本发明专利技术提供了实现一次曝光的切趾光纤光栅制作装置，此装置是在原有常规相位掩模板光纤光栅制作装置的基础上，加了一块特殊设计制作的凹形柱面反射镜。利用此装置可以一次同时完成切趾光纤光栅制作的两种曝光，具体方法是：具有切趾分布的紫外光经过聚焦柱透镜聚焦，透过相位掩模板在光敏光纤上写光纤光栅；越过光纤光栅的紫外光入射到凹形柱面反射镜后，由凹形柱面反射镜将一部分紫外光反射回去，反射回去的紫外光在光纤光栅处重新聚焦，并形成反切趾分布对光纤光栅进行折射率直流整形曝光，完成切趾光纤光栅的制作。本方法可以避免移动相位掩膜板和更换光阑，提高切趾光纤光栅的制作效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅制作
，特别是一种。
技术介绍
光纤光栅已经在通信、传感等领域得到广泛地应用，光纤光栅的制作已经形成工业化生产规模，光纤光栅制作技术直接决定了光纤光栅生产的质量和效率。目前常用的规模化光纤光栅制作技术是采用普通相位掩模板(相对切趾掩模板而言)，使用普通相位掩模板和均勻紫外光制作光纤光栅，其反射谱中存在较大的旁瓣，这被认为是源于光栅两端的 F-P效应，为了消除反射旁瓣，可以采用切趾分布的光斑写光栅，切趾分布光斑写的光栅，其短波沿有次峰，这被认为是由于切趾分布光斑形成的光栅折射率直流变化不均勻所致，为消除这种不均勻，可使用与切趾分布共轭互补的反切趾分布光斑对写入的光纤光栅进行二次曝光，使光纤光栅的折射率直流变化均勻，这就是二次曝光切趾方法。所谓切趾分布如图 1所示，是一种中间大，两边逐渐变小的钟形分布，典型的钟形分布有高斯分布、超高斯分布、升余弦分布、汉明分布以及柯西分布等。反切趾分布如图2所示，其为相对切趾分布共轭互补的分布。目前用于写光纤光栅的准分子激光光斑，在短轴方向具有一定的钟形分布形态， 为了得到更好的切趾分布，有一种方法是加特殊形状的光阑对光斑进行调制，如图3所示的菱型切趾光阑和图5所示高斯型切趾光阑；图4为菱型反切趾光阑，其对应图3的菱型切趾光阑；图6为高斯型反切趾光阑，其对应图5的高斯型切趾光阑。写光栅时，将菱型切趾光阑或高斯型切趾光阑置于光路中合适的位置，对激光光斑形态进行调制。光栅写好后，将菱型切趾光阑或高斯型切趾光阑移开，换上对应的菱型反切趾光阑或高斯型反切趾光阑， 并移开相位掩模板4，对光栅写入位置进行二次曝光。2003年公开的一项名为“任意切趾的光纤光栅制作方法及其系统”的专利技术专利(公开号CN 1415981A)，用计算机程序控制一个宽度与光斑相等的矩形光阑在光路中变速旋转，光阑的旋转轴与光斑中心轴正交，对透过的光斑分布进行调制，通过旋转速度的变化获得任意形状的切趾分布，调制过的光斑经掩模板在光敏光纤中写入光栅。光栅写好后，将光阑换成等宽度的挡板，同时移开掩模板，挡板在计算机程序控制下，作一种与光阑相同的变速旋转，形成反切趾分布，对写成的光栅进行二次曝光。二次曝光是目前使用最多、最有效的切趾方法。但这种方法的缺点是光纤光栅制作过程中要移动掩模板，换光阑，需要两次曝光，这样光纤光栅的生产效率大打折扣，同时激光能量消耗成倍增加。为了克服二次曝光的缺点，有人考虑一次曝光切趾方法，如2005 年公开的一项名为“一次曝光实现光纤光栅多种函数切趾的方法”的专利技术专利(公开号CN 1607406A)，这一方法用了一块特制的振幅掩模板，这块特制振幅掩模板的中间是切趾分布的透射光阑，旁边是紫外全反镜，通过特殊振幅掩模板的均勻紫外光被分成两路，一路光透过特殊振幅掩模板，具有切趾分布，经柱透镜和相位掩模板聚焦到光敏光纤上写光栅；另一路光经特殊振幅掩模板反射，形成具有与透射光分布共轭互补的反切趾分布，反射光再经过三块紫外全反镜，被引到光纤光栅写入的另一面，从与透射光相反的方向聚焦到光纤光栅上，这样二次曝光的两种曝光同时完成，也就成了一次曝光。这种方法需要均勻紫外光斑，由于准分子激光器的光斑实际上是不均勻的，要获得均勻紫外光斑，激光能量的损耗是很大的。这一方法的最大问题是结构复杂，可变因素太多，要想将两路光的焦线调节到完全重合非常困难，所以难以实际应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单的能够实现一次曝光的切趾装置；还提供利用该装置实现一次曝光的切趾方法，该方法可以一次同时完成两种曝光，并且不需要均勻紫外光斑，只要光斑钟形分布的上下沿分别对于半程点对称，实现起来比较容易ο本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案本专利技术提供的实现一次曝光切趾装置，主要由紫外光、聚焦柱透镜、相位掩模板、光敏光纤和凹形柱面反射镜组成，它们依次排列在紫外光路上。所述凹形柱面反射镜由基底和高反射膜组成。基底的凹形柱面需要光学表面，其上针对写光栅的紫外光镀高反射膜。所述基底材料由玻璃制成，该玻璃为普通光学玻璃或石英玻璃。所述凹形柱面反射镜的凹形柱面上镀高反射膜(反射率越高越好)，针对写光栅的紫外光波长，高反射膜的材料可以是金属膜(如铝)，或多层介质膜(如氧化锆和氧化硅)。所述凹形柱面反射镜的凹形柱面曲率半径r由写光栅的紫外光的波长. ，相位掩模板的条纹周期J ,以及所写光纤光栅的长度￡来决定，计算公式为 L权利要求1.实现一次曝光切趾装置，其特征是主要由紫外光(1)、聚焦柱透镜(3)、相位掩模板 (4)、光敏光纤(5)和凹形柱面反射镜(10)组成，它们依次排列在紫外光路上。2.根据权利要求1所述的实现一次曝光切趾装置，其特征是所述凹形柱面反射镜 (10)由基底(13)和高反射膜(14)组成，基底(13)的凹形柱面需要光学表面，其上针对写光栅的紫外光(1)镀高反射膜(14 )。3.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征是所述基底(13)由玻璃制成，该玻璃为普通光学玻璃或石英玻璃。4.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征是所述高反射膜(14)由金属膜制成，该金属膜的材料包括铝。5.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征是所述的高反射膜(14)由多层介质膜制成，该多层介质膜的材料包括氧化锆和氧化硅。6.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征在于所述的凹形柱面反射镜(10)的凹形柱面曲率半径『由紫外光(1)的波长1相位掩模板(4)的条纹周期5，以及所写光纤光栅(6)的长度￡来决定，计算公式为7.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征在于所述凹形柱面反射镜 (10)上的高反射膜(14)的长度由所写光纤光栅(6)的长度d来决定，计算公式为8.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征在于所述的凹形柱面反射镜(10)的凹形柱面高度λ由平行紫外光(1)的高度丑，聚焦柱透镜的焦距/ ,及凹形柱面的曲率半径r来决定，需满足以下关系9.根据权利要求2所述的实现一次曝光切趾装置，其特征在于所述的凹形柱面反射镜(10)的柱面轴线与光敏光纤(5)重合；高反射膜(14)的长度f的中点与光纤光栅(6)的长度“的中点的连线与入射的紫外光(1)光束中轴线重合。10.实现一次曝光切趾方法，其特征是利用权利要求1至9中任一权利要求所述一次曝光切趾装置，来实现基于凹形柱面反射镜的一次曝光切趾方法，具体是具有切趾分布的紫外光(1)经过聚焦柱透镜(3)聚焦，透过相位掩模板(4)在光敏光纤(5)上写光纤光栅 (6);透过相位掩模板(4)的紫外光(1)形成的两束一级衍射光(9)，入射到凹形柱面反射镜 (10)后，由凹形柱面反射镜(10)分别将两束一级衍射光(9)的一半反射回去，反射回去的两束反射光(12)在光纤光栅(6)上重新聚焦，其焦线在光纤光栅(6)处正好首尾相连，连起来的焦线刚好将光纤光栅(6)完全覆盖，并形成反切趾分布对光纤光栅(6)进行折射率直流整形曝光，完成切趾光纤光栅的制作。全文摘要本专利技术提供了实现一次曝光的切趾光纤光栅制作装置，此装置是在原有常规相位掩模板光纤光栅制作装置的基础上，加了一块特殊设计制作的凹形柱面反射镜。利用此装置可以一次同时完成切趾光纤光栅本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 实现一次曝光切趾装置，其特征是主要由紫外光（１）、聚焦柱透镜（３）、相位掩模板（４）、光敏光纤（５）和凹形柱面反射镜（１０）组成，它们依次排列在紫外光路上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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