[发明专利]二维光纤光栅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种二维光纤光栅结构。本发明还涉及一种二维光纤光栅的制作方法。

背景技术

光纤光栅(Fiber Grating)是基于光纤的光敏特性制成的一类重要的光纤型器件，它在光滤波、光耦合、光放大和信号检测等功能的实现中发挥着重要作用。典型的光纤光栅是单纤单芯结构，目前单芯光纤光栅无论是理论分析还是制作工艺都已相当成熟，但在分布式传感中各光纤光栅的一致性很难保证且集成度有待进一步提高，也较难实现多物理量的同时测量。而多芯光纤，则是在同一外包层内含有多根纤芯，每根纤芯周围都是包层材料(如中国专利CN 100456066C和CN 101533124A)。因此，每个纤芯都是一条光波导，即一根多芯光纤中集成了多根单芯光纤。采用多芯结构光纤制作光栅，将多光纤光栅集成到一根光纤中，可构造多波长组合光纤滤波器；多波长组合光纤激光器；此外，沿同一多芯光纤写入不同波长的光纤光栅组，构成分布式光纤光栅弯曲传感器，可用于人体运动的跟踪测试和运动姿态捕捉记录。采用多芯光纤光栅传感器可同时获得弯曲的大小和方向信息，多芯光纤光栅可以对应变和弯曲等多种参量进行同时测量且有好的灵敏度。

目前多芯光纤光栅已有研究，如W.N.MacPherson，Meas.Sci.Technol.15，1642，2004和美国专利N0.20070201793A1，但光纤的多个纤芯是处于非同一平面的，且纤芯间距也较大，纤芯间没有相互耦合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高光学器件在光纤中的集成，提高集成器件性能的二维光纤光栅。本发明的目的还在于提供一种实施简便，制作过程易于控制，可以大大提高光栅写入质量，适合大规模化生产的二维光纤光栅的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的二维光纤光栅的结构为：包括由一组纤芯和光纤包层构成的光纤，多个纤芯在一个平面内紧密排成线性阵列多芯光纤，光纤本身在垂直于光纤轴向构成一维光栅；各纤芯在纵向相同位置处写入光纤光栅阵列，多个光栅间有关联，在两个方向均具有光栅效应，构成二维光纤光栅。

所述的线性阵列多芯光纤为光敏光纤，各纤芯具有相同的光敏性或者是具有不同的光敏性。

所述的线性阵列多芯光纤各纤芯具有相同的折射率或者是具有不同的折射率。

所述的线性阵列多芯光纤各纤芯的光栅结构是Bragg光纤光栅、倾斜闪耀光纤光栅或者是长周期光纤光栅。

本发明的Bragg二维光纤光栅、倾斜闪耀二维光纤光栅的制备方法为：

1、将多芯光纤剥除一定长度的涂敷层，进行清洁处理；

2、将多芯光纤固定在光纤夹具上，光纤夹具固定在可作任意角度旋转的精密调节装置上；

3、调节相位掩模板紧贴光纤，使相位掩模板与光纤相互平行；

4、调整精密调节装置使多芯光纤纤芯平面平行于相位掩模板，光纤轴线与相位掩模板刻线方向垂直或成一定的角度，调好后将之固定；

5、紫外光照射，形成光栅结构。

本发明的长周期二维光纤光栅的制备方法为：

1、将多芯光纤剥除一定长度的涂敷层，进行清洁处理；

2、将多芯光纤固定在光纤夹具上，光纤夹具固定在可作任意角度旋转的精密调节装置上；

3、调整精密调节装置使多芯光纤纤芯平面正对着CO₂激光光源；

4、逐点周期性曝光写入，使纤芯折射率被周期性地调制形成光栅结构。

本发明的优势在于：1.二维光纤光栅各光栅离的较近，可用于同向和反向多波长选择器，或波长分离器；2.多个光纤光栅集成于一根光纤中，可提高光学器件在光纤中的集成，提高集成器件的性能；3.二维光纤光栅可用于光纤传感器，感知更多的信息。

附图说明

图1是本发明的Bragg二维光纤光栅结构示意图。

图2是本发明倾斜闪耀二维光纤光栅结构示意图。

图3是本发明线性阵列多芯光纤结构意图。

图4(a)、图4(b)为本发明线性阵列多芯光纤套管堆积法制作示意图，图4(c)为实际拉制出来的线性阵列多芯光纤照片；

图5是本发明制备二维Bragg光纤光栅示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明的图1-5中各零件号的含义为：1-Bragg光纤光栅；2-纤芯；3-光纤包层；4-倾斜闪耀光纤光栅；5-光纤芯预制棒；6-包层预制棒；7-玻璃管棒；8-研磨后包层预制棒；9-紫外光束；10-准直扩束系统；11-经准直扩束后紫外光；12-相位掩模板；13-待写入光栅的阵列多芯光纤。