[发明专利]一种基于预刻写的FBG波长精确刻写方法

说明书

本发明提供了一种基于预刻写的FBG波长精确刻写方法，该方法采用的具体结构装置包括：准分子脉冲紫外光源、光束整形光路、光栅相位掩膜板、光纤定位系统和光纤刻写在线监测系统，所述的光纤定位系统包括光纤夹具，三维调整架和预紧力施加装置。本发明中使用预刻写的方法，实现对指定波长所需的预紧力大小的精确施加，减小了刻写FBG的Bragg反射波长的不确定度。

技术领域

本发明涉及刻写光纤光栅的技术领域，特别涉及一种光纤预刻写方法，依次实现光纤光栅波长的准确刻写。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Braag Grating，以下简称FBG)，是光纤发明以来近半个世纪中，发展出的最为重要的光子器件之一，其具有灵敏度高、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点，在光纤激光器、光纤通信和光纤传感等领域中得到了广泛应用。

目前常见的FBG制作方法有如下几种：双光束全息干涉横向写入法、点光源写入法和相位掩模板法。

相位掩模板法:通过制作出不同的相位掩模板，然后将光纤至于相位掩模板后，采用紫外激光对光纤曝光，从而得出不同带宽的FBG。该方法优点是：工艺简单，重复性好，成品率高，便于大规模生产；光栅周期与曝光用的光源波长无关。缺点是，此方法的制作成本昂贵，每制作一种带宽的FBG需配置一块对应的相位掩模板。为了降低相位掩模板法的生产成本，通常会使用预紧力技术来实现使用一块相位掩膜版刻写出不同Bragg反射中心波长的FBG。这是目前常用的FBG量产方法。

在现有的使用相位掩模板的FBG刻写方法中，施加的预紧力一般为经验数值，通过实验找出光纤施加预紧力与刻写波长之间的关系。在通过插值方法计算指定波长所需的预紧力大小。插值计算出来的预紧力与实际情况会有偏差，因此，现有方法刻写FBG的Bragg反射中心波长不确定度较大，一般为±0.5nm。

发明内容

本发明中提供一种预刻写的方法，实现对指定波长所需的预紧力大小的精确施加，减小刻写出FBG的Bragg反射中心波长不确定度。

本发明采用的技术方案是：一种基于预刻写的FBG波长精确刻写方法，该方法采用的结构装置由准分子脉冲紫外光源、光束整形光路、光栅相位掩膜板、光纤定位系统和光纤刻写在线监测系统组成，所述的光纤定位系统包括光纤夹具，三维调整架和预紧力施加装置，该刻写方法包括以下步骤：

1)光纤待刻写部分进行窗口剥除，并将光纤两端接入光纤刻写在线监测系统；所述的窗口剥除是将光纤表面的紫外线硬化树脂软化去除涂覆层。

2)将光纤安装至光纤定位系统上，并施加预紧力，所述的预紧力通过手动施加，确保光纤绷直即可；

3)进行预刻写，光纤刻写在线监测系统监测FBG反射波，记录反射中心波长λ_P1；预刻写的刻写过程是通过控制准分子脉冲紫外光源以最小输出功率输出1个脉冲实现对光纤的预刻写；

4)将光纤从光纤定位系统中取出，光纤刻写在线监测系统监测FBG反射波，记反射中心波长λ_P2；光纤从定位系统取出，需要保持松弛状态；

5)根据所需刻写FBG的Bragg反射中心波长λ_B并计算预紧力改变后的反射中心波长λ_P3；反射中心波长λ_P3用式(1)表示；

6)将光纤安装至光纤定位系统上，通过预紧力施加装置施加预紧力改变刻写反射峰的反射中心波长至λ_P3为止；

7)进行正常刻写，光纤刻写在线监测系统监测FBG的反射谱/透射谱，直至其满足FBG的Bragg反射中心波长λ_B；正常刻写的刻写过程是通过控制准分子脉冲紫外光源以正常输出功率输出若干个脉冲实现对光纤的正常刻写；当满足FBG刻写要求，停止准分子脉冲紫外光源输出。