[发明专利]超长光纤光栅刻写在线监测系统及方法

权利要求书

1.一种超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于，它包括第一显微镜(1.1)、第二显微镜(1.2)、拉力计(2)、第一水平仪(4.1)、第二水平仪(4.2)、OFDR检测器(8)，所述OFDR检测器(8)包括可调谐光源(8.1)、第一耦合器(8.2)、环形器(8.3)、第二耦合器(8.4)和光电探测器(8.5)，其中，所述第一显微镜(1.1)和第二显微镜(1.2)的镜头分别对准光纤光栅刻写装置中被刻写光栅(9)的曝光区域的两端，第一显微镜(1.1)和第二显微镜(1.2)用于观测光纤光栅刻写装置中被刻写光栅(9)曝光区域与掩膜板的之间是否平行，所述拉力计(2)用于对被刻写光栅(9)曝光区域的两端提供预设的拉力，并检测被刻写光栅(9)曝光区域两端的拉力值，第一水平仪(4.1)设置在光纤光栅刻写装置的第一光纤夹具(3.1)上，第二水平仪(4.2)设置在光纤光栅刻写装置的第二光纤夹具(3.2)上，第一水平仪(4.1)和第二水平仪(4.2)用于监测被刻写光栅(9)曝光区域的两端是否在同一水平面上，第一光纤夹具(3.1)和第二光纤夹具(3.2)用于对被刻写光栅(9)曝光区域的两端进行夹持；

所述可调谐光源(8.1)的光信号输出端连接第一耦合器(8.2)的信号输入端，第一耦合器(8.2)的第一信号输出端连接环形器(8.3)的第一光通信端，环形器(8.3)的第二通信端连接光纤光栅刻写装置中的被刻写光纤(5)的端部，环形器(8.3)的第三通信端连接第二耦合器(8.4)的第一输入端，第一耦合器(8.2)的第二输出端连接第二耦合器(8.4)的第二输入端，第二耦合器(8.4)的输出端连接光电探测器(8.5)的光信号输入端；

所述可调谐光源(8.1)的光信号输出端用于输出线性扫频且光强恒定的连续光。

2.根据权利要求1所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：当需要被刻写光栅(9)的中心波长为1550nm时，所述可调谐光源(8.1)输出线性扫频且光强恒定的连续光的波长扫描范围为1540～1560nm。

3.根据权利要求1所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：所述第一水平仪(4.1)设置在光纤光栅刻写装置的第一光纤夹具(3.1)的顶端平面，第二水平仪(4.2)设置在光纤光栅刻写装置的第二光纤夹具(3.2)的顶端平面。

4.根据权利要求1所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：所述第一光纤夹具(3.1)设置在光纤光栅刻写装置的第一五维调节架(6.1)上，第二光纤夹具(3.2)设置在光纤光栅刻写装置的第二五维调节架(6.2)上，第一五维调节架(6.1)和第二五维调节架(6.2)用于调整被刻写光栅(9)曝光区域的两端，使被刻写光栅(9)曝光区域的两端处于同一水平面上，同时保持被刻写的光栅(9)曝光区域与掩膜板水平。

5.根据权利要求4所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：所述第一五维调节架(6.1)和第二五维调节架(6.2)安装在纳米级电动位移平台(7)上，纳米级电动位移平台(7)用于在光纤光栅刻写过程中对光栅(9)进行光栅周期整数倍的平移。

6.根据权利要求5所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：被刻写的光栅(9)的刻写周期为掩膜板周期的一半。

7.根据权利要求1所述的超长光纤光栅刻写在线监测系统，其特征在于：所述OFDR检测器(8)还包括数据采集卡(8.6)，所述光电探测器(8.5)的电信号输出端连接数据采集卡(8.6)的信号输入端。

8.一种利用权利要求1所述系统的超长光纤光栅刻写在线监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：第一光纤夹具(3.1)和第二光纤夹具(3.2)将被刻写光栅(9)曝光区域的两端进行夹持；

步骤2：打开第一水平仪(4.1)和第二水平仪(4.2)调整第一五维调节架(6.1)和第二五维调节架(6.2)使被刻写光栅(9)曝光区域的两端在同一水平面上；

步骤3：使用第一显微镜(1.1)和第二显微镜(1.2)一边观测光纤光栅刻写装置中被刻写光栅(9)曝光区域一边调节第一五维调节架(6.1)和第二五维调节架(6.2)，使光纤与掩膜板初始平行；

步骤4：给拉力计(2)设定一个恒定的拉力值对被刻写光栅(9)曝光区域的两端拉伸，并利用光纤光栅刻写装置进行光栅(9)刻写；

可调谐光源(8.1)输出线性扫频且光强恒定的连续光信号，线性扫频且光强恒定的连续光信号经过第一耦合器(8.2)分成两路，一路线性扫频且光强恒定的连续光信号通过环形器(8.3)进入光纤(5)的被刻写光栅(9)曝光区域，并由被刻写光栅(9)进行反射，得到含有光栅特征信息的连续光反射信号，含有光栅特征信息的连续光反射信号通过环形器(8.3)进入第二耦合器(8.4)的第一输入端，

同时，另一路线性扫频且光强恒定的连续光信号作为参考信号进入第二耦合器(8.4)的第二输入端；

含有光栅特征信息的连续光反射信号和参考信号这两个干涉臂光信号在第二耦合器(8.4)上发生拍频干涉，产生拍频信号，由于线性扫频且光强恒定的连续光信号经过被刻写光栅(9)再返回至环形器(8.3)时相对参考信号会产生时延，该时延用于表征被刻写光栅(9)各个区域的位置信息；

步骤5：通过光电探测器(8.5)将拍频信号转换为电信号，分别通过电信号的频率和幅度实现光栅(9)各个区域的位置信息和波长信息的同时解调，从而定位被刻写光栅(9)各个区域的位置，同时监测被刻写光栅(9)的中心波长，实现对光栅(9)刻写效果的监测；

步骤6：启动纳米级电动位移平台(7)将光纤(5)进行步进式平移，每次平移光栅周期的整数倍，在每次平移光栅周期的整数倍后利用步骤4和5进行光栅(9)刻写以及刻写效果的监测，直到光栅(9)刻写完成，如果刻写效果的监测显示被刻写光栅中心波长或者反射率产生偏差时，则利用步骤2和步骤3进行被刻写光栅(9)曝光区域与掩膜板之间的水平校准。