專利名稱：一種線性響應光纖光柵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳感技術的光纖光柵。特別是涉及一種制作簡單、使用方便、成本低的一種線性響應光纖光柵。
背景技術：
光纖和光纖光柵傳感器是近幾年高速發(fā)展的新型傳感器，光纖和光纖光柵傳感器可集信息的傳感與傳輸于一體，與傳統(tǒng)的傳感器相比它具有很多優(yōu)勢如防爆，抗電磁干擾，抗腐蝕，抗震動，耐高溫，體積小，重量輕，靈活方便，特別能在惡劣環(huán)境下使用。
在光纖通訊需要一種對波長有線性響應的光纖光柵，以便用來進行增益補償。在光纖傳感中線性響應光纖光柵它不僅可以用來制作傳感頭，同時也可以用作傳感信號的解調。目前市場上使用的線性響應光纖光柵多是啁啾光柵。
按現行技術，有兩種制作方法可以制作這種光柵，一是用帶幅度調制的啁啾模板曝光，即在通常的，用橫向寫入法制作光纖光柵的系統(tǒng)中，用相應的啁啾模板代替布拉格光柵模板進行曝光制作。二是用雙掃描裝置進行函數控制曝光，即對光束位置，模板位置和光敏光纖位置這三個參數中的兩個，進行函數控制曝光來進行光柵的制作。用啁啾模板代替布拉格光柵模板需要購置特殊的啁啾模板，制作的線性響應光纖光柵的工作波長，啁啾速率都受到啁啾模板的限制，如果要想在某一個工作波段內制作任意波長，任意啁啾速率，響應斜率和帶寬的啁啾光柵，就必須需要許多不同指標的啁啾模板，線性響應光纖光柵才能制作出滿足需要的線性響應光纖光柵，啁啾模板的價格十分昂貴，這對工業(yè)化生產帶來極大困難。用雙掃描裝置進行函數控制曝光，即對光束位置，模板位置和光敏光纖位置這三個參數中的兩個，進行函數控制曝光來進行光柵的制作的方法，需要制作精密控制的雙掃描系統(tǒng)。
如中國專利02151734.7所述的采用振幅掩模板對入射平行紫外光進行振幅調制后利用相位模板對光敏光纖進行掃描曝光，它在紫外光照射振幅模板前，先用擴束裝置對紫外光進行擴束，擴束后的紫外光經過振幅掩模板進行振幅調制，再用聚光裝置壓縮紫外光光斑，然后通過相位掩模板對光敏光纖進行掃描曝光。
中國專利02159585.2把垂直入射的平行紫外光用振幅光柵衍射，然后用石英玻璃匯聚衍射光，匯聚衍射光通過相位模板對光敏光纖進行曝光。
中國專利CN02146019.1是用計算機同時控制準分子脈沖激光器和固定著光闌的旋轉移動臺按事先設計的函數曲線帶動光闌轉動對光敏光纖曝光。
如上所述的現有技術存在如下問題一是制作光纖光柵的儀器設備、啁啾模板價格昂貴；二是需要嚴格的相應防震系統(tǒng)，以保證光柵制作過程中機械方位的穩(wěn)定性。除了成本造價外，以上兩種辦法還有一個共同的缺點它們只能實現所需曝光函數的階梯數字模擬，模擬函數的連續(xù)性的優(yōu)劣會給光柵響應函數的產生不同程度的誤差，三是復雜的附加條件給員工操作帶來困難，不利于工業(yè)化生產。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種制作簡單、使用方便、成本低的一種線性響應光纖光柵。
本發(fā)明所采用的技術方案是一種線性響應光纖光柵，包括有紫外激光器、柱透鏡、柱透鏡、相位模板，還設置有狹縫板，整體的設置結構是紫外激光器、狹縫板、柱透鏡、柱透鏡、相位模板依次順序排列。
所述的紫外激光器選用139nm的氬離子激光器或248nm的準分子激光器中的一種。
所述的狹縫板是由導熱性能好的金屬材料制成，它的縫寬根據所要求的線性響應光纖光柵的帶寬寬度進行調整，并且縫寬與線性響應光纖光柵的帶寬寬度成反比。
所述的兩個柱透鏡是性能指標完全相同的一對柱透鏡，而且，兩個柱透鏡互相垂直，并與相位模板平行。
本發(fā)明的一種線性響應光纖光柵，在簡單的可調狹縫配置下，具有機構簡單不需要昂貴的啁啾模板，不需要嚴格的防震設備，使用范圍廣，去除可調狹縫板就可以生產普通光纖光柵，操作簡單，適合于工業(yè)化生產。


圖1是本發(fā)明的一種線性響應光纖光柵整體結構圖示意圖；圖2是本發(fā)明的導熱性能好的可調狹縫示意圖；圖3線性響應光纖光柵示意圖；圖4線性響應光纖光柵實際的光譜圖。
其中1紫外激光器2狹縫板3狹縫 4柱透鏡5柱透鏡6相位模板7光敏光纖具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的一種線性響應光纖光柵做出詳細說明。
本發(fā)明是在原有的制作光纖光柵設備的基礎上，引入附加裝置即狹縫板，來制作線性響應光纖光柵。用本方法制作的線性響應光纖光柵，其中心工作波長完全由原有的布拉格光柵模板決定而與此附加裝置無關，也就是說，此附加裝置對各波長是通用的。它可實現所需曝光函數的精確模擬，不引入起源于模擬函數的不連續(xù)性的誤差。
如圖1所示，本發(fā)明的一種線性響應光纖光柵，包括有紫外激光器1、柱透鏡4、柱透鏡5、相位模板6，其特征在于，還設置有狹縫板2，整體的設置結構是紫外激光器1、狹縫板2、柱透鏡4、柱透鏡5、相位模板6依次順序排列。其中，紫外激光器1選用139nm的氬離子激光器或248nm的準分子激光器中的一種。所述的兩個柱透鏡4、5是性能指標完全相同的一對柱透鏡，而且，兩個柱透鏡4、5互相垂直，并與相位模板6平行。
如圖2所示，所述的狹縫板2是由導熱性能好的金屬材料制成，它的縫寬d根據所要求的線性響應光纖光柵的帶寬寬度進行調整，并且縫寬d與線性響應光纖光柵的帶寬寬度成反比。
本發(fā)明當制作線性響應光纖光柵時，將光敏光纖7放置在相位模板6的后面，紫外激光器1發(fā)出193納米或248納米的平行光通過狹縫板2，狹縫板2的狹縫3為可調，即根據所要求的線性響應光纖光柵的斜率進行調整，通過狹縫3的紫外光經過兩個互相垂直柱透鏡4和5匯聚成方形光斑，這兩個柱透鏡具有完全相同的性能指標，它們都垂直于紫外光入射的方向。經過兩個互相垂直柱透鏡4和5匯聚的方形光斑通過相位模板6對光敏光纖7進行曝光。
本發(fā)明的技術原理如下1.寬帶光源照射下的光纖光柵的反射譜為λB＝2neffΛ式中λB為Bragg光纖光柵的反射波長；Λ為光柵周期；neff為光纖材料的有效折射率。反射譜是neff光柵折射率分布函數的傅立葉變換。
2.經過狹縫板2單縫衍射，其遠場Fraunhofer衍射圖，是狹縫板2函數的傅立葉變換。遠場衍射條件為d＞＞лd12/λ，式中d為狹縫板2到光敏光纖7的距離，d1為狹縫板2的狹縫寬度3，λ為紫外激光波長。
3.光敏光纖7在紫外激光器的曝光后，其折射率改變量與輻照能量成正比，n∝E2即折射率改變量正比于光場強度的平方。
4.設單縫函數為f＝rect(x/d1)，是它的遠場衍射圖，其中rect表示矩形函數，x是距離光敏光纖中心的長度，由此得到它的傅立葉變換為F＝Asinc(Bx)，式中sinc(Bx)＝sin(πBx)/πBx，從而，曝光的光敏光纖折射率的變化除了和普通的光纖光柵一樣由光柵模板決定外，還要受到函數A2Sinc2(Bx)的調制。其中A、B是與光路幾何圖形有關的常數。
5.根據傅立葉變換的性質，此時形成的光纖光柵，其反射譜是函數A2Sinc2(Bx)的傅立葉變換Tri(Cx)、Tri(Cx)是一個等腰三角形的形狀，但其中心波長仍由相位模板決定。
當將本發(fā)明的金屬板狹縫撤除，其系統(tǒng)就可以制作普通光纖光柵。
以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作任何簡單修改、等同變化和修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種線性響應光纖光柵，包括有紫外激光器(1)、柱透鏡(4)、柱透鏡(5)、相位模板(6)，其特征在于，還設置有狹縫板(2)，整體的設置結構是紫外激光器(1)、狹縫板(2)、柱透鏡(4)、柱透鏡(5)、相位模板(6)依次順序排列。
2.根據權利要求1所述的一種線性響應光纖光柵，其特征在于，所述的紫外激光器(1)選用139nm的氬離子激光器或248nm的準分子激光器中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種線性響應光纖光柵，其特征在于，所述的狹縫板(2)是由導熱性能好的金屬材料制成，它的縫寬(d)根據所要求的線性響應光纖光柵的帶寬寬度進行調整，并且縫寬(d)與線性響應光纖光柵的帶寬寬度成反比。
4.根據權利要求1所述的一種線性響應光纖光柵，其特征在于，所述的兩個柱透鏡(4、5)是性能指標完全相同的一對柱透鏡，而且，兩個柱透鏡(4、5)互相垂直，并與相位模板6平行。
全文摘要
本發(fā)明公開一種線性響應光纖光柵，包括有紫外激光器、柱透鏡、柱透鏡、相位模板，還設置有狹縫板，整體的設置結構是紫外激光器、狹縫板、柱透鏡、柱透鏡、相位模板依次順序排列。紫外激光器選用139nm的氬離子激光器或248nm的準分子激光器中的一種。狹縫板是由導熱性能好的金屬材料制成，它的縫寬根據所要求的線性響應光纖光柵的帶寬寬度進行調整。兩個柱透鏡是性能指標完全相同的一對柱透鏡，而且，兩個柱透鏡互相垂直，并與相位模板平行。本發(fā)明在簡單的可調狹縫配置下，具有機構簡單不需要昂貴的啁啾模板，不需要嚴格的防震設備，使用范圍廣，去除可調狹縫板就可以生產普通光纖光柵，操作簡單，適合于工業(yè)化生產。
文檔編號G02B6/42GK1908708SQ200610015199
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權日2006年8月4日
發(fā)明者董蘇姍, 郭轉運, 干耀生, 馬林萍 申請人:天津愛天光電子科技有限公司