[发明专利]一种切趾光纤光栅刻写方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅的刻写技术领域，具体涉及一种切趾光纤光栅刻写系统及方法。

背景技术

光纤光栅在光纤激光器、光纤通信及光纤传感等领域有着广泛的应用。与传统光栅相比，光纤光栅具有线宽窄、插入损耗低、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、质量轻、体积小、易于实现波分复用和使用灵活等优点。利用光纤光栅代替传统光学二色镜而构成的全光纤激光器，具有稳定性高、结构紧凑等优点，使得光纤激光器走向实用化。光纤光栅的出现也极大促进了光纤通信和光纤传感的发展。

目前制备光纤布拉格光栅的主要方法有掩模板法、逐点写入法和干涉法。其中，相位掩模板法，通常使用紫外光照射相位掩模板形成衍射条纹，利用±1级衍射条纹侧面曝光光敏光纤制备光栅结构。该方法大大降低了对紫外光源相干性的要求，而且实验制备的光纤光栅的周期只取决于相位掩模板条纹的周期(光栅周期为相位掩模板条纹周期的一半)，因而降低了光纤光栅制备工艺的难度。基于紫外激光的相位掩模板法是目前最为普遍采用的制备方法，是制备光纤光栅的标准工艺，该方法使得光纤光栅走向实用化和产业化。

采用相位掩模板法制备的光纤布拉格光栅，在光纤布拉格光栅的两侧，存在折射率突变，产生自啁啾效应，表现为其透射谱、反射谱上出现较为严重的边带，极大地制约了光纤光栅器件的应用。通过光纤光栅切趾技术，使光栅中光感折射率调制的振幅沿着光栅长度有一个钟形函数的形状变化，这样能避免光栅的短波损耗和有效抑制布拉格光纤光栅反射谱的边带。常用的光纤光栅切趾方法有切趾相位掩模板法、扫描法、多次曝光法与振幅掩模板法。其中，振幅掩模板法通过采用振幅模板垂直光束方向对光束扫描，控制光纤光栅的曝光时间，使光栅中光感折射率调制呈不均匀变化，达到切趾效果。这种方法对控制精度要求不高，较为简便，性价比较高，是较为常用的一种光纤光栅切趾方法。

普通的相位掩模板刻写系统是由准分子激光器、反射镜组、光阑、扩束柱透镜组、聚焦柱透镜、相位掩模板与光纤夹持装置构成。这种刻写系统是用来制作光纤布拉格光栅，由于没有引入切趾装置，制备的光纤光栅在透射谱、反射谱上存在较为严重的边带；并且在光纤为大芯径光纤时，受限于控制精度，聚焦后的光束不能精确的置于光纤中心处，导致光纤纤芯光感折射率调制在径向呈现出不对称。这种调制不对称性，对提高大芯径光纤布拉格光栅的透射谱、反射谱深度是不利的，会影响大芯径光纤光栅的性能和应用。现有的相位掩模板刻写技术是无法消除这种调制不对称性的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种可制备不同类型切趾光纤光栅、能够消除由于光纤大芯径所导致的光感折射率调制的不对称性的切趾光纤光栅刻写系统，还提供一种采用该刻写系统刻写切趾光纤光栅的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种切趾光纤光栅刻写系统，包括光学平台、准分子激光器、反射镜组、光阑、扩束柱透镜组、聚焦柱透镜、相位掩模板和光纤夹持装置，所述反射镜组安装在光学平台上用于调节准分子激光器出射光束的位置和高度，所述光阑、扩束柱透镜组、聚焦柱透镜、相位掩模板和光纤夹持装置沿反射镜组反射的出射光束的射出方向依次布置在光学平台上，所述扩束柱透镜组和聚焦柱透镜之间设有切趾装置，所述切趾装置包括具有正模板和负模板的振幅掩模板以及安装于光学平台上的升降驱动组件，所述振幅掩模板安装于升降驱动组件的升降端；所述光纤夹持装置包括两个光纤夹具以及两个安装于光学平台上驱动两个光纤夹具绕与出射光束垂直的同一轴线旋转的旋转装置。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述旋转装置通过三维手动线位移平台安装于光学平台上。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述升降驱动组件包括竖直线性位移平台，所述竖直线性位移平台的升降端设有载物台，所述振幅掩模板装设于载物台上。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述竖直线性位移平台通过一L型支架安装于光学平台上。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述反射镜组包括两个针对248nm紫外激光高反的反射镜，两个反射镜安装在同一支柱上。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述旋转装置为电动旋转平台。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，各电动旋转平台具有供光纤穿过的贯通孔，所述贯通孔沿电动旋转平台的旋转轴线布置。

上述的切趾光纤光栅刻写系统，优选的，所述相位掩模板通过六维调节架安装于光学平台上。

一种采用上述刻写系统刻写切趾光纤光栅的方法，包括以下步骤：