变占空比的取样光纤光栅及其切趾方法技术

变占空比的取样光纤光栅及其切趾方法属于光纤光栅，尤其是取样光纤光栅领域。其特征在于：它是一种占空比是变化的，而且其变化与切趾函数相同的变占空比的取样光纤光栅。它是使紫外光依次入射到取样模板、相位模板和光纤上，或依次入射到光阑、快门、相位模板和光纤上。调整相位模板和光纤间的距离，使光栅两端的取样率接近于零；再使光束匀速扫过取样模板或光阑、快门而入射到光纤上曝光形成光栅的周期性取样结构。当用光阑代替取样模板时，紫外光是通过由计算机控制的快门的打开与关闭来控制曝光的时间的。控制了两次曝光的时间间隔，便可以控制取样周期；控制了曝光时间，便可以实现变占空比。因此，可以作出周期可变或周期固定的变占空比取样光纤光栅。与已知结构及已知方法相比，它同样可以消除时延谱的波纹，而且制作简易，工作可靠。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

属于光纤光栅，尤其是取样光纤光栅领域。因此，本专利技术提出的变占空比的取样光纤光栅既有其必要性也是可行的。本专利技术提出的变占空比的取样光纤光栅，其特征在于它是一种占空比是变化的而且其变化与切趾函数相同的取样光纤光栅。它也可以是一种定光栅强度、变占空比的取样光纤光栅。它也可以是一种定光栅强度但光栅两端是变占空比而中间是等占空比的取样光纤光栅。它更可以是一种变取样周期且变占空比的取样光纤光栅。本专利技术提出的变占空比的取样光纤光栅的切趾方法，其特征在于它是使取样模板上占空比的变化与切趾函数相同以制作变占空比的取样光纤光栅的一种方法，其依次含有以下步骤(1)在线切割最小线宽为0.1mm的条件下用高精度线切割机以慢走丝线切割的方式制作占空比渐变方式服从规定的切趾函数的金属取样模板；(2)使紫外光经平移台上的反射镜后依次入射到取样模板、相位模板和光纤上，调整相位模板和光纤间的距离，使光栅两端的取样率接近于零；(3)使平移台带动反射镜匀速移动，光束便匀速地扫过取样模板和相位模板，在狭缝处，紫外光入射到光纤上曝光，从而形成光栅的取样结构；(4)重复多次步骤(3)的扫描动作，以获得足够的折射率调制深度。本专利技术提出的变占空比的取样光纤光栅的切趾方法，其特征在于，其依次含有以下步骤(1)调整光阑的宽度，使光阑只透过光束中相干性好的部分；(2)调整光路，使紫外光经过由计算机控制的快门、反射镜反射后依次正面入射到由计算机控制的光阑、相位模板和光纤上，调整相位模板和光纤间的距离，使光栅两端的取样率接近于零；(3)驱动计算机程序，使平移台带着反射镜作匀速运动；(4)计算机计算某个位置的曝光时间，一旦平移台上的反射镜到达需曝光的该位置，计算机便调整光阑宽度及角度，然后打开快门，使紫外光在设定的曝光时间内透过光阑狭缝，入射到光纤上，曝光形成光纤光栅；曝光结束，在其它位置关闭快门；(5)计算机计算下一个取样周期开始的时间，开始延时，平移台继续移动，一直到下一个需要曝光的位置，根据计算出的下一个位置的曝光时间，重复以上步骤； (6)当取样计数到规定的次数便结束。使用证明它可以实现预期目的。图2.本专利技术提出的定强度、变占空比的取样光纤光栅。图3.其它方法获得的定占空比、变强度的取样光纤光栅。图4.本专利技术提出的用金属取样模板制作变占空比取样光纤光栅的实验装置。图5.由相位模板与光纤间的间距来改变占空比的原理图。图6.本专利技术提出的用快门制作变占空比取样光纤光栅的实验装置。图7.用计算机控制快门曝光的电路原理框图。图8.用计算机控制光阑宽度与角度的电路原理框图。图9.用计算机控制光阑动作与快门曝光的程序流程图。附图说明图10.本专利技术得到的取样光纤光栅的反射谱和时延谱的时延曲线图。图11.计算机仿真得到的用其它切趾方法制作的取样光纤光栅的反射谱和时延谱。2，用图4的实验装置，使紫外光经反射镜反射后依次入射到取样模板、相位模板和光纤上。其中1是紫外反射镜，由计算机控制的平移台驱动。2是紫外光束。3是相干区域。4是光纤。6是相位模板。7是取样模板。51是可以写入光栅的位置。52是不写入光栅的位置。光纤4在相干区域3的三角形区域内曝光可以写入光栅，在其它区域只引起平均折射率的提高，而不写入光栅。反射镜1放在平移台上，由计算机驱动。调整光路，使光束正好入射到取样模板7、相位模板6上。用手柄摇动去驱动精度为10微米的平移台，调整相位模板6和光纤4之间的距离，用位置51和52表示，观察其反射谱，观察其光栅两端的取样率是否接近于零，由实验数据得出对于0.15mm的最小狭缝宽度，这个距离为0.33mm。用相位模板6和光纤4的间距来改变占空比的原理图如图5所示。8是光束宽度DB，9为衍射角θ，10为光纤写入位置Hc，11是-1级衍射光，12是+1级衍射光。其中HC＝DB/2tgθ，这是写入光栅的最远位置。对本专利技术使用的氩离子倍频激光器，λ＝244nm，θ＝13.15°，设DB≈0.15mm，则HC＝0.33mm。3，启动计算机程序，使平移台带动反射镜1匀速移动，光束便匀速地扫过取样模板7和相位模板6。在狭缝处，紫外光入射到光纤4上，曝光形成光栅；在其它位置，紫外被相位模板挡住，不能形成光栅，因此形成取样结构。通常需要反复扫描才能获得足够的折射率调制深度，在本实验中共扫描13次。实验得到的反射谱和时延谱见图9。作为对比，计算机仿真获得的等强度、等占空比取样光栅的反射谱和时延谱示于图10。仿真所用方法为耦合波理论-传输矩阵法。对应的实验结果见已经公开的文献。所有反射谱和时延谱的横坐标是波长，单位是nm，反射谱和时延谱的纵坐标分别是dB和ps。实施例2用光阑代替取样模板来制作实施例1所述的取样光纤光栅。现结合附图对其步骤予以说明(1)调整光阑14的宽度，使光阑14只透过光束中相干性好的部分。(2)调整图6所示的光路，使紫外光2经光阑14、快门13、反射镜1反射后依次入射到相位模板6和光纤4上。反射镜放置在平移台15上，平移台15由计算机16驱动。计算机控制快门的实验装置如图7所示，计算机通过数模转换卡17、光电开关18、电磁铁19、钢片20来打开和关闭快门13。光电开关18与驱动电源21相连。计算机控制光阑宽度与角度的实验装置如图8所示，计算机通过数模转换卡17发出两路信号分别控制平移控制马达23和旋转控制马达24。平移控制马达23控制光阑平移台25，调整光阑钢片22所组成狭缝的宽度。旋转控制马达24控制光阑旋转台26，调整光阑钢片22与入射光束之间的角度，该装置是市售的。27是光阑宽度Ds，也可由前级光阑14手动控制。28为光阑倾斜角度θs，则透过光束的宽度为DT＝Dscos(θs)，通过计算机控制Ds与θs可以控制最终的透过光束宽度DT。调整光路，使光束正向入射到相位模板6上。设置相位模板6和光纤4之间的距离，使光栅连段的取样率接近于零，对于0.15mm的最小狭缝宽度，这个距离为0.33mm。(3)按图8所示程序启动计算机16，使平移台15带动反射镜1匀速移动，反射镜1的移动引起光束2的移动，光束2匀速地扫过相位模板6、光阑22，入射到光纤4上，曝光形成光栅。形成取样结构的关键是快门13的打开与关闭时光束2照射到光纤4上的位置。在需要曝光的位置打开快门，曝光形成光栅；在其它位置关闭快门，不曝光，以此来形成周期性曝光的取样结构。如果最终透过光阑22的光束宽度为0.15mm，设定平移台的速度为0.25mm/s，如果在某一位置打开快门13，曝光0.2s后关闭快门，则在一个周期内产生的光栅段长度为0.15+0.25*0.2＝0.2mm。再过3.92s后再次打开快门13，进行下一个周期的曝光。这时取样光栅的周期为1.03mm，则对应曝光0.2s的占空比为0.2mm/1.03mm＝0.194。改变两次曝光的间隔，可以改变取样周期，这可以由计算机16来实现。本例中两次曝光的时间间隔是0.2+3.92＝4.12s，对应的取样周期是1.03mm，如果两次曝光的时间间隔是0.2+3.96＝4.16s，则对应的取样周期是1.04mm。利用这个技术，还可以制作变取样周期的光纤光栅。固定光阑22的宽度与角度，改变每次曝光的时间，可以改变该周期的占空比。本例中固定光阑22的宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
变占空比的取样光纤光栅，其特征在于：它是一种占空比是变化的，而且其变化与切趾函数相同的变占空比的取样光纤光栅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈向飞，殷玉喆，李栩辉，王国忠，谢世钟，
申请(专利权)人：清华大学，元成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]