[发明专利]基于光子晶体光纤的膨胀型长周期光纤光栅及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤应用技术领域，尤其涉及一种基于光子晶体光纤的膨胀型长周期光纤光栅及其制作方法。

背景技术

光子晶体光纤(PCF)是近十几年出现的一种新型光纤,其应用范围已经覆盖了通信、传感、激光器以及生物医学等诸多领域。光子晶体光纤之所以发展如此迅速,是由于其具有一些有别于传统光纤的奇异特性,包括可控色散特性,无截止单模特性以及高光学非线性特性等。在PCF中写制长周期光纤光栅(LPFG)，可大大提升PCF的性能，扩展LPFG在温度、应力、弯曲以及生化传感等方面的应用，而灵活的包层空气孔设计为写制LPFG提供了更多的可能性，可有效提高光栅写制质量。

自Eggleton等人第一次在掺锗纤芯的PCF上写入LPFG以来，光子晶体光纤光栅的制备方法及理论分析日益成为人们研究的热点。目前，在PCF上制备LPFG的方法主要有：紫外曝光法、CO₂激光照射法、电弧放电加热法、飞秒激光曝光法、机械应力法以及双光子吸收法等。在这些方法中，CO₂激光照射法具有周期可调、灵活性高，成本低等优点，而且能在非掺杂的纯硅PCF上写入LPFG，可大大简化PCF的生产工艺及降低生产成本。目前，利用CO₂激光照射法在PCF中形成LPFG的方法主要有残余应力释放(无结构变形)、玻璃结构变化(玻璃致密化)以及物理变形(塌陷、拉锥)等。基于不同机制形成的光子晶体光纤光栅具有不同的性质，例如，无结构变形LPFG对温度、应力、弯曲不敏感，而塌陷型LPFG对温度、外部折射率有较小的敏感度，但对应力的敏感度很大，并且有非常大的偏振相关损耗(PDL)，因此可用在通信设备和传感器中。但是，通过残余应力释放制作的LPFG由于纤芯和包层之间粘度较小，所以并不是有效的成栅机制，而通过周期性的物理变形制作虽然能产生较大的折射率调制，但是通过通孔塌陷或拉锥熔融变形后的光纤机械强度变弱，很容易断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于光子晶体光纤的膨胀型长周期光纤光栅及其制作方法，以简化光纤光栅的制备工艺、提高制备的光纤光栅的机械强度。本发明是这样实现的：

一种基于光子晶体光纤的膨胀型长周期光纤光栅的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：向光子晶体光纤的包层空气孔通入气压，并保持气压恒定；

步骤2：沿所述光子晶体光纤的轴向方向，每隔一个预设的光栅周期的长度，利用热源对所述光纤进行一次径向扫描，使扫描部位的包层空气孔在充气状态下受热膨胀，从而使该扫描部位的纤芯折射率受到调制，直到扫描完设定的光栅周期数，形成长周期光纤光栅；

步骤3：循环执行步骤2，同时，实时监测所形成的长周期光纤光栅的参数，并通过调节扫描部位的包层空气孔的膨胀程度的方式调节所述参数，直到所形成的长周期光纤光栅满足预设的参数要求，完成所述长周期光纤光栅的写制。

进一步地，所述步骤1包括如下步骤：

将所述光子晶体光纤的一端与空心玻璃管的一端熔接，使所述光子晶体光纤的包层空气孔与所述空心玻璃管的内部连通；

将所述空心玻璃管的另一端与第一单模光纤熔接，使通过所述第一单模光纤的激光可通过所述空心玻璃管耦合进所述光子晶体光纤；

将所述光子晶体光纤的另一端与第二单模光纤熔接，使通过所述光子晶体光纤的激光可耦合进所述第二单模光纤；

在所述空心玻璃管的管壁开一通孔，并通过所述通孔向包层空气孔通入气压，并保持气压恒定。

进一步地，所述包层空气孔为所述光子晶体光纤的部分包层空气孔或全部包层空气孔。

进一步地，调节扫描部位的包层空气孔的膨胀程度的方式包括如下任意一种：

调节所述热源的强度、调节所述气压的强度、调节所述循环的次数。

进一步地，所述光子晶体光纤为实芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤、空芯光纤以及悬芯光纤中的任意一种。

进一步地，所述扫描的方式为如下任意一种：

(1)、扫描所述光子晶体光纤的一侧；

(2)、对称地扫描所述光子晶体光纤的两侧；

(3)、扫描所述光子晶体光纤的一周。

进一步地，所述热源为如下任意一种：

CO₂激光脉冲、电弧放电、氢氧焰。

一种基于光子晶体光纤的膨胀型长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅的光栅区域具有因包层空气孔沿光纤轴向周期性膨胀所形成的周期性膨胀结构。