[发明专利]一种单纤集成式布拉格光纤光栅阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单纤集成式布拉格光纤光栅阵列的制备方法，属于光纤光栅制造技术领域。

背景技术

光纤光栅是一种光纤纤芯或包层沿轴向具有折射率周期性调制特征的无源器件，其能够在调制区域控制光的传输，从一定程度上可以视为一种具有特殊折射率调制结构的光纤。它的问世拓宽了光纤技术的应用领域，使复杂的全光纤通信与传感得以实现，因而受到了光电子学领域研究人员的极大关注。

加拿大的K. O. Hill等研究学者于1978年成功制作出第一根光纤光栅，人们称之为“Hill光栅”，开创了光纤光栅研究的先河。其写制原理是利用波长488nm的氩离子激光束在光纤内产生驻波干涉，导致掺锗纤芯的有效折射率沿轴向产生周期性改变，此种写制方法也被称为内部写制法。因为其谐振波长满足布拉格衍射方程，所以把此种光栅称为布拉格光纤光栅。上述方法写制的光栅的反射率可达90%以上。

K. O. Hill等人于1993年又提出了一种相位掩模板法写制布拉格光纤光栅。基本方法是利用紫外激光垂直照射相位掩模板形成的衍射条纹对光敏光纤进行曝光产生折射率调制，进而形成光纤光栅。该方法制作的光纤光栅的周期仅取决于相位掩模板的周期，而与激光光源的波长无关。此方法降低了对光源相干性的要求，使得布拉格光纤光栅能够被大批量生产。

由于传统多芯光纤各个纤芯的折射率相同，所以很难写制出具有不同谐振波长的二维光栅阵列，进而较难实现矢量及多参数传感功能。此外，传统多芯光纤中多个纤芯在光纤截面上对称排布，即使写制出具有不同反射波长的二维光栅阵列，也无法实现能辨识多个场方向的矢量传感功能。

发明内容

本发明的目的是针对目前单纤集成式布拉格光纤光栅阵列难以制备的问题，提供一种单纤集成式布拉格光纤光栅阵列的制备方法，

单纤集成式布拉格光纤光栅阵列的实现主要依赖于非对称异构型多芯光敏光纤，因此，本发明的技术方案的重点在于多芯光敏光纤的制备，利用同一相位掩模板写制布拉格光栅时，由于非对称异构型多芯光敏光纤中多个纤芯受到的折射率调制不同，进而会形成谐振波长不同的布拉格光栅。

本发明为实现上述目的由以下技术方案完成：一种单纤集成式布拉格光纤光栅阵列的制备方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，首先制备纤芯折射率各不相同的若干预制棒，预制棒数量根据最终光纤的纤芯数量决定；

第二步，选定一根预制棒，在预制棒包层上设定的位置进行打内孔，内孔的数量同样根据纤芯数量决定，为降低内孔石英表面的微缺陷，须对内孔进行精细磨抛处理；

第三步，对其它预制棒进行磨抛处理，得到芯棒；

第四歩，在每个内孔中分别镶嵌一个芯棒构成预制件，芯棒与内孔之间会存在一定间隙，间隙量一般在0.05mm至0.25mm之间；

第五歩，采用抽真空装置和环形加热装置对预制件进行抽真空封装构成实心预制件；

第六歩，对实心预制件进行拉丝得到多芯光敏光纤；

第七歩，利用紫外激光和相位掩模板对多芯光敏光纤进行曝光；

第八歩，曝光完成后即可得到单纤集成式布拉格光纤光栅阵列，单纤集成式布拉格光纤光栅阵列中包含至少二个谐振波长不同的布拉格光纤光栅，且多个布拉格光纤光栅之间以并列方式排列；

步骤一中纤芯折射率不同的目的是为了保证光纤曝光后形成的布拉格光栅的谐振波长不同，进而保证光栅阵列的多参数传感特性；

步骤二中预制棒的内孔加工需采用超声打孔装置，以降低内孔表面的微裂纹缺陷；

步骤五中抽真空组装过程须采取环形加热方式，以防止组装后预制棒结构变形。

第七歩中，利用紫外激光和相位掩模板对多芯光敏光纤进行曝光，曝光时须将多芯光敏光纤旋转至合适角度，以避免曝光时数个纤芯之间互相遮挡。

本发明的优点是：现有技术制作出的布拉格光纤光栅阵列中不同光栅的谐振波长相同，较难实现多参数及矢量传感功能。然而，本发明可基于纤芯折射率各不相同的多芯光敏光纤，仅通过常规布拉格光纤光栅制备技术即可制备出布拉格光纤光栅阵列。由于多个纤芯的折射率不同，所以进行紫外激光曝光后会形成谐振波长不同的布拉格光栅，进而形成光纤光栅阵列。本发明可有效解决目前光纤传感领域中存在的布拉格光纤光栅阵列无法集成在单根光纤中的问题，可使单个光纤传感单元具备多参数及矢量传感功能，这对促进光纤传感技术的发展具有极其重要的意义。

附图说明

图1为本发明多芯光敏光纤的制备流程图；