[發明專利]一種單纖集成式布拉格光纖光柵陣列的制備方法

在審

• 申請號: 201711310555.6
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107861189A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 耿鵬程;龐璐;梁小紅;潘蓉;韓志輝;衣永青;王東波;王標;高亞明
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司12105
• 代理人: 胡京生

技術領域

本發明涉及一種單纖集成式布拉格光纖光柵陣列的制備方法，屬于光纖光柵制造技術領域。

背景技術

光纖光柵是一種光纖纖芯或包層沿軸向具有折射率周期性調制特征的無源器件，其能夠在調制區域控制光的傳輸，從一定程度上可以視為一種具有特殊折射率調制結構的光纖。它的問世拓寬了光纖技術的應用領域，使復雜的全光纖通信與傳感得以實現，因而受到了光電子學領域研究人員的極大關注。

加拿大的K. O. Hill等研究學者于1978年成功制作出第一根光纖光柵，人們稱之為“Hill光柵”，開創了光纖光柵研究的先河。其寫制原理是利用波長488nm的氬離子激光束在光纖內產生駐波干涉，導致摻鍺纖芯的有效折射率沿軸向產生周期性改變，此種寫制方法也被稱為內部寫制法。因為其諧振波長滿足布拉格衍射方程，所以把此種光柵稱為布拉格光纖光柵。上述方法寫制的光柵的反射率可達90%以上。

K. O. Hill等人于1993年又提出了一種相位掩模板法寫制布拉格光纖光柵。基本方法是利用紫外激光垂直照射相位掩模板形成的衍射條紋對光敏光纖進行曝光產生折射率調制，進而形成光纖光柵。該方法制作的光纖光柵的周期僅取決于相位掩模板的周期，而與激光光源的波長無關。此方法降低了對光源相干性的要求，使得布拉格光纖光柵能夠被大批量生產。

由于傳統多芯光纖各個纖芯的折射率相同，所以很難寫制出具有不同諧振波長的二維光柵陣列，進而較難實現矢量及多參數傳感功能。此外，傳統多芯光纖中多個纖芯在光纖截面上對稱排布，即使寫制出具有不同反射波長的二維光柵陣列，也無法實現能辨識多個場方向的矢量傳感功能。

發明內容

本發明的目的是針對目前單纖集成式布拉格光纖光柵陣列難以制備的問題，提供一種單纖集成式布拉格光纖光柵陣列的制備方法，

單纖集成式布拉格光纖光柵陣列的實現主要依賴于非對稱異構型多芯光敏光纖，因此，本發明的技術方案的重點在于多芯光敏光纖的制備，利用同一相位掩模板寫制布拉格光柵時，由于非對稱異構型多芯光敏光纖中多個纖芯受到的折射率調制不同，進而會形成諧振波長不同的布拉格光柵。

本發明為實現上述目的由以下技術方案完成：一種單纖集成式布拉格光纖光柵陣列的制備方法，其特征在于，步驟如下：

第一步，首先制備纖芯折射率各不相同的若干預制棒，預制棒數量根據最終光纖的纖芯數量決定；

第二步，選定一根預制棒，在預制棒包層上設定的位置進行打內孔，內孔的數量同樣根據纖芯數量決定，為降低內孔石英表面的微缺陷，須對內孔進行精細磨拋處理；

第三步，對其它預制棒進行磨拋處理，得到芯棒；

第四歩，在每個內孔中分別鑲嵌一個芯棒構成預制件，芯棒與內孔之間會存在一定間隙，間隙量一般在0.05mm至0.25mm之間；

第五歩，采用抽真空裝置和環形加熱裝置對預制件進行抽真空封裝構成實心預制件；

第六歩，對實心預制件進行拉絲得到多芯光敏光纖；

第七歩，利用紫外激光和相位掩模板對多芯光敏光纖進行曝光；

第八歩，曝光完成后即可得到單纖集成式布拉格光纖光柵陣列，單纖集成式布拉格光纖光柵陣列中包含至少二個諧振波長不同的布拉格光纖光柵，且多個布拉格光纖光柵之間以并列方式排列；

步驟一中纖芯折射率不同的目的是為了保證光纖曝光后形成的布拉格光柵的諧振波長不同，進而保證光柵陣列的多參數傳感特性；

步驟二中預制棒的內孔加工需采用超聲打孔裝置，以降低內孔表面的微裂紋缺陷；

步驟五中抽真空組裝過程須采取環形加熱方式，以防止組裝后預制棒結構變形。

第七歩中，利用紫外激光和相位掩模板對多芯光敏光纖進行曝光，曝光時須將多芯光敏光纖旋轉至合適角度，以避免曝光時數個纖芯之間互相遮擋。

本發明的優點是：現有技術制作出的布拉格光纖光柵陣列中不同光柵的諧振波長相同，較難實現多參數及矢量傳感功能。然而，本發明可基于纖芯折射率各不相同的多芯光敏光纖，僅通過常規布拉格光纖光柵制備技術即可制備出布拉格光纖光柵陣列。由于多個纖芯的折射率不同，所以進行紫外激光曝光后會形成諧振波長不同的布拉格光柵，進而形成光纖光柵陣列。本發明可有效解決目前光纖傳感領域中存在的布拉格光纖光柵陣列無法集成在單根光纖中的問題，可使單個光纖傳感單元具備多參數及矢量傳感功能，這對促進光纖傳感技術的發展具有極其重要的意義。

附圖說明

圖1為本發明多芯光敏光纖的制備流程圖；