[發明專利]基于光子晶體光纖的膨脹型長周期光纖光柵及其制作方法

有效

• 申請號: 201410173103.8
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103955019B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 王義平;鐘曉勇;廖常銳;劉申
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙)44312
• 代理人: 陳健

技術領域

本發明涉及光纖應用技術領域，尤其涉及一種基于光子晶體光纖的膨脹型長周期光纖光柵及其制作方法。

背景技術

光子晶體光纖(PCF)是近十幾年出現的一種新型光纖,其應用范圍已經覆蓋了通信、傳感、激光器以及生物醫學等諸多領域。光子晶體光纖之所以發展如此迅速,是由于其具有一些有別于傳統光纖的奇異特性,包括可控色散特性,無截止單模特性以及高光學非線性特性等。在PCF中寫制長周期光纖光柵(LPFG)，可大大提升PCF的性能，擴展LPFG在溫度、應力、彎曲以及生化傳感等方面的應用，而靈活的包層空氣孔設計為寫制LPFG提供了更多的可能性，可有效提高光柵寫制質量。

自Eggleton等人第一次在摻鍺纖芯的PCF上寫入LPFG以來，光子晶體光纖光柵的制備方法及理論分析日益成為人們研究的熱點。目前，在PCF上制備LPFG的方法主要有：紫外曝光法、CO₂激光照射法、電弧放電加熱法、飛秒激光曝光法、機械應力法以及雙光子吸收法等。在這些方法中，CO₂激光照射法具有周期可調、靈活性高，成本低等優點，而且能在非摻雜的純硅PCF上寫入LPFG，可大大簡化PCF的生產工藝及降低生產成本。目前，利用CO₂激光照射法在PCF中形成LPFG的方法主要有殘余應力釋放(無結構變形)、玻璃結構變化(玻璃致密化)以及物理變形(塌陷、拉錐)等。基于不同機制形成的光子晶體光纖光柵具有不同的性質，例如，無結構變形LPFG對溫度、應力、彎曲不敏感，而塌陷型LPFG對溫度、外部折射率有較小的敏感度，但對應力的敏感度很大，并且有非常大的偏振相關損耗(PDL)，因此可用在通信設備和傳感器中。但是，通過殘余應力釋放制作的LPFG由于纖芯和包層之間粘度較小，所以并不是有效的成柵機制，而通過周期性的物理變形制作雖然能產生較大的折射率調制，但是通過通孔塌陷或拉錐熔融變形后的光纖機械強度變弱，很容易斷。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于光子晶體光纖的膨脹型長周期光纖光柵及其制作方法，以簡化光纖光柵的制備工藝、提高制備的光纖光柵的機械強度。本發明是這樣實現的：

一種基于光子晶體光纖的膨脹型長周期光纖光柵的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：向光子晶體光纖的包層空氣孔通入氣壓，并保持氣壓恒定；

步驟2：沿所述光子晶體光纖的軸向方向，每隔一個預設的光柵周期的長度，利用熱源對所述光纖進行一次徑向掃描，使掃描部位的包層空氣孔在充氣狀態下受熱膨脹，從而使該掃描部位的纖芯折射率受到調制，直到掃描完設定的光柵周期數，形成長周期光纖光柵；

步驟3：循環執行步驟2，同時，實時監測所形成的長周期光纖光柵的參數，并通過調節掃描部位的包層空氣孔的膨脹程度的方式調節所述參數，直到所形成的長周期光纖光柵滿足預設的參數要求，完成所述長周期光纖光柵的寫制。

進一步地，所述步驟1包括如下步驟：

將所述光子晶體光纖的一端與空心玻璃管的一端熔接，使所述光子晶體光纖的包層空氣孔與所述空心玻璃管的內部連通；

將所述空心玻璃管的另一端與第一單模光纖熔接，使通過所述第一單模光纖的激光可通過所述空心玻璃管耦合進所述光子晶體光纖；

將所述光子晶體光纖的另一端與第二單模光纖熔接，使通過所述光子晶體光纖的激光可耦合進所述第二單模光纖；

在所述空心玻璃管的管壁開一通孔，并通過所述通孔向包層空氣孔通入氣壓，并保持氣壓恒定。

進一步地，所述包層空氣孔為所述光子晶體光纖的部分包層空氣孔或全部包層空氣孔。

進一步地，調節掃描部位的包層空氣孔的膨脹程度的方式包括如下任意一種：

調節所述熱源的強度、調節所述氣壓的強度、調節所述循環的次數。

進一步地，所述光子晶體光纖為實芯光子晶體光纖，空芯光子晶體光纖、空芯光纖以及懸芯光纖中的任意一種。

進一步地，所述掃描的方式為如下任意一種：

(1)、掃描所述光子晶體光纖的一側；

(2)、對稱地掃描所述光子晶體光纖的兩側；

(3)、掃描所述光子晶體光纖的一周。

進一步地，所述熱源為如下任意一種：

CO₂激光脈沖、電弧放電、氫氧焰。

一種基于光子晶體光纖的膨脹型長周期光纖光柵，所述長周期光纖光柵的光柵區域具有因包層空氣孔沿光纖軸向周期性膨脹所形成的周期性膨脹結構。