[发明专利]产生宽光谱低噪音低反射率光纤光栅的方法及其生产方法

说明书

本发明公开了产生宽光谱低噪音低反射率光纤光栅的方法及其生产方法。其不再使用狭缝长度来决定光纤光栅的长度，而是使用实际相位掩模板的有效长度来决定光纤光栅长度，因为如果光纤和相位掩模板之间的间隙是恒定则光纤光栅长度将与紫外曝光过的相位掩模长度成正比。因此，如果使用长度精准的短的相位掩模，则可以产生长度精准的短光纤光栅。本发明所述生产技术具有如下优点：能够刻写具有精确长度的超短光纤光栅；能够刻写反射率非常低光纤光栅及光栅串；能够形成较大半高宽的反射光谱；能够刻写反射光谱线光滑无噪音的光纤光栅，能够精确调整每个光纤光栅的反射率。

技术领域

本发明涉及多点式光纤传感技术领域，特别是一种同波长，宽光谱、低噪音、低反射率光纤光栅串的设计和生产技术。

背景技术

近十年来，基于光纤光栅阵列的分布式传感系统已被广泛应用于各种领域，例如铁路，机场，边界入侵报警，隧道火灾报警，管道泄漏报警等，以及井内被动或主动式地震波信号测量的检波系统。系统性能在很大程度上取决于光纤光栅阵列的性能，特别是对地震波信号测量，如反射率，带宽，SMSR。但对于所有应用来说，系统的信噪比仍然太低，部分是由于光纤光栅(FBG)的低性能造成的。对这种光纤光栅的具体要求是：

一、低射率,一般在0.01％～1％之间。因为光会在光栅之间来回多次反射，第一次的反射作为信号，二次及更高次的反射是会作为噪音叠加到第一次反射的信号上。二次及更高次的反射的强度与光栅的反射率有关，反射率越低，二次及更高次的反射的强度与第一次的反射光强度比就越小。所以低射率可提高信噪比。

二、两个相邻光纤光栅之间的反射率差异比小于1％。

三、大的反射谱线半高带宽：FWHM大于4nm。

四、反射光谱曲线光滑无噪音(即局部细小的无规则的突变)。

目前制造这种光纤光栅的工业制造技术主要是使用啁啾相位掩模板，用啁啾相位掩模板在载氢的光纤上用紫外光刻写4～10mm长的“平顶”型光纤光栅。

这些技术有三个主要问题：

一、啁啾相位掩模本身不是无缺陷的，它具有“自己的啁啾噪声”，因此用啁啾相位掩模板刻写的光纤光栅具有3～20％的噪声。

二、在光纤光栅刻写作过程中，由于紫外光栅光束的不均匀，及曝光的不完美的边迹轮廓，这也将在光纤光栅反射光谱上产生额外的波纹，即噪声。

三、对于光纤上的每个光纤光栅的性能测量，目前的技术只能测量第一个光纤光栅，而剩下的光纤光栅则不测量，它们是被“盲目”刻写出来的，它们的性能依赖于制造工艺的重复性。但实际上重复性并不理想，相邻两个反射差光纤光栅的反射率可达1dB(20％)。

为了生产这种特殊类型的光纤光栅，需要在光纤上刻写均匀的超短周期光纤光栅作为单独的光纤光栅，但实际利用一般的相位掩模生产超短的光纤光栅非常困难，例如100um以下的光纤光栅。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的光纤光栅串中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种产生宽光谱低噪音低反射率光纤光栅串的方法，其可以产生长度精准的超短光纤光栅。