[發明專利]一種長周期旋轉光纖光柵及其制作方法

有效

• 申請號: 201710137342.1
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN107065065B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 孫兵;張祖興;韋瑋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

本發明提供一種長周期旋轉光纖光柵及其制作方法，借助于光纖熔接機，通過控制其電極放電如電流與時間和內嵌的旋轉馬達、掃描馬達使光纖沿軸向形成周期性螺旋結構，從而制作出旋轉長周期光纖光柵。通過改變馬達的旋轉速度和沿光纖軸向運行速度，可靈活設計光柵結構，有效改變光纖調制強度，從而優化光柵性能。本發明的制作無需大型設備如二氧化碳等激光設備，制作出的光柵為毫米量級，可適用于各種非標準光纖寫制光柵。這種長周期旋轉光纖光柵制作簡便、適用性強，在偏振選擇和波長選擇等方面有著潛在的應用。

技術領域

本發明屬于傳感與通信技術領域，具體涉及一種長周期旋轉光纖光柵及其制作方法。

背景技術

長周期光纖光柵由于是透射型的光柵，沒有后向反射，在傳感系統測量過程中不需要光隔離器，因而測量精度較高。長周期光纖光柵在光通信、光傳感、光測量等方面都有重要應用，尤其在航空航天和橋梁監測等結構健康監測領域得到了廣泛應用。究其原因，長周期光纖光柵支持的是纖芯模式與同向的包層模式發生耦合，相比纖芯模式，包層模更容易受到外界參量的影響，從而其諧振波長和幅值對外界環境的變化較為敏感，具有更高的溫度、應變、扭轉、橫向應力、氣體（或液體）折射率、濃度和彎曲靈敏度。

由V. Kopp等人提出一種長周期旋轉光纖光柵(helically twisted long periodfiber gratings, H-LPFG)，是指在熔融條件下高速扭轉截面非圓對稱光纖制作成的，沿縱向傳播方向和角向都存在周期性的折射率調制，且這種光柵存在與扭轉旋向相關的性質，是一種新型的光波導結構。自此，長周期旋轉光纖光柵因其具有偏振選擇和波長選擇雙重特性而備受關注,逐漸受到了研究人員的重視，尤其是長周期旋轉光纖光柵在圓起偏、電流互感、光纖傳感等方面已經取得了一定的成效。

理論上，普通長周期光纖光柵的制作技術可以復制到長周期旋轉光纖光柵的制作技術中，如以紫外曝光、二氧化碳激光技術為代表的激光寫制方法和以電弧放電、聲光調制為代表的非激光誘導技術。當前國內外關于長周期旋轉光纖光柵的制作方法已有報道，其代表性方法有以下兩類。

一是對光纖預制棒進行處理后，直接拉制成旋轉光纖。此方法與索雷博光電科技公司生產的旋轉光纖的制作方法相類似，它通過在拉制過程中先旋轉單模保偏光纖預制棒來制造，而不是在拉制成光纖之后使其扭轉。該方法中光纖預制棒制作工藝極其復雜，而且預制棒一旦制作出來以后，光柵周期就已經確定，如要改變光柵周期大小，需重新制作預制棒，因而該方法缺乏靈活性。

另一種方法是直接扭曲已經加熱的光纖來形成旋轉光纖光柵。該方法常用二氧化碳激光直接照射的加熱方式。之后，有報道在光纖外層套上藍寶石管，仍采用二氧化碳激光加熱方式。報道稱利用這種方式可成功在細芯光纖上寫制長周期旋轉光纖光柵，并將該光柵應用至折射率傳感方面。盡管也有報道二氧化碳激光加熱方式在其他非標準單模光纖上寫制長周期旋轉光柵，并將其應用于不同參數傳感方面，且得到較高的靈敏度。但所述的加熱方式非常單一，即二氧化碳激光加熱方式。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種長周期旋轉光纖光柵及其制作方法，采用基于電弧放電的加熱方式制作長周期旋轉光纖光柵，該方法能在各種非標準光纖上寫制長周期旋轉光纖光柵，并能靈活調整光柵周期大小，操作簡單，快速、方便。

為了解決上述現有技術的問題，本發明采用以下技術方案。

本發明的一種長周期旋轉光纖光柵的制作方法，其特征在于：借助于一個光纖熔接機，采用電弧放電作用方式，使光纖沿其軸心順時針、逆時針的任一方向旋轉360度，且同時沿光纖軸向正向、反向方向移動，如此形成一個周期，并通過與第一次旋轉、移動同方向的多次重復操作，使光纖沿軸向形成周期性旋轉結構來實現光纖模式的調制，從而制作出具有旋轉結構的長周期光纖光柵。

包括以下步驟：

1）將剝去涂覆層的光纖用切割刀切斷成端面平整的兩段，分別夾持于所述的光纖熔接機的第一夾具、第二夾具上；