一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法技术方案

本发明专利技术涉及光纤技术领域，特别涉及一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法，在紫外激光器一侧设有平凸柱透镜，平凸柱透镜一侧设有均匀相位掩模版，均匀相位掩模版散发衍射光的散发方向设置有第一声光调制器和第二声光调制器，均匀相位掩模版一侧放置聚焦透镜，聚焦透镜和均匀相位掩模版之间设置零阶衍射挡板，聚焦透镜的一侧设置光纤，光纤为移动体并配备监测装置，监测装置连接综合控制系统。本发明专利技术提高了相移光纤光栅波长选择的自由度，同时降低了系统成本，避免光栅擦除效应的同时增强了对光纤的折射率调制，保证了成品相移光纤光栅的可重复性，降低了对紫外激光空间和时间相干性的要求，尤其适合各种大纤径，长周期相移光纤光栅的制作。移光纤光栅的制作。移光纤光栅的制作。

【技术实现步骤摘要】
一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法


[0001]本专利技术涉及光纤
，特别涉及一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法。

技术介绍

[0002]相移光栅全称相移光纤布拉格光栅。与均匀布拉格光栅相比，相移光栅在光栅栅区空间内的某个特定部位引入折射率阶跃跳变，从而改变了光纤光栅的光谱特性，使得光栅的光谱的特定位置形成极窄透射峰。而在泵浦光作用下，在稀土掺杂光纤上制作出的有源相移光栅的增益大于损耗时，将会在透射波长形成极窄线宽的激光输出。相移光栅因其窄透射峰、多通道、组合灵活等特性在光纤传感，光通信及光谱分析领域已经得到广阔的应用。
[0003]目前制作相移光纤光栅的方法有后处理法，相位掩模版法和全息干涉法。
[0004]后处理法是最早出现的相移光纤光栅的制作方法。其原理是通过对已制成的光纤光栅的指定位置采用打磨、加温、腐蚀等处理方法，引起被处理区与未处理区的模式有效折射率差而形成相移，该方法操作简单，但是很难精确控制折射率变化量和相移区长度，生成的相移光栅可重复性差。
[0005]相位掩模版法是通过紫外激光照射相位掩模版，利用其经相位掩模版后
±
1级衍射光的近场干涉条纹在光纤纤芯处形成周期性的折射率分布，从而形成光纤光栅，然后通过遮挡，二次曝光或者相位掩模版微位移的方法在制作光栅的过程中引入相位突变，从而在紫外光衍射的干涉条纹周期中产生相应的相移量。这种方法可以很方便地制作各种相移量和相移位置的相移光纤光栅。但是其所生成的光栅布拉格波长由相位掩模版的周期所决定，一块掩模版只能制作一个波长的相移光纤光栅，即使通过给光纤施加预应力的方法来改变光栅波长，其调谐范围也小于10nm。而且紫外光近场干涉形成的条纹的精度和可见度受零阶和高阶衍射光影响会有所损失，同时近场干涉前提下，光纤与掩模版间距通常小于2mm，对大芯径光纤来说，近场干涉条纹很难均匀覆盖整个纤芯芯径，使得生成的光栅延光纤两侧强度发生差别。
[0006]全息干涉法是利用两个具有相同光程的紫外相干光束在光纤纤芯内实现干涉，从而引起与干涉条纹相同分布的折射率周期变化，干涉条纹的间距也就是光纤光栅的周期，是由两束相干光的波长以及夹角所决定。通过调整光路改变夹角，就可以很方便地生成从可见光到中红外波段的各种布拉格波长的光纤光栅，然后在光栅制作的过程中使干涉条纹的相位在光纤的指定位置发生跳变，就能引入相移从而制作出相移光纤光栅。由于干涉条纹的宽度有限，所以制作光栅时要使光纤相对干涉条纹延垂直方向移动，通过扫描光纤来生成指定长度的光纤光栅。然而固定的激光干涉条纹会在运动的光纤上产生擦除效应，降低生成光栅的强度和一致性。另一方面，全息干涉法对干涉激光的空间和时间相干性要求很高，这就为激光光源的质量和制作装置的机械稳定性设置了很高的门槛。同时，全息干涉法的波长调节受限于光路调节精度，通常只能做到5nm以上级别的粗调，很难进行1nm以下
级别的精细调节。
[0007]为此，本申请设计了一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了弥补现有技术中的不足，综合了相位掩模版法和全息干涉法的优点，提供了一种波长可调的相移光栅制作系统及制作方法。
[0009]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种波长可调的相移光栅制作系统，包括气浮光学隔振平台，其特征在于：所述气浮光学隔振平台上装载所有的相移光栅制作系统的部件，包括紫外激光器，沿紫外激光器发出的紫外激光光轴对称放置有平凸柱透镜，平凸柱透镜的焦点上的相对紫外激光光轴位置垂直放置有均匀相位掩模版，沿均匀相位掩模版散发
±
1级衍射光的散发方向设置有第一声光调制器和第二声光调制器，第一声光调制器和第二声光调制器分别连接第一声光驱动模块和第二声光驱动模块，均匀相位掩模版一侧的紫外激光光轴中心对称放置聚焦透镜，聚焦透镜和均匀相位掩模版之间设置有零阶衍射挡板，聚焦透镜的一侧设置光纤，光纤为移动体并配备监测装置，监测装置连接综合控制系统。
[0010]进一步的，为了更好的实现本专利技术，所述光纤由两个施加了预应力的光纤夹具固定在光学面包板上，光学面包板固定在一个高精度位移台上。通过高精度位移台的移动带动被光纤夹具固定的光纤沿与紫外激光光轴垂直的方向以相同速度移动。
[0011]进一步的，为了更好的实现本专利技术，所述监测装置包括设置在高精度位移台右下角的一面平行于紫外激光中心光轴的反射镜，反射镜结合扫描F
‑
P腔干涉仪用以测量高精度位移台位移大小和运动速度。
[0012]进一步的，为了更好的实现本专利技术，所述综合控制系统还通过电线或数据线连接紫外激光器、第一声光驱动模块、第二声光驱动模块、高精度位移台和扫描F
‑
P腔干涉仪，综合控制系统包含直流电源、驱动电路、信号发生器、采集卡、同步时钟和装载了控制软件的电脑。该综合控制系统在相移光纤光栅制作全流程中用以实时设置，监控和调节各种制作参数。
[0013]基于上述的波长可调的相移光栅制作系统，具体的制作方法为：S1，准备工作，搭建制作系统，根据紫外激光的波长和均匀相位掩模版的周期用式a计算得到
±
1级衍射光的发散角，然后根据需要制作的光纤光栅的布拉格波长和所用光纤的有效折射率用式e计算得到相干光束的汇聚角，最后结合式b和式c，代入所用聚焦透镜焦距计算得出聚焦透镜与均匀相位掩模版和光纤的间距；根据该间距值调整聚焦透镜，均匀相位掩模版和光纤的距离；调节准直激光光路，安装均匀相位掩模版和光纤，确保干涉光束形成的条纹能准确的汇聚在光纤纤芯处；S2，启动系统，开启系统各组件电源充分热机，设定激光器相关参数，然后打开控制系统，操纵扫描位移平台使干涉条纹在光纤上的位置到达光栅栅区起始点，之后根据预设的汇聚角度和想要制作的相移光栅的相移量及相移位置，结合式D、式E、式F和式G计算和设定扫描速度、
±
1级衍射光频移量、相移位置、频移突变量和频移突变时间，确保经过频率调制的干涉条纹能在预设扫描速度下制作出具备所需的布拉格波长的光纤光栅；启动扫描
F
‑
P腔干涉仪，记录高精度位移平台初始位置；S3，扫描曝光，启动紫外激光器，启动位移平台，按照预设参数开始扫描曝光，并根据激光干涉仪所测得的位移数据，通过综合控制系统自动实时修正平台位移速度和
±
1级衍射光频移量，确保干涉条纹能和光纤保持同步运动，直到扫描行程达到预设的相移位置；S4，生成相移，综合控制系统根据预设的相移量和记录的积累位移误差自动计算出动态反馈相移，使第一和第二声光调制器在相应的第一和第二声光驱动模块控制下在频率调制中引入一个经过动态反馈相移修正的跳变量Δω，从而在制作出的光纤光栅的预定相移位置上引入一个周期不同的折射率突变，形成相移光纤光栅；S5，扫描曝光，重新开始扫描曝光，恢复频移量以匹配光纤移动速度，直到完成整个光纤光栅制作流程。
[0014]进一步的，为了更好的实现本专利技术，所述式A为，其中θ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波长可调的相移光栅制作系统，包括气浮光学隔振平台（17），其特征在于：所述气浮光学隔振平台（17）上装载所有的相移光栅制作系统的部件，包括紫外激光器（1），沿紫外激光器（1）发出的紫外激光光轴对称放置有平凸柱透镜（2），平凸柱透镜（2）的焦点上的相对紫外激光光轴位置垂直放置有均匀相位掩模版（3），沿均匀相位掩模版（3）散发
±
1级衍射光的发散方向设置有第一声光调制器（4）和第二声光调制器（6），第一声光调制器（4）和第二声光调制器（6）分别连接第一声光驱动模块（5）和第二声光驱动模块（7），均匀相位掩模版（3）一侧的紫外激光光轴中心对称放置聚焦透镜（9），聚焦透镜（9）和均匀相位掩模版（3）之间设置有零阶衍射挡板（8），聚焦透镜（9）的一侧设置光纤（10），光纤（10）为移动体并配备监测装置，监测装置连接综合控制系统（16）。2.根据权利要求1所述的波长可调的相移光栅制作系统，其特征在于：所述光纤（10）由两个施加了预应力的光纤夹具（11）固定在光学面包板（13）上，光学面包板（13）固定在一个高精度位移台（14）上；通过高精度位移台（14）的移动带动被光纤夹具（11）固定的光纤（10）沿与紫外激光光轴垂直的方向以相同速度移动。3.根据权利要求1所述的波长可调的相移光栅制作系统，其特征在于：所述监测装置包括设置在高精度位移台（14）右下角的一面平行于紫外激光中心光轴的反射镜（12），反射镜（12）结合扫描F
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P腔干涉仪（15）形成与高精度位移台（14）位置相关的F
‑
P腔，通过测量该F
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P腔的腔长变化得到高精度位移台（14）位移大小和运动速度。4.根据权利要求1所述的波长可调的相移光栅制作系统，其特征在于：所述综合控制系统（16）还通过电线或数据线连接紫外激光器（1）、第一声光驱动模块（5）、第二声光驱动模块（7）、高精度位移台（14）和扫描F
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P腔干涉仪（15），综合控制系统（16）包含直流电源、驱动电路、信号发生器、采集卡、同步时钟和装载了控制软件的电脑；该综合控制系统（16）在相移光纤光栅制作全流程中用以实时设置，监控和调节各种制作参数。5.一种相移光栅制作方法，应用于权利要求1
‑
4中任意一项所述的波长可调的相移光栅制作系统，其特征在于，包括以下步骤：S1，准备工作，搭建制作系统，根据紫外激光的波长和均匀相位掩模版（3）的周期用式A计算得到
±
1级衍射光的发散角，然后根据需要制作的光纤光栅的布拉格波长和所用光纤（10）的有效折射率用式E计算得到相干光束的汇聚角，最后结合式B和式C，代入所用聚焦透镜（9）焦距计算得出聚焦透镜（9）与均匀相位掩模版（3）和光纤（10）的间距；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，宋志强，祁海峰，姜鹏波，尚盈，倪家升，王伟涛，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：