專利名稱：光纖布喇格光柵的棱鏡制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖光柵的制造技術(shù)領(lǐng)域。
光纖布喇格光柵(簡(jiǎn)稱FBG)是光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域的新的重要的基礎(chǔ)元件，有著極其廣泛的應(yīng)用。FBG的制造技術(shù)是人們極為關(guān)心的技術(shù)問(wèn)題。
目前制造FBG有許多方法，舉例如下全息相干法，這種方法具有成本低，易實(shí)現(xiàn)，改變FBG中心波長(zhǎng)方便，可以制作特殊光柵(如chirped grating)等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是，要求光源有很高的空間和時(shí)間相干性，對(duì)光路的調(diào)整要求苛刻；曝光時(shí)間長(zhǎng)，有防震要求。
分波面相干法，其優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，其不足是晶體斜面傾角的容差小，在0.01°的范圍，使加工難度增大。
位相光柵衍射相干法，該方法利用光柵衍射產(chǎn)生干涉場(chǎng)，對(duì)光源要求不嚴(yán)格，所需設(shè)備比較簡(jiǎn)單，但存在對(duì)光柵要求嚴(yán)格，相干場(chǎng)中有干擾級(jí)次存在，光柵要嚴(yán)格設(shè)計(jì)且價(jià)格高等不足之處。
本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種采用棱鏡制造FBG的新方法，此方法容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)棱鏡制造精度要求不高。且制作FBG過(guò)程穩(wěn)定，無(wú)0級(jí)干擾，應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種光纖布喇格光柵的棱鏡制造方法，其特征在于1)將一等腰熔融石英棱鏡的底面置于靠近光纖的上方；2)用一束紫外光從棱鏡頂角上方射入棱鏡，產(chǎn)生兩束光形成相干場(chǎng)，在棱鏡底面外測(cè)相干場(chǎng)最大；3)使光纖置于所說(shuō)的最大相干場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明所說(shuō)的棱鏡的三個(gè)通光面上還可鍍有增透膜。所說(shuō)的棱鏡底面可制成一定曲率半徑的曲面。
本發(fā)明的工作原理如下所述一束紫外光，以棱鏡1的棱為對(duì)稱軸，對(duì)稱地照射棱鏡，產(chǎn)生兩束光，在棱鏡底面外側(cè)形成相干場(chǎng)，產(chǎn)生干涉條紋；光纖2放在近場(chǎng)相干區(qū)3內(nèi)，在相干條紋的作用下，光纖纖芯的折射率發(fā)生變化，在光纖軸線方向上，形成折射率高低相間的光柵，即得到光纖布喇格光柵一FBG。
如

圖1所示，棱鏡的頂角為θ，正入射時(shí)，有 α=2arcsin(n1n0sinβ2)----(2)]]>斜入射時(shí)，有 -arcsin[n0n1cos(θ2+ζ)]-θ----(3)]]>α=arcsin[1n0cosθ2n12-n02cos2(θ2-ζ)-sinθ2cos(θ2-ζ)]]]>+arcsin[1n0cosθ2n12-n02cos2(θ2+ζ)-sinθ2cos(θ2+ζ)](4)]]>相干場(chǎng)條紋間距為 d就是所制造的FBG的柵距Λ。因此用不同頂角的棱鏡可以得到不同柵距的FBG，對(duì)應(yīng)不同的FBG中心波長(zhǎng)λB；在棱鏡的高度設(shè)計(jì)上，要求相干光場(chǎng)的近場(chǎng)相干區(qū)產(chǎn)生在棱鏡底面的外側(cè)，這樣在制作FBG時(shí)，只要在光纖貼近棱鏡底面，即可受到相干光場(chǎng)作用。
棱鏡高度H參見(jiàn)圖2計(jì)算如下入射光束的半徑為a，或者寬為2a，要求光柵的柵距Λ＝d，及入射光的波長(zhǎng)λ可以根據(jù)上述關(guān)系式算出棱鏡的頂角θ，則棱鏡的高度H為H=a2·1cos[θ2-arcsin(n0n1cosθ2)----(6)]]>式中n0為空氣的折射率，n1為熔融石英的折射率。
本發(fā)明有如下特點(diǎn)用這種方法得到的相干光，不存在0級(jí)條件，因而不存0級(jí)干擾，相干光光能得到100％的利用；改變?nèi)肷涔獾娜肷浣?斜入射)，可以改變所寫(xiě)FBG的柵距；棱鏡底面制成一定曲率半徑的曲面，光纖緊貼曲面，則可以制得不同變柵距的FBG；在棱鏡三個(gè)面上鍍?cè)鐾改ぃ梢蕴岣咴垂饽艿睦寐?；這種方法，對(duì)鏡的頂角的制造精度可放寬，如果希望FBG的λB在1531～1582nm之間，則棱鏡的頂角θ可以在124.5°～126.5°之間，即Δθ約有2°，這就放松了制棱鏡的要求。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為本發(fā)明所述方法原理示意圖。
圖2為本發(fā)明所述棱鏡高度H計(jì)算示意圖。
圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施例示意圖。
本發(fā)明提出一種光纖布喇格光柵的棱鏡制造方法，如圖3所示。圖中1為專門設(shè)計(jì)制造的一塊熔融石英棱鏡，對(duì)應(yīng)于寫(xiě)入波長(zhǎng)為240nm，其FBG中心波長(zhǎng)λB在1550nm附近，計(jì)算出棱鏡的頂角θ為131.5°棱鏡高度H為3.6mm左右。棱鏡的三個(gè)通光面上均鍍有增透膜。將待制作FBG的光纖2緊貼于棱鏡的底面，再用He.Ne激光束從上垂直、對(duì)稱照射棱鏡，觀察到清晰的干涉條紋。
權(quán)利要求
1.一種采用光纖布喇格光柵的棱鏡制造方法，其特征在于1)將一等腰熔融石英棱鏡的底面置于靠近光纖的上方；2)用一束紫外光從棱鏡頂角上方射入棱鏡，產(chǎn)生兩束光形成相干場(chǎng)，在棱鏡底面外測(cè)相干場(chǎng)最大；3)使光纖置于最大相干區(qū)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說(shuō)的棱鏡的三個(gè)通光面上鍍有增透膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說(shuō)的棱鏡底面制成一定曲率半徑的曲面。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖光柵的制造技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提出一種采用光纖布喇格光柵的棱鏡制造方法，其特征在于1)將一等腰熔融石英棱鏡的底面置于靠近光纖的上方；2)用一束紫外光從棱鏡頂角上方射入棱鏡，產(chǎn)生兩束光形成相干場(chǎng)，在棱鏡底面外側(cè)相干場(chǎng)最大；3)使光纖置于最大相干區(qū)內(nèi)。
文檔編號(hào)G02B5/18GK1147096SQ9510887
公開(kāi)日1997年4月9日 申請(qǐng)日期1995年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月1日
發(fā)明者查開(kāi)德, 王向陽(yáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)