[发明专利]在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的方法及装置

说明书

本发明设计了一种在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的方法及装置，当光纤从拉丝塔上石墨炉中拉制出后冷却，位于拉丝塔主动牵引轮后的光电编码器随着主动牵引轮转动开始每隔单位距离发射脉冲。位于激光器处的脉冲计数器接收脉冲并开始计数。当计数值达到设定值时，触发激光器发射激光脉冲。激光脉冲通过相位/振幅掩模板，在光纤纤芯上局部区域的折射率形成周期性变化结构。同时位于涂覆装置上脉冲计数器根据脉冲计数设定值启动涂覆装置。涂覆装置通过启动时间长短来调节涂覆涂层的长短及厚度，涂层材料可以为各种功能材料。

技术领域

本发明属于光纤光栅制备技术领域，尤其涉及一种在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的方法及装置。

背景技术

随着时代的发展，对光纤传感器的要求不断提高。目前光纤传感器正朝着高性能、大容量、多参量和阵列化的方向发展。发展新一代光纤传感器网络已成为新一轮信息化浪潮的重大课题。

长周期光纤光栅是新一代光无源器件，具有稳定性好、体积小、使用灵活，在光传感及光通信领域的应用也愈加广泛。通过对光纤纵轴上进行周期性折射率调制，将基模耦合到包层模中，其在光谱上表现出特定波长的损耗。通过在长周期光栅表面涂覆不同的材料，长周期光栅能够测量温度、湿度、折射率、应变、氢气等各种参量。传统制备长周期光栅传感器的方法通常是基于离线制备的。光纤在制备完成后，去掉涂覆层，然后利用激光器刻写，最后再涂覆各种敏感涂层材料。这种方法制备的长周期光栅传感器能够应用在温度、湿度、折射率等传感领域。但是这种方法制备效率低，当需要大量使用长周期光栅传感器时，需要长时间制备。并且，在去掉光纤涂覆层的过程中，极易使光纤表面受到机械损伤。这使得传感器强度大为降低。

中国专利CN107632336A发明了一种长周期光栅及其制作方法。利用高数值孔径光纤，在去掉光纤涂覆层后，用二氧化碳激光器发射激光对光纤进行加热。通过让高数值孔径的纤芯中掺杂元素扩散，模场变大。这种重复性的结构便构成了长周期光栅。这种方法需要剥离涂覆层，不仅制备效率低并且容易损伤传感器，降低传感器强度。

中国专利CN106018350A发明了一种长周期光纤光栅的SPR重金属离子传感头及其制作方法。该发明在长周期光纤光栅表面镀上一层金属膜，然后在金属膜表面制备另一层改性壳聚糖薄膜。通过长周期光栅将光耦合到表面激发SPR信号，传感器能够检测重金属离子。但是这种方法制备在需要大量使用时，制备耗时长，难以快速大规模制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的方法及装置，实现快速大规模制备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明首先提供一种在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的装置，包括：光纤预制棒及进料装置，石墨炉，涂覆装置，固化炉，主动牵引轮，相位掩模板；光纤预制棒及进料装置用于按照预设速度将预制棒送入石墨炉中，石墨炉内温度梯度及温度大小可控，融化预制棒尖端，主动牵引轮根据设定速度带动光纤转动，安装在主动牵引轮后的光电编码器根据转动弧长大小发送脉冲；根据脉冲计数器指令，激光器发射激光脉冲，激光脉冲通过相位掩模板形成干涉条纹，在光纤上形成周期性的条纹，刻写一个长周期光纤光栅；涂覆装置接收指令，在光栅表面部分区域涂覆设定厚度、长度、材料的特种涂层，进入固化炉中；涂覆装置根据指令，在光栅表面部分区域涂覆设定厚度、长度、材料的特种涂层，然后进入固化装置中。

本发明还提供一种利用上述装置的在线制备具有定点涂层的长周期光纤光栅的方法，该方法包括以下步骤：