[发明专利]制作应力折变型长周期光纤光栅的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用CO₂ 激光器在施加了外部轴向拉力的单模光纤中制作应力折变型长周期光纤光栅的装置和方法，属于光通信领域。

背景技术

长周期光纤光栅（LPFG）具有很好的传输谱特性，它将光纤纤芯中传输的导模能量耦合到包层中形成包层模，是一种理想的带阻传输型滤波器，具有制作工艺简单、插入损耗小、无后向反射和体积小等优点。由于长周期光纤光栅在光纤通信系统的重要价值和在其他领域的广泛应用前景，对长周期光纤光栅的开发和应用研究进展十分迅速，已经成为一大技术热点。

长周期光纤光栅在光纤通信领域的应用中，最令人瞩目的当数它在掺铒光纤放大器（EDFA）中作为增益平坦器的应用。长周期光纤光栅是一种传输型带阻滤波器，选择合适的长周期光纤光栅可以用来抑制EDFA在1530 nm附近的放大自发辐射（ASE）实现增益平坦。利用两个相同的长周期光纤光栅紧密平行贴合可以实现波长选择耦合器，用两个这样的波长选择耦合器可以实现光分插复用器。基于长周期光纤光栅的全光光开关也是其重要应用之一，这在全光网络中具有非常大的作用。通过选择不同的光栅周期和不同的纤芯与包层折射率差，可以利用长周期光纤光栅实现模式转换。

长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器。长周期光纤光栅的周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模，这导致长周期光纤光栅的谐振波长的各个参量对外界环境的变化非常敏感，因此它具有比光纤布拉格光栅更好的温度、应变、弯曲、扭曲、横向负载、浓度和折射率灵敏度。因此，长周期光纤光栅在光纤传感领域具有很多优点和广泛的应用。

光纤在拉制过程中，总存在一个牵引力。由于光纤是在拉丝过程中经过快速冷却而形成的，牵引力不会立即消失而固定下来，从而形成残余应力。聚焦的CO₂激光轴向周期性地加热光纤产生的局部高温使得被加热处纤芯和包层中残余应力释放，周期性的残余应力释放使光纤折射率沿轴向周期性变化而形成LPFG。因此光纤弹性残余应力释放被看作是CO₂激光在普通单模光纤中写入LPFG的主要机制。

最近的研究表明，在光纤拉制过程中，除了产生弹性残余应力外，还会在包层中产生冻结粘弹力，产生的冻结粘弹力同样也会改变光纤的折射率。基于这些最近的研究，如果在施加了外部轴向拉力的单模光纤中写入长周期光纤光栅，我们可以得到一些新特性，这将进一步丰富CO₂激光器写入长周期光纤光栅的机理研究。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种制作应力折变型长周期光纤光栅的装置和方法。本发明的一个重要内容是制作应力折变型长周期光纤光栅，在CO₂激光扫描过程中对单模光纤施加外部轴向拉力，施加范围为0到光纤所能承受的最大轴向拉力。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明采用的实验装置包括一台宽带光源、一台全功率为10 W的CO₂激光器、一个二轴控制平台、一套对单模光纤施加外部轴向拉力的装置以及一台光谱分析仪。其中，这套对光纤施加轴向拉力的装置包括一个直径为40~60 mm的已经切割平整的圆柱形玻璃棒、一个弹簧秤以及一个移动控制平台。首先把弹簧秤的一端嵌入已经被打好合适直径和深度钻口的圆柱形玻璃棒底部，把两者牢牢固定住，然后把它们放置在光纤轴向移动控制平台上面，同样牢牢固定组合成一个整体。弹簧秤详细示意图如附图2所示，它的读数盘范围为0到500, 单位为 g，这表示当弹簧秤指针对准某个读数时就相当于光纤轴向被施加了一个同样读数的拉力。这个弹簧秤最大能承受的轴向拉力为500 g力，这刚好和大多数单模光纤所能承受的最大轴向拉力一致。光谱分析仪监测每次激光扫描过程后应力折变型长周期光纤光栅的透射谱变化，分析在施加了不同轴向拉力光纤中写入不同周期的长周期光纤光栅的实验情况。

本发明的工作原理：