一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法技術方案

本發明專利技術涉及光纖技術領域，特別涉及一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法，在紫外激光器一側設有平凸柱透鏡，平凸柱透鏡一側設有均勻相位掩模版，均勻相位掩模版散發衍射光的散發方向設置有第一聲光調制器和第二聲光調制器，均勻相位掩模版一側放置聚焦透鏡，聚焦透鏡和均勻相位掩模版之間設置零階衍射擋板，聚焦透鏡的一側設置光纖，光纖為移動體并配備監測裝置，監測裝置連接綜合控制系統。本發明專利技術提高了相移光纖光柵波長選擇的自由度，同時降低了系統成本，避免光柵擦除效應的同時增強了對光纖的折射率調制，保證了成品相移光纖光柵的可重復性，降低了對紫外激光空間和時間相干性的要求，尤其適合各種大纖徑，長周期相移光纖光柵的制作。移光纖光柵的制作。移光纖光柵的制作。

【技術實現步驟摘要】
一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法


[0001]本專利技術涉及光纖
，特別涉及一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法。

技術介紹

[0002]相移光柵全稱相移光纖布拉格光柵。與均勻布拉格光柵相比，相移光柵在光柵柵區空間內的某個特定部位引入折射率階躍跳變，從而改變了光纖光柵的光譜特性，使得光柵的光譜的特定位置形成極窄透射峰。而在泵浦光作用下，在稀土摻雜光纖上制作出的有源相移光柵的增益大于損耗時，將會在透射波長形成極窄線寬的激光輸出。相移光柵因其窄透射峰、多通道、組合靈活等特性在光纖傳感，光通信及光譜分析領域已經得到廣闊的應用。
[0003]目前制作相移光纖光柵的方法有后處理法，相位掩模版法和全息干涉法。
[0004]后處理法是最早出現的相移光纖光柵的制作方法。其原理是通過對已制成的光纖光柵的指定位置采用打磨、加溫、腐蝕等處理方法，引起被處理區與未處理區的模式有效折射率差而形成相移，該方法操作簡單，但是很難精確控制折射率變化量和相移區長度，生成的相移光柵可重復性差。
[0005]相位掩模版法是通過紫外激光照射相位掩模版，利用其經相位掩模版后
±
1級衍射光的近場干涉條紋在光纖纖芯處形成周期性的折射率分布，從而形成光纖光柵，然后通過遮擋，二次曝光或者相位掩模版微位移的方法在制作光柵的過程中引入相位突變，從而在紫外光衍射的干涉條紋周期中產生相應的相移量。這種方法可以很方便地制作各種相移量和相移位置的相移光纖光柵。但是其所生成的光柵布拉格波長由相位掩模版的周期所決定，一塊掩模版只能制作一個波長的相移光纖光柵，即使通過給光纖施加預應力的方法來改變光柵波長，其調諧范圍也小于10nm。而且紫外光近場干涉形成的條紋的精度和可見度受零階和高階衍射光影響會有所損失，同時近場干涉前提下，光纖與掩模版間距通常小于2mm，對大芯徑光纖來說，近場干涉條紋很難均勻覆蓋整個纖芯芯徑，使得生成的光柵延光纖兩側強度發生差別。
[0006]全息干涉法是利用兩個具有相同光程的紫外相干光束在光纖纖芯內實現干涉，從而引起與干涉條紋相同分布的折射率周期變化，干涉條紋的間距也就是光纖光柵的周期，是由兩束相干光的波長以及夾角所決定。通過調整光路改變夾角，就可以很方便地生成從可見光到中紅外波段的各種布拉格波長的光纖光柵，然后在光柵制作的過程中使干涉條紋的相位在光纖的指定位置發生跳變，就能引入相移從而制作出相移光纖光柵。由于干涉條紋的寬度有限，所以制作光柵時要使光纖相對干涉條紋延垂直方向移動，通過掃描光纖來生成指定長度的光纖光柵。然而固定的激光干涉條紋會在運動的光纖上產生擦除效應，降低生成光柵的強度和一致性。另一方面，全息干涉法對干涉激光的空間和時間相干性要求很高，這就為激光光源的質量和制作裝置的機械穩定性設置了很高的門檻。同時，全息干涉法的波長調節受限于光路調節精度，通常只能做到5nm以上級別的粗調，很難進行1nm以下
級別的精細調節。
[0007]為此，本申請設計了一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法，以解決上述問題。

技術實現思路

[0008]本專利技術為了彌補現有技術中的不足，綜合了相位掩模版法和全息干涉法的優點，提供了一種波長可調的相移光柵制作系統及制作方法。
[0009]本專利技術是通過如下技術方案實現的：一種波長可調的相移光柵制作系統，包括氣浮光學隔振平臺，其特征在于：所述氣浮光學隔振平臺上裝載所有的相移光柵制作系統的部件，包括紫外激光器，沿紫外激光器發出的紫外激光光軸對稱放置有平凸柱透鏡，平凸柱透鏡的焦點上的相對紫外激光光軸位置垂直放置有均勻相位掩模版，沿均勻相位掩模版散發
±
1級衍射光的散發方向設置有第一聲光調制器和第二聲光調制器，第一聲光調制器和第二聲光調制器分別連接第一聲光驅動模塊和第二聲光驅動模塊，均勻相位掩模版一側的紫外激光光軸中心對稱放置聚焦透鏡，聚焦透鏡和均勻相位掩模版之間設置有零階衍射擋板，聚焦透鏡的一側設置光纖，光纖為移動體并配備監測裝置，監測裝置連接綜合控制系統。
[0010]進一步的，為了更好的實現本專利技術，所述光纖由兩個施加了預應力的光纖夾具固定在光學面包板上，光學面包板固定在一個高精度位移臺上。通過高精度位移臺的移動帶動被光纖夾具固定的光纖沿與紫外激光光軸垂直的方向以相同速度移動。
[0011]進一步的，為了更好的實現本專利技術，所述監測裝置包括設置在高精度位移臺右下角的一面平行于紫外激光中心光軸的反射鏡，反射鏡結合掃描F
?
P腔干涉儀用以測量高精度位移臺位移大小和運動速度。
[0012]進一步的，為了更好的實現本專利技術，所述綜合控制系統還通過電線或數據線連接紫外激光器、第一聲光驅動模塊、第二聲光驅動模塊、高精度位移臺和掃描F
?
P腔干涉儀，綜合控制系統包含直流電源、驅動電路、信號發生器、采集卡、同步時鐘和裝載了控制軟件的電腦。該綜合控制系統在相移光纖光柵制作全流程中用以實時設置，監控和調節各種制作參數。
[0013]基于上述的波長可調的相移光柵制作系統，具體的制作方法為：S1，準備工作，搭建制作系統，根據紫外激光的波長和均勻相位掩模版的周期用式a計算得到
±
1級衍射光的發散角，然后根據需要制作的光纖光柵的布拉格波長和所用光纖的有效折射率用式e計算得到相干光束的匯聚角，最后結合式b和式c，代入所用聚焦透鏡焦距計算得出聚焦透鏡與均勻相位掩模版和光纖的間距；根據該間距值調整聚焦透鏡，均勻相位掩模版和光纖的距離；調節準直激光光路，安裝均勻相位掩模版和光纖，確保干涉光束形成的條紋能準確的匯聚在光纖纖芯處；S2，啟動系統，開啟系統各組件電源充分熱機，設定激光器相關參數，然后打開控制系統，操縱掃描位移平臺使干涉條紋在光纖上的位置到達光柵柵區起始點，之后根據預設的匯聚角度和想要制作的相移光柵的相移量及相移位置，結合式D、式E、式F和式G計算和設定掃描速度、
±
1級衍射光頻移量、相移位置、頻移突變量和頻移突變時間，確保經過頻率調制的干涉條紋能在預設掃描速度下制作出具備所需的布拉格波長的光纖光柵；啟動掃描
F
?
P腔干涉儀，記錄高精度位移平臺初始位置；S3，掃描曝光，啟動紫外激光器，啟動位移平臺，按照預設參數開始掃描曝光，并根據激光干涉儀所測得的位移數據，通過綜合控制系統自動實時修正平臺位移速度和
±
1級衍射光頻移量，確保干涉條紋能和光纖保持同步運動，直到掃描行程達到預設的相移位置；S4，生成相移，綜合控制系統根據預設的相移量和記錄的積累位移誤差自動計算出動態反饋相移，使第一和第二聲光調制器在相應的第一和第二聲光驅動模塊控制下在頻率調制中引入一個經過動態反饋相移修正的跳變量Δω，從而在制作出的光纖光柵的預定相移位置上引入一個周期不同的折射率突變，形成相移光纖光柵；S5，掃描曝光，重新開始掃描曝光，恢復頻移量以匹配光纖移動速度，直到完成整個光纖光柵制作流程。
[0014]進一步的，為了更好的實現本專利技術，所述式A為，其中θ...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種波長可調的相移光柵制作系統，包括氣浮光學隔振平臺（17），其特征在于：所述氣浮光學隔振平臺（17）上裝載所有的相移光柵制作系統的部件，包括紫外激光器（1），沿紫外激光器（1）發出的紫外激光光軸對稱放置有平凸柱透鏡（2），平凸柱透鏡（2）的焦點上的相對紫外激光光軸位置垂直放置有均勻相位掩模版（3），沿均勻相位掩模版（3）散發
±
1級衍射光的發散方向設置有第一聲光調制器（4）和第二聲光調制器（6），第一聲光調制器（4）和第二聲光調制器（6）分別連接第一聲光驅動模塊（5）和第二聲光驅動模塊（7），均勻相位掩模版（3）一側的紫外激光光軸中心對稱放置聚焦透鏡（9），聚焦透鏡（9）和均勻相位掩模版（3）之間設置有零階衍射擋板（8），聚焦透鏡（9）的一側設置光纖（10），光纖（10）為移動體并配備監測裝置，監測裝置連接綜合控制系統（16）。2.根據權利要求1所述的波長可調的相移光柵制作系統，其特征在于：所述光纖（10）由兩個施加了預應力的光纖夾具（11）固定在光學面包板（13）上，光學面包板（13）固定在一個高精度位移臺（14）上；通過高精度位移臺（14）的移動帶動被光纖夾具（11）固定的光纖（10）沿與紫外激光光軸垂直的方向以相同速度移動。3.根據權利要求1所述的波長可調的相移光柵制作系統，其特征在于：所述監測裝置包括設置在高精度位移臺（14）右下角的一面平行于紫外激光中心光軸的反射鏡（12），反射鏡（12）結合掃描F
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P腔干涉儀（15）形成與高精度位移臺（14）位置相關的F
?
P腔，通過測量該F
?
P腔的腔長變化得到高精度位移臺（14）位移大小和運動速度。4.根據權利要求1所述的波長可調的相移光柵制作系統，其特征在于：所述綜合控制系統（16）還通過電線或數據線連接紫外激光器（1）、第一聲光驅動模塊（5）、第二聲光驅動模塊（7）、高精度位移臺（14）和掃描F
?
P腔干涉儀（15），綜合控制系統（16）包含直流電源、驅動電路、信號發生器、采集卡、同步時鐘和裝載了控制軟件的電腦；該綜合控制系統（16）在相移光纖光柵制作全流程中用以實時設置，監控和調節各種制作參數。5.一種相移光柵制作方法，應用于權利要求1
?
4中任意一項所述的波長可調的相移光柵制作系統，其特征在于，包括以下步驟：S1，準備工作，搭建制作系統，根據紫外激光的波長和均勻相位掩模版（3）的周期用式A計算得到
±
1級衍射光的發散角，然后根據需要制作的光纖光柵的布拉格波長和所用光纖（10）的有效折射率用式E計算得到相干光束的匯聚角，最后結合式B和式C，代入所用聚焦透鏡（9）焦距計算得出聚焦透鏡（9）與均勻相位掩模版（3）和光纖（10）的間距；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭健，宋志強，祁海峰，姜鵬波，尚盈，倪家升，王偉濤，
申請(專利權)人：山東省科學院激光研究所，
類型：發明
國別省市：