[发明专利]一种基于磁流体和带孔阵列单模光纤的光纤光栅

说明书

本发明提供的是一种基于磁流体和带孔阵列单模光纤的光纤光栅。该光纤光栅由匀强磁场源1、带孔阵列的单模光纤2、磁流体3、紫外密封胶4构成。通过调节匀强磁场源磁场强度的大小，可以使磁流体灌注轴向孔的单模光纤的纤芯折射率具有可调谐的周期性，因此可获得一种中心波长可调谐的光纤光栅。本发明可用于光纤传感、光纤通信等领域，具有体积小、成本低、结构紧凑等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种基于磁流体和带孔阵列单模光纤的光纤光栅，属于磁流体基光纤器件及光纤光栅技术领域。

背景技术

光纤光栅是利用特殊方法在光纤纤芯形成具有周期性折射率的光纤光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的反射滤波器，是一种反射性的光纤无源器件。入射光进入光纤纤芯传播，当满足布拉格条件时入射光产生反射，并沿传输光纤原路返回，而其他波长的光波可以无损耗通过，透射过去的光波可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应中心波长的窄带光将逐一反射，全部按照原路反射回来。

光纤光栅体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、成本低、可与其他光纤器件融成一体，且具有良好的实用性。其中，光纤光栅可用于光纤传感、光纤通信和光信息处理等。光栅可以和光纤系统完美兼容，在光纤磁场传感领域有重要的研究价值。

光纤光栅的种类繁多，主要分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。

均匀光纤光栅中常见的均匀布拉格光纤光栅的折射率变化周期一般为0.1μm量级，反射带宽窄，在传感器领域和光通信领域应用广泛。光纤布拉格光栅是光纤纤芯中的一种周期性或者非周期性扰动有效折射率的反射结构，是光纤传感器、光通信系统、光信息处理系统以及精密检测装置等多个系统的核心器件。其通过在光轴上建立周期性的折射率分布来改变或控制光在该区域的传播行为和方式。布拉格光纤光栅的制作方法有传统的驻波法写入技术、逐点刻写技术、相位掩模技术、全息写入技术等等。均匀长周期光纤光栅折射率变化周期一般为100μm量级，它能将一定波长范围内入射光前向传播芯内导模耦合到包层模并损耗。长周期光纤光栅的常用制作方法有金属掩膜法，逐点写入法。

2016年，陈达如等人提出了一种基于无芯光纤的光纤布拉格光栅制作方法，通过计算机系统控制飞秒激光器和聚焦系统，在无芯光纤上刻写，以无芯光纤作为纤芯，周边空气充当包层构成波导，形成一段带有布拉格光栅的无芯光纤，克服激光器对光纤纤芯难打的特点。这种方法需确定布拉格光栅的反射中心波长，确定光栅周期。

2017年，徐峰等人提出了一种低成本的长周期光纤光栅制作方法，主要提出通过刻蚀溶液气相刻蚀光纤，在光纤表面形成周期性分布的刻蚀深槽，周期性分布的刻蚀深槽形成周期性应力变化且光纤弹光效应引起光纤纤芯折射率的周期调制，从而形成了长周期光栅。这种方法相比上述方法得到了改进，光栅周期大小可改变。

2020年，邓仕杰等人提出了一种基于磁流体的可编程光纤光栅的大范围可调谐滤波器。利用基于磁流体可编程光纤在外界磁场影响下内部折射率改变的特点，对光纤光栅的光栅周期进行控制使得有不同波长的光通过，扩大滤波范围，实现光栅周期可控。通过控制微型电磁铁的通电状态，光纤光栅产生不同的光栅周期，得到中心波长，得到不同波长的滤波。此发明是通过电极阵列控制光纤光栅周期。

本发明提出一种基于磁流体填充孔阵列单模光纤中心波长可调的光纤光栅，其中，单模光纤阵列孔是通过飞秒激光器在单模光纤上打孔，所述孔列阵的单模光纤带孔阵列的单模光纤的小孔填充磁流体并且充有磁流体的小孔区域以密封胶进行密封。通过调节匀强磁场源的磁场强度大小，磁流体的磁性纳米颗粒重新排列，光纤与磁流体构成的波导有效折射率发生变化，使得光栅的中心波长发生改变，从而形成中心波长可调的光纤光栅。此结构具有灵活性强、中心波长可调、结构简单等特点，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作调节容易的一种基于磁流体和带孔阵列单模光纤的光纤光栅。

本发明的目的是这样实现的：