一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明適用于光柵【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件，包括纖芯和包層，所述纖芯上形成有光纖布拉格光柵，所述纖芯上具有一可填充流體介質(zhì)的腔體，所述腔體將所述布拉格光柵分為兩部分，且腔體具有與外部連通的通道。同時(shí)還提供了一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法。所述的光纖布拉格光柵器件可以輕松實(shí)現(xiàn)相移量的線(xiàn)性調(diào)節(jié)，并且能保持相移量長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，同時(shí)制作方法也較為簡(jiǎn)單，無(wú)需配置昂貴的高精密電控位移裝置來(lái)準(zhǔn)確控制相移量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光柵【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中相移光纖光柵器件存在各種問(wèn)題，比如:相移量不可調(diào)、使用的器件昂貴、相移量大小很難精確控制、產(chǎn)生的光纖布拉格光柵不穩(wěn)定等。以下列舉幾種常見(jiàn)的產(chǎn)生光纖布拉格光柵的方法。
[0003]相移相位掩模板法:紫外激光通過(guò)特殊定制的相移相位掩模板形成含有相移成份的干涉條紋，從而在光纖上直接刻寫(xiě)相移光纖布拉格光柵。這種方法的缺點(diǎn)是需要特殊定制昂貴的相移掩模板，并且相移量大小不可調(diào)節(jié)。
[0004]橫向全息兩次曝光法:首先借助均勻周期的相位掩模板對(duì)光纖進(jìn)行第一次曝光，之后通過(guò)改變?nèi)肷浼す獠ㄩL(zhǎng)、移動(dòng)光纖前后方位或者對(duì)光纖施加應(yīng)變，對(duì)光纖進(jìn)行第二次曝光，兩次加工得到光柵周期略有不同，從而形成相移機(jī)制。這種方法的缺點(diǎn)是很難精確控制引入的相移量的大小。
[0005]移動(dòng)光纖法:通過(guò)移動(dòng)光纖或者相位掩模板的方法來(lái)改變光纖光柵的折射率分布，這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)制造系統(tǒng)的硬件控制機(jī)構(gòu)的精度要求較高，同時(shí)還要有完善、復(fù)雜的軟件程序系統(tǒng)做保證。
[0006]激光后處理法:通過(guò)均勻周期的相位掩模板寫(xiě)入光柵后，對(duì)其中一小段光柵用紫外激光或者二氧化碳激光再次進(jìn)行照射，使這部分光纖的折射率進(jìn)一步發(fā)生變化，直至形成所需的相移量。這種方法的缺點(diǎn)是激光后處理不僅改變了兩段光柵之間的相位，而且導(dǎo)致局部的有效折射率的增加，從而引起整個(gè)光柵的諧振波長(zhǎng)紅移。
[0007]外部擾動(dòng)調(diào)制法:通過(guò)對(duì)均勻周期光纖光柵的局部施加壓力或者加溫，從而得到相移光纖光柵。這種方法的缺點(diǎn)是當(dāng)外界擾動(dòng)消失時(shí)，相移機(jī)制也會(huì)消逝。
[0008]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的光纖布拉格光柵的相移量不穩(wěn)定且不可調(diào)節(jié)的問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件，包括纖芯和包層，所述纖芯上形成有非相移的光纖布拉格光柵，所述纖芯上具有一可填充流體介質(zhì)的腔體，所述腔體將所述光纖布拉格光柵分為兩部分，且腔體具有與外部連通的通道。
[0011 ] 所述的光纖布拉格光柵器件，其中，所述腔體為球形腔體。
[0012]所述的光纖布拉格光柵器件，其中，所述通道為兩個(gè)通道，分別連通所述腔體。
[0013]本發(fā)明還提供一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:通過(guò)非相移的相位模板在光纖的纖芯上刻寫(xiě)出非相移的光纖布拉格光柵；
[0015]步驟2:沿著光纖布拉格光柵將光纖切斷成兩部分，在其中一根斷光纖的端面中心燒蝕出一小孔，然后將帶有小孔的光纖端面和另一根斷光纖的端面進(jìn)行放電熔接，在光纖內(nèi)部形成一個(gè)封閉的球形腔體；
[0016]步驟3:從形成有封閉的球形腔體的光纖的上下表面依次加工出兩通道，所述兩通道與所述球形腔體相連，使所述球形腔體與外界連通。
[0017]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述步驟3后還包括:將光纖布拉格光柵器件浸沒(méi)在流體介質(zhì)中，所述流體介質(zhì)完全填滿(mǎn)球形腔體即可獲得穩(wěn)定的相移光纖布拉格光柵；更換球形腔體中不同折射率的流體介質(zhì)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)光柵的相移量。
[0018]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述步驟I中使用波長(zhǎng)為193nm準(zhǔn)分子激光進(jìn)行刻寫(xiě)所述光纖布拉格光柵。
[0019]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述步驟2中使用光纖切割刀在光纖布拉格光柵的中心位置進(jìn)行切割光纖。
[0020]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述步驟3中的通道使用飛秒激光微加工技術(shù)進(jìn)行加工。
[0021]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述小孔為直徑小于10微米、深度小于10微米的小孔。
[0022]所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其中，所述光纖熔接機(jī)進(jìn)行放電熔接的放電電流為16.3mA、放電時(shí)間為2s。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:通過(guò)改變腔體中填充的不同折射率值的介質(zhì)從而調(diào)節(jié)光柵的相移量，所得到的相移量不僅可以線(xiàn)性調(diào)節(jié)，還可以穩(wěn)定地保持，且克服了相移相位掩模板法的高成本和靈活性差的缺點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是無(wú)相移光纖布拉格光柵的光譜圖；
[0026]圖3是采用光纖布拉格光柵器件獲得的相移光纖布拉格光柵的光譜圖；
[0027]圖4是本發(fā)明所述的光纖布拉格光柵器件在光學(xué)顯微鏡下獲取的圖；
[0028]圖5是光纖布拉格光柵器件制作方法的流程圖；
[0029]圖6a是腔體填充了折射率為1.412的流體介質(zhì)后光柵諧振波長(zhǎng)為1579.30nm的光柵光譜圖；
[0030]圖6b是腔體填充了折射率為1.414的流體介質(zhì)后光柵諧振波長(zhǎng)為1579.6Inm的光柵光譜圖；
[0031]圖6c是腔體填充了折射率為1.418的流體介質(zhì)后光柵諧振波長(zhǎng)為1579.66nm的光柵光譜圖；
[0032]圖6d是腔體填充了折射率為1.422的流體介質(zhì)后光柵諧振波長(zhǎng)為1579.70nm的光柵光譜圖；
[0033]圖7是光柵相移峰的波長(zhǎng)隨填充不同折射率的流體介質(zhì)的線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件最突出的優(yōu)勢(shì)是光柵的相移量可以根據(jù)不同用戶(hù)的需要，通過(guò)在球形腔體中填充相應(yīng)折射率的流體介質(zhì)不僅可以輕松實(shí)現(xiàn)相移量的線(xiàn)性調(diào)節(jié)，還可以保持相移量長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，并且所述的光纖布拉格光柵器件的制作方法較為簡(jiǎn)單、無(wú)需配置昂貴的高精密電控位移裝置來(lái)準(zhǔn)確控制相移量。
[0036]如圖1所不為相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的結(jié)構(gòu)圖,所述的光纖布拉格光柵器件包括纖芯102、包層103、光纖光柵101、腔體104和通道105。光纖中包含有所述纖芯102和包層103，所述纖芯102和包層103構(gòu)成全反射條件使得光可以低損耗地在所述光纖中長(zhǎng)距離傳輸。所述纖芯102上形成有非相移的光纖布拉格光柵101,光纖布拉格光柵101是具有周期性的折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)，它的光學(xué)效果等同于一個(gè)窄帶的反射鏡，其反射波長(zhǎng)取決于光柵的周期值。所述纖芯102上具有一可填充流體介質(zhì)的腔體104，所述流體介質(zhì)具有標(biāo)定的折射率，所述腔體104將所述布拉格光柵分為兩部分，且腔體具有與外部連通的通道105。所述腔體104用于注入不同折射率的流體介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)光柵相移量的調(diào)節(jié)。所述通道105為不同折射率的流體介質(zhì)的注入口或流出口，所述通道105可以設(shè)置為一個(gè)、兩個(gè)或者多個(gè)。所述腔體104的位置、大小以及腔體104中介質(zhì)的折射率值決定了引入相移量的大小，在保持腔體104位置和尺寸不變的條件下，通過(guò)改變腔體中介質(zhì)的折射率值可以實(shí)現(xiàn)光柵相移量的調(diào)節(jié)，從而獲得一個(gè)相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件。優(yōu)選的，所述腔體104置于所述光纖布拉格光柵101的中間位置，這樣能獲取到最好的光譜效果。
[0037]與上述實(shí)施例相結(jié)合，所述腔體104為球形腔體，所述光纖為單模光纖，所述通道105為兩個(gè)通道，分別連通所述腔體104的相對(duì)兩側(cè)。
[0038]如圖5所不,本發(fā)明還提供一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法,包括以下步驟:
[0039]步驟1:使用波長(zhǎng)為193nm準(zhǔn)分子激光通過(guò)非相移的相位模板在光纖的纖芯上刻寫(xiě)出非相移的高反射率光纖布拉格光柵。
[0040]步驟2:使用光纖切割刀沿著光纖布拉格光柵的中心位置將光纖切斷成兩部分，在其中一根斷光纖的端面中心燒蝕出一小孔，然后將帶有小孔的光纖端面和另一根斷光纖的端面在光纖熔接機(jī)中進(jìn)行放電熔接，電極放電產(chǎn)生的高溫和高壓致使小孔急劇膨脹進(jìn)而在光纖內(nèi)部形成一個(gè)封閉的球形腔體，球形腔體的尺寸一方面取決于小孔的尺寸，另一方面也取決于電極的放電參數(shù)。
[0041]步驟3:從形成有封閉的球形腔體的光纖的上下表面依次加工出兩通道，所述兩通道與所述球形腔體相連，使所述球形腔體與外界連通，便于外界的流體介質(zhì)流入和流出。
[0042]所述步驟3后還包括:將光纖布拉格光柵器件浸沒(méi)在標(biāo)定折射率的流體介質(zhì)中，所述流體介質(zhì)完全填滿(mǎn)球形腔體即可獲得穩(wěn)定的相移光纖布拉格光柵；在使用時(shí)所述光纖布拉格光柵器件浸沒(méi)在流體介質(zhì)中，更換浸沒(méi)球形腔體的不同折射率的流體介質(zhì)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)光柵的相移量。[0043]與上述實(shí)施例相結(jié)合，所述步驟2中燒蝕出的小孔為直徑小于10微米、深度小于10微米的小孔。所述步驟3中的通道使用飛秒激光微加工技術(shù)進(jìn)行加工。
[0044]根據(jù)所述的光纖布拉格光柵器件及其制作方法，具體的，首先，采用ArF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)193nm)通過(guò)相位模板在單模光纖(Corning SMF_28e)上刻寫(xiě)出非相移的光纖布拉格光柵，光柵光譜如圖2所201表光纖布拉格光柵器件的反射光譜,202表光纖布拉格光柵器件的透射光譜，其中光柵長(zhǎng)度約為5mm,光柵諧振波長(zhǎng)為1578nm,光柵反射率高于99%。然后，將光纖布拉格光柵101從中心位置處切斷，利用飛秒激光微加工在其中一根斷光柵的端面中心燒蝕出一個(gè)直徑約3微米、深度約2微米的小孔，然后將帶有小孔的光纖端面和另一根斷光纖的端面在光纖熔接機(jī)中進(jìn)行放電熔接，其中放電電流為16.3mA、放電時(shí)間為2s，電極放電產(chǎn)生的高溫和高壓致使小孔急劇膨脹進(jìn)而在光纖內(nèi)部形成一個(gè)封閉的腔體104，優(yōu)選的，所述腔體為球形腔體，球形腔體直徑約為50 μ m。接著，利用飛秒激光微加工技術(shù)從光纖的上下表面依次加工出一對(duì)通道105，使封閉球形腔體與外界連通。所獲得光纖布拉格光柵器件的相移光譜如圖3所示，在光學(xué)顯微鏡下看到的光纖布拉格光柵器件如圖4所示。在球形腔體內(nèi)填充不同折射率的流體介質(zhì)，可以準(zhǔn)確并線(xiàn)性地調(diào)節(jié)光柵的相移量。圖6a、圖6b、圖6c、圖6d分別對(duì)比了填充四種不同折射率的流體介質(zhì)后的光柵光譜，圖7總結(jié)了光柵相移峰的波長(zhǎng)隨填充流體介質(zhì)折射率值的線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)。
[0045]以上所述的光纖布拉格光柵器件可以應(yīng)用在如下的【技術(shù)領(lǐng)域】:(1)窄線(xiàn)寬單頻光纖激光器:可調(diào)相移光柵的通透帶寬極窄，可以方便地聯(lián)入環(huán)形光纖激光器的環(huán)路中，同時(shí)也可以在很大程度上減小激光器的輸出帶寬。(2)光通信解復(fù)系統(tǒng):可調(diào)相移光柵具有可改變阻帶中通透窗口位置的特性，在多通道光通信系統(tǒng)中，可用來(lái)選擇通道。例如，從單通道過(guò)來(lái)的多波信號(hào)被分為多路，每一路都配相移量不同的光纖光柵來(lái)對(duì)不同波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。
(3)光纖生化傳感器:將本發(fā)明中的球形腔體作為傳感器的生化反應(yīng)池，當(dāng)被測(cè)生化溶液反生反應(yīng)導(dǎo)致其折射率改變，通過(guò)檢測(cè)光柵相移峰的波長(zhǎng)移動(dòng)對(duì)生化反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件,包括纖芯和包層,其特征在于,所述纖芯上形成有非相移的光纖布拉格光柵，所述纖芯上具有一可填充流體介質(zhì)的腔體，所述腔體將所述光纖布拉格光柵分為兩部分，且腔體具有與外部連通的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖布拉格光柵器件，其特征在于，所述腔體為球形腔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖布拉格光柵器件，其特征在于，所述通道為兩個(gè)通道，分別連通所述腔體。
4.一種相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:通過(guò)非相移的相位模板在光纖的纖芯上刻寫(xiě)出非相移的光纖布拉格光柵； 步驟2:沿著光纖布拉格光柵將光纖切斷成兩部分，在其中一根斷光纖的端面中心燒蝕出一小孔，然后將帶有小孔的光纖端面和另一根斷光纖的端面進(jìn)行放電熔接，在光纖內(nèi)部形成一個(gè)封閉的球形腔體； 步驟3:從形成有封閉的球形腔體的光纖的上下表面依次加工出兩通道，所述兩通道與所述球形腔體相連，使所述球形腔體與外界連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法,其特征在于，所述步驟3后還包括:將光纖布拉格光柵器件浸沒(méi)在流體介質(zhì)中，所述流體介質(zhì)完全填滿(mǎn)球形腔體即可獲得穩(wěn)定的相移光纖布拉格光柵；更換球形腔體中不同折射率的流體介質(zhì)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)光柵的相移量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法,其特征在于，所述步驟I中使用波長(zhǎng)為193nm準(zhǔn)分子激光進(jìn)行刻寫(xiě)所述光纖布拉格光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其特征在于，所述步驟2中使用光纖切割刀在光纖布拉格光柵的中心位置進(jìn)行切割光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其特征在于，所述步驟3中的通道使用飛秒激光微加工技術(shù)進(jìn)行加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其特征在于，所述小孔為直徑小于10微米、深度小于10微米的小孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移可調(diào)的光纖布拉格光柵器件的制作方法，其特征在于，所述光纖熔接機(jī)進(jìn)行放電熔接的放電電流為16.3mA、放電時(shí)間為2s。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK103605179SQ201310566016
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】廖常銳, 王義平 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)