[发明专利]一种螺旋光纤光栅制造装置及其制造方法

说明书

一种螺旋光纤光栅制造装置及其制造方法，涉及螺旋光纤光栅。装置设有直流电机、储料管、金属杆、加热器、温度控制器、微通道、电源、导电基底、平移台控制器和X‑Y轴精密平移台。将静电纺丝原料加入储料管中，调节温度控制器加热，以去除原料中的水分，再调节温度到原料熔点；将金属杆插入熔体聚合物中并伸出微通道下出料口，调节直流电机转速直至针尖被熔体聚合物包裹，保证熔融液体稳定流出；打开电源开关，调节导电基底的电压到预设的负压，静电纺丝过程开始，在导电基底上收集得静电纺丝纤维，在沉积过程中温度降低固化，形成螺旋结构；通过平移台控制器使X‑Y轴精密平移台带动导电基底运动，得到具有可控直径和螺距的螺旋光纤光栅。

技术领域

本发明涉及螺旋光纤光栅，尤其是涉及一种螺旋光纤光栅制造装置及其制造方法。

背景技术

螺旋光纤光栅最早由Kopp等人于2003年提出，它由截面非圆对称的石英光纤在熔融状态下高速扭转制作而成，其沿角向和纵向传播方向都存在周期性折射率调制，是一种新型的光波导结构。其不仅具有传统光纤光栅的波长选择特性，还具有传统光纤光栅所不具备的偏振敏感特性，基于它的圆偏振起偏器在相干光通信、电流传感、光纤陀螺中都有重要应用(Z.Lin,A.Wang,L.Xu,and et al.,Generation of optical vortices using ahelical fiber Bragg grating,Journal of Lightwave Technology,32(11):2152-2156(2014))。螺旋光纤光栅在激光器、滤波、传感等领域具有潜在的应用前景，目前已经有商用化石英基螺旋光纤光栅器件诞生。

制造螺旋光纤光栅的关键在于光纤的旋转，目前的主要制造方法有以下几种，一是在光纤上缠绕铜线，通过铜线施加应力造成光纤扭曲的方法生成螺旋折射率分布；二是高速旋转熔融状态的光纤预制棒或商用石英光纤来实现光纤的扭转；三是通过单面曝光技术对纤芯折射率进行螺旋形调制。以上三种螺旋光纤光栅的制造方法设备复杂、成本较高，制造过程繁杂、效率低下，并且前两种方法只适用于长周期螺旋光纤光栅的制作，应用范围受到限制(S.Xiang,H.Xiongwei,Y.Luyun,and et al.,Helical long-period gratingmanufactured with a CO₂ laser on multicore fiber,Optics Express,25(9):10405-10412(2017))。

轴在非牛顿流体中转动时，流体会受到剪切力的作用，被剪切的流动单元会有弹性恢复力，产生包轴爬杆效应(K.Weissenberg,A Continuum Theory of RheologicalPhenomena.Nature.159(1947)310-311)，进而可以实现液体的输运。旋转的金属杆带动针尖熔体聚合物旋转，在针尖处形成旋转液滴，旋转液滴在高压电场的作用下被拉制成纤维，由于在拉伸过程中纤维的快速固化，使得其保持之前的螺旋状况，进而形成螺旋纤维。

发明内容

本发明的目的在于针对螺旋光纤光栅的制造设备复杂、成本较高，制造过程繁杂、效率低下等问题，提供简单、低成本，能高效地制作出光纤直径和螺旋周期大范围可调的一种螺旋光纤光栅制造装置及其制造方法。

所述螺旋光纤光栅制造装置设有直流电机、储料管、金属杆、加热器、温度控制器、微通道、电源、导电基底、平移台控制器和X-Y轴精密平移台；所述储料管上端的金属盖帽中心打孔，金属杆与金属盖帽中心打孔对中，储料管另一端与微通道通过标准接口连接，所述金属杆的平头端通过联轴器与直流电机联接，金属杆的针尖端略微伸出微通道下出料口，所述微通道与电源接地端连接，所述加热器与储料管紧密接触，温度控制器调节储料管中聚合物材料温度，所述导电基底与电源负压端连接，导电基底绝缘放置于由平移台控制器控制的X-Y轴精密平移台上。