[发明专利]一种长周期旋转光纤光栅及其制作方法

说明书

本发明提供一种长周期旋转光纤光栅及其制作方法，借助于光纤熔接机，通过控制其电极放电如电流与时间和内嵌的旋转马达、扫描马达使光纤沿轴向形成周期性螺旋结构，从而制作出旋转长周期光纤光栅。通过改变马达的旋转速度和沿光纤轴向运行速度，可灵活设计光栅结构，有效改变光纤调制强度，从而优化光栅性能。本发明的制作无需大型设备如二氧化碳等激光设备，制作出的光栅为毫米量级，可适用于各种非标准光纤写制光栅。这种长周期旋转光纤光栅制作简便、适用性强，在偏振选择和波长选择等方面有着潜在的应用。

技术领域

本发明属于传感与通信技术领域，具体涉及一种长周期旋转光纤光栅及其制作方法。

背景技术

长周期光纤光栅由于是透射型的光栅，没有后向反射，在传感系统测量过程中不需要光隔离器，因而测量精度较高。长周期光纤光栅在光通信、光传感、光测量等方面都有重要应用，尤其在航空航天和桥梁监测等结构健康监测领域得到了广泛应用。究其原因，长周期光纤光栅支持的是纤芯模式与同向的包层模式发生耦合，相比纤芯模式，包层模更容易受到外界参量的影响，从而其谐振波长和幅值对外界环境的变化较为敏感，具有更高的温度、应变、扭转、横向应力、气体（或液体）折射率、浓度和弯曲灵敏度。

由V. Kopp等人提出一种长周期旋转光纤光栅(helically twisted long periodfiber gratings, H-LPFG)，是指在熔融条件下高速扭转截面非圆对称光纤制作成的，沿纵向传播方向和角向都存在周期性的折射率调制，且这种光栅存在与扭转旋向相关的性质，是一种新型的光波导结构。自此，长周期旋转光纤光栅因其具有偏振选择和波长选择双重特性而备受关注,逐渐受到了研究人员的重视，尤其是长周期旋转光纤光栅在圆起偏、电流互感、光纤传感等方面已经取得了一定的成效。

理论上，普通长周期光纤光栅的制作技术可以复制到长周期旋转光纤光栅的制作技术中，如以紫外曝光、二氧化碳激光技术为代表的激光写制方法和以电弧放电、声光调制为代表的非激光诱导技术。当前国内外关于长周期旋转光纤光栅的制作方法已有报道，其代表性方法有以下两类。

一是对光纤预制棒进行处理后，直接拉制成旋转光纤。此方法与索雷博光电科技公司生产的旋转光纤的制作方法相类似，它通过在拉制过程中先旋转单模保偏光纤预制棒来制造，而不是在拉制成光纤之后使其扭转。该方法中光纤预制棒制作工艺极其复杂，而且预制棒一旦制作出来以后，光栅周期就已经确定，如要改变光栅周期大小，需重新制作预制棒，因而该方法缺乏灵活性。

另一种方法是直接扭曲已经加热的光纤来形成旋转光纤光栅。该方法常用二氧化碳激光直接照射的加热方式。之后，有报道在光纤外层套上蓝宝石管，仍采用二氧化碳激光加热方式。报道称利用这种方式可成功在细芯光纤上写制长周期旋转光纤光栅，并将该光栅应用至折射率传感方面。尽管也有报道二氧化碳激光加热方式在其他非标准单模光纤上写制长周期旋转光栅，并将其应用于不同参数传感方面，且得到较高的灵敏度。但所述的加热方式非常单一，即二氧化碳激光加热方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种长周期旋转光纤光栅及其制作方法，采用基于电弧放电的加热方式制作长周期旋转光纤光栅，该方法能在各种非标准光纤上写制长周期旋转光纤光栅，并能灵活调整光栅周期大小，操作简单，快速、方便。

为了解决上述现有技术的问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种长周期旋转光纤光栅的制作方法，其特征在于：借助于一个光纤熔接机，采用电弧放电作用方式，使光纤沿其轴心顺时针、逆时针的任一方向旋转360度，且同时沿光纤轴向正向、反向方向移动，如此形成一个周期，并通过与第一次旋转、移动同方向的多次重复操作，使光纤沿轴向形成周期性旋转结构来实现光纤模式的调制，从而制作出具有旋转结构的长周期光纤光栅。

包括以下步骤：

1）将剥去涂覆层的光纤用切割刀切断成端面平整的两段，分别夹持于所述的光纤熔接机的第一夹具、第二夹具上；