[发明专利]任意切趾光纤光栅刻写装置和刻写方法

权利要求书

1.一种任意切趾光纤光栅刻写装置，特征是其构成包括：

激光器（1），在激光器（1）输出端放置矩形光阑（2），在该矩形光阑后依次放置可编程空间光调制器（3）、柱面镜（5）和相位掩模板夹具，用螺母将相位掩模（6）板固定在所述的相位掩模板夹具的卡槽里并使之保持水平，在该相位掩模板（6）的后面安置2套光纤夹具，所述的相位掩模板夹具和2套光纤夹具分别固定在三个三维调整架上，通过三维调整架改变光纤（7）和相位掩模板（6）之间的水平距离，所述的可编程空间光调制器（3）的驱动电路接函数发生器（4）的输出端，所述的激光器（1）、矩形光阑（2）、可编程空间光调制器（3）、函数发生器（4）、柱面镜（5）、相位掩模板夹具和三维调整架均安装在同一防震平台上；

所述的函数发生器（4）可通过GPIB接口与计算机相连，并利用其自带的波形编辑软件生成想要的切趾和反切趾电压信号，以此电压信号来控制所述的空间光调制器（3）的驱动电路，实现空间光调制器（3）的可编程工作；

ASE光源（8）的输出尾纤接光环形器（9）的第一端口，待制作光栅的光纤（7）一端接光环形器（9）的第二端口，将待制作光栅的光纤（7）的另一端和环形器（9）的第三端口接入光谱仪（10），利用光谱仪（10）对刻写的光纤光栅的透射谱和反射谱分别进行监测。

2.根据权利要求1所述的任意切趾光纤光栅刻写装置，其特征是：所述的可编程空间光调制器（3）由函数发生器（4）产生的电压信号控制其驱动电路，它含有许多独立的像素，这些像素在空间排成一维或二维阵列，每个像素可以独立接受电信号的控制并改变自身的光强透过率，从而实现曝光光束的空间强度调制，并且可编程空间光调制器（3）要根据激光器（1）出射激光的波段选用合适的晶体或者聚合物材料。

3.根据权利要求1所述的任意切趾光纤光栅刻写装置，其特征是：所述的函数发生器（4）与计算机相连，在Windows环境下使用计算机自带的波形编辑软件生成切趾电脉冲信号和反切趾电脉冲信号，其在使用过程中所述的函数发生器（4）输出的电脉冲信号的重复频率高于所述激光器（1）出射脉冲的重复频率。

4.利用权利要求1所述的任意切趾光纤光栅刻写装置进行任意切趾光纤光栅刻写方法，特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1、光纤载氢：

将待刻写光栅的光纤（7）放在常温高压氢气环境中以提高光纤纤芯的光敏性；

步骤2、准直刻写光路：

准直刻写光路要通过以下步骤实现：

步骤2.1：调节矩形光阑（2）、可编程空间光调制器（3）和柱面镜（5）的相对位置，使三者的中心同在激光器（1）出射光束的方向上；

步骤2.2：通过三维调整架调整相位掩模板（6）的高度，以使激光脉冲垂直辐照在相位掩模板（6）的有效掩模区域内；

步骤2.3：通过三维调整架调整待刻写光栅的光纤（7）高度，使经过柱面镜（5）的光束恰好聚焦在光纤的纤芯上，并使光纤紧贴着相位掩模板（6）平行放置；

步骤2.4打开激光器（1），将激光器（1）的重复频率设定为1Hz，然后把光敏纸放在待刻写光栅的光纤（7）后面观察光纤的衍射成像，当待刻写光栅的光纤（7）的位置正好处在级衍射条纹的中间时，则激光束已经聚焦到了光纤的纤芯；

步骤3、根据需要，选定待刻写光栅的切趾函数的参数和反切趾的参数，进行的切趾和反切趾刻写：包括以下步骤：

步骤3.1：把光环形器（9）的第一端口接ASE光源（8），第二端口接待写光栅的光纤（7）一端，该待写光栅的光纤（7）另一端和光环形器（9）的第三端口与光谱仪（10）连接，实现光栅制作过程中光栅透射谱和反射谱的监测；

步骤3.2：将函数发生器（4）通过GPIB接口与计算机相连，通过计算机在线输入切趾函数的参数，使函数发生器（4）产生切趾分布的电脉冲信号，并以此信号驱动可编程空间光调制器（3）实现纤芯曝光量的空间强度调制；

步骤3.3：打开激光器（1），并在激光器控制面板上设置激光脉冲的能量、重复频率以及辐照时间，完成切趾光栅的刻写，并实时监测光栅的光谱变化，辐照时间结束后将相位掩模板（6）拿掉；

步骤3.4：通过计算机在线输入的反切趾函数参数，使函数发生器（4）产生反切趾分布的电脉冲信号，并以此信号驱动可编程空间光调制器（3）实现纤芯曝光量的空间强度调制；

步骤3.5：根据反切趾所需曝光剂量的要求，通过激光器（1）的控制面板对激光脉冲的输出能量、重复频率以及辐照时间等参数作相应调整，完成反切趾光栅的刻写，并实时监测光栅的光谱变化，辐照时间结束后完成切趾光纤光栅刻写。