譜。隨著電極從z＝-5mm處開始掃描放電，F(xiàn)BG的反射率逐漸減小；當(dāng)掃描到z＝0mm處時，F(xiàn)BG反射譜峰值強(qiáng)度達(dá)到最低，經(jīng)過柵區(qū)中點(diǎn)之后，反射率又逐漸增加；當(dāng)掃描到z＝5mm時,反射峰與z＝-5mm處的反射峰相同。為方便數(shù)據(jù)分析，從z＝-5mm開始，每隔1mm記錄一次光譜圖，依此類推。圖4表示電極在左側(cè)柵區(qū)的5個不同位置觀察到的反射光譜，從光譜圖可以看出，電極放電使得FBG反射譜帶寬展寬紅移，峰值反射強(qiáng)度逐漸降低，譜形逐漸呈現(xiàn)出不規(guī)則多峰狀。當(dāng)z本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法，包括以下步驟：1)搭建基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)系統(tǒng)：所述波長開關(guān)系統(tǒng)包括光源、光纖隔離器、光纖環(huán)形器、光纖光柵傳感器、電極驅(qū)動器和光譜分析儀；光源、光纖隔離器和光纖環(huán)行器依次連接，光纖環(huán)行器的一端連接光纖隔離器，另一端連接光纖光柵傳感器和光譜分析儀，光纖光柵傳感器上至少串聯(lián)有兩個不同波長的布拉格光纖光柵；2)確定所需要的波長輸出，電極驅(qū)動器控制電極對布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電：根據(jù)所需要的波長范圍來選擇電極驅(qū)動器控制電極對除此波長范圍以外的其他布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電，以將其他波長范圍的布拉格光纖光柵“關(guān)閉”。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)控制方法，包
括以下步驟：
1)搭建基于電極放電和石墨烯涂覆光纖光柵的波長開關(guān)系統(tǒng)：
所述波長開關(guān)系統(tǒng)包括光源、光纖隔離器、光纖環(huán)形器、光纖光柵傳
感器、電極驅(qū)動器和光譜分析儀；光源、光纖隔離器和光纖環(huán)行器依次連
接，光纖環(huán)行器的一端連接光纖隔離器，另一端連接光纖光柵傳感器和光
譜分析儀，光纖光柵傳感器上至少串聯(lián)有兩個不同波長的布拉格光纖光
柵；
2)確定所需要的波長輸出，電極驅(qū)動器控制電極對布拉格光纖光柵
的柵區(qū)進(jìn)行放電：
根據(jù)所需要的波長范圍來選擇電極驅(qū)動器控制電極對除此波長范圍
以外的其他布拉格光纖光柵的柵區(qū)進(jìn)行放電，以將其他波長范圍的布拉格
光纖光柵“關(guān)閉”。
2.如權(quán)利要求1所述的波長開關(guān)控制方法，其中所述步驟2)中所述
電極安置在每個布拉格光纖光柵的中心位置，電極驅(qū)動器控制電極對電極
對布拉格光纖光柵的柵區(qū)中心點(diǎn)進(jìn)行放電。
3....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：祝連慶，辛璟燾，劉鋒，董明利，婁小平，莊煒，孟闊，
申請(專利權(quán))人：北京信息科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11