【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于中红外光纤器件，具体涉及一种双包层方型硫系光纤和基于其的光纤光栅制备方法。
技术介绍
1、随着中红外波段技术的快速发展，硫系光纤因其高非线性系数、宽透光窗口及优异的红外传输特性，在光纤传感、非线性光学及激光应用中受到广泛关注。光纤光栅作为一种关键器件，具有极高的测量精度，可以实现对微小变化的准确检测，适用于高精度测量和监测领域；同时，光纤光栅不受电磁场的干扰，适用于强电磁环境中的测量和传感应用；另外，光纤光栅具有长期的稳定性和可靠性，能够在恶劣的环境中保持稳定的性能，适用于长期监测和测量任务；光纤光栅因其具有的优良特性广泛应用于结构健康监测、温度测量、压力传感、振动监测等领域，可以替代传统的传感器，提高系统的性能和可靠性。
2、然而，在现有高非线性硫系光纤上刻写光纤光栅面临以下技术瓶颈：1）自聚焦效应：高非线性硫系光纤在高峰值功率飞秒激光作用下易发生自聚焦效应，导致激光无法有效聚焦到高非线性硫系光纤的纤芯区域，极大限制了光纤光栅刻写的效率和精度；2）结构局限性：传统高非线性硫系光纤的圆形截面存在曲率弧面，在光纤光栅刻写中会引起激光焦点偏移；此外，弧面结构导致纤芯难以观测，无法进行在线刻写监测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双包层方型硫系光纤和基于其的光纤光栅、制备及监测方法，用以解决现有的硫系光纤存在的光纤曲率效应对激光聚焦的干扰，导致飞秒激光刻写光栅效率和精度差的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予
3、本专利技术公开了一种双包层方型硫系光纤，所述双包层方型硫系光纤包括芯层、内包层和外包层；所述内包层和外包层依次包覆在芯层外部；所述芯层和内包层的横截面为圆形；外包层的横截面为方型；
4、所述芯层、内包层和外包层的原材料为硫系玻璃原材料。
5、本专利技术还公开了上述双包层方型硫系光纤的制备方法，包括以下步骤：
6、对硫系玻璃原材料进行前处理，随后采用真空高温熔融法分别制备芯层材料、内包层材料和外包层材料；
7、对芯层材料、内包层材料和外包层材料进行机械加工，随后依次放入挤压模具内，通过挤压法制备得到双包层预制棒；
8、将双包层预制棒进行拉制处理，使得芯层材料、内包层材料和外包层材料经过拉制处理得到芯层、内包层和外包层，最终得到双包层方型硫系光纤。
9、进一步地，所述硫系玻璃原材料包括as40s60、as38s62和as36s64；
10、所述芯层材料的硫系玻璃原材料为as40s60；内包层材料的硫系玻璃原材料为as38s62；外包层材料的硫系玻璃原材料为as36s64。
11、进一步地，所述硫系玻璃原材料的前处理包括依次进行的抛光和清洗处理；
12、所述挤压法的工艺参数为：挤压温度为280~330℃，保护气体为氦气或氩气，挤压速度为0.1~0.4mm/min。
13、进一步地，所述拉制处理的工艺参数为：拉制温度为330~380℃、送棒速度为0.2~0.6mm/min、拉制速度为2-10m/min、保护气体为氦气或氩气。
14、本专利技术还公开了基于上述双包层方型硫系光纤制备光纤光栅的方法，包括以下步骤：
15、将上述双包层方型硫系光纤安装于飞秒激光直写设备中，并调节双包层方型硫系光纤的平面与激光入射方向垂直；
16、调整飞秒激光的焦点定位于双包层方型硫系光纤的纤芯区域；
17、利用飞秒激光逐点刻写光栅结构，得到光纤光栅。
18、进一步地，所述飞秒激光中心波长为800nm，脉宽为91fs，重频为0.5~1khz。
19、进一步地，所述利用飞秒激光逐点刻写光栅结构时的光栅周期为1292~2200nm。
20、进一步地，上述光纤光栅制备时的监测方法，包括以下步骤：
21、在与激光入射方向垂直的双包层方型硫系光纤平面垂直的一面，通过显微光学系统实时观测刻写过程中飞秒激光的焦点与双包层方型硫系光纤纤芯的相对位置，确保刻写质量和一致性。
22、进一步地，所述显微光学系统包括放大镜和ccd成像系统；所述放大镜和ccd成像系统之间电连接。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、本专利技术公开了一种双包层方型硫系光纤，通过在芯层外部依次包覆内包层和外包层，并将整体的截面形状设计为方型，且方型光纤的每个侧面均为平面，该平面表面的设计，由于消除了硫系玻璃透镜的聚焦效应，进而减少了刻写飞秒激光的功率密度，从而消除了传统光纤曲率效应对激光聚焦的干扰，进一步有效抑制自聚焦效应了，提高了飞秒激光刻写光栅的效率和精度。
25、本专利技术还公开了在上述双包层方型硫系光纤的基础上制备光纤光栅方法，采用飞秒激光直写技术，在纤芯刻写光栅，由于该双包层方型硫系光纤的平面设计，降低了非线性效应对激光聚焦的干扰，能够实现激光焦点在光纤纤芯内的精准调控，提高了光纤光栅刻写的效率和质量。
26、本专利技术还公开了一种光纤光栅的制备方法的监测方法，利用光纤另一侧平面结构，可对刻写过程进行实时在线监测，确保光栅的一致性和性能稳定性，解决了传统光纤的圆形截面存在曲率弧面，在光栅刻写中会引起激光焦点偏移。此外，弧面结构导致纤芯难以观测，无法进行在线刻写监测的技术问题。
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1.一种双包层方型硫系光纤，其特征在于，所述双包层方型硫系光纤包括芯层（1）、内包层（2）和外包层（3）；所述内包层（2）和外包层（3）依次包覆在芯层（1）外部；所述芯层（1）和内包层（2）的横截面为圆形；外包层（3）的横截面为方型；
2.一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述硫系玻璃原材料包括As40S60、As38S62和As36S64；
4.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述硫系玻璃原材料的前处理包括依次进行的抛光和清洗处理；
5.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述拉制处理的工艺参数为：拉制温度为330~380℃、送棒速度为0.2~0.6mm/min、拉制速度为2-10m/min、保护气体为氦气或氩气。
6.一种光纤光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述飞秒激光中心波
8.根据权利要求6所述的一种光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述利用飞秒激光逐点刻写光栅结构时的光栅周期为1292~2200nm。
9.根据权利要求6所述的一种光纤光栅的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述显微光学系统包括放大镜和CCD成像系统；所述放大镜和CCD成像系统之间电连接。
...【技术特征摘要】
1.一种双包层方型硫系光纤，其特征在于，所述双包层方型硫系光纤包括芯层（1）、内包层（2）和外包层（3）；所述内包层（2）和外包层（3）依次包覆在芯层（1）外部；所述芯层（1）和内包层（2）的横截面为圆形；外包层（3）的横截面为方型；
2.一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述硫系玻璃原材料包括as40s60、as38s62和as36s64；
4.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述硫系玻璃原材料的前处理包括依次进行的抛光和清洗处理；
5.根据权利要求2所述的一种双包层方型硫系光纤的制备方法，其特征在于，所述拉制处理的工艺参数为：拉制温...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖旭升，郭海涛，何文涛，许彦涛，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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