[发明专利]一种光纤光栅及其制备装置和制备方法

权利要求书

1.一种光纤光栅制备装置，其特征在于，包括光纤、三维精密位移台、飞秒激光光源、反射镜、激光能量调节器、光快门、精密针孔、二向色镜、聚焦物镜、CCD相机以及光谱监测系统，

所述光纤具有纤芯、包层和可透光的涂覆层；

所述三维精密位移台用于固定所述光纤，能够带动所述光纤移动从而调整所述光纤的空间位置；

所述飞秒激光光源用于发出飞秒激光光束，所述飞秒激光光束经所述反射镜、所述激光能量调节器、所述光快门、所述精密针孔和所述二向色镜，由所述聚焦物镜聚焦于所述光纤的纤芯，用于刻写光纤光栅；

所述反射镜用于调整所述飞秒激光光束的方向，使所述飞秒激光光束沿所述聚焦物镜的中心轴向入射；

所述激光能量调节器用于实时监测所述飞秒激光光源的激光功率，调节透射的飞秒激光光束的激光能量；

所述光快门用于控制所述飞秒激光光束的通断；

所述精密针孔位于所述光快门与所述二向色镜之间，所述精密针孔的中心正对所述飞秒激光光束的正中心，所述精密针孔的直径小于所述飞秒激光光束的光斑直径，并且，所述精密针孔的直径与所述光纤的包层的直径满足以下关系：

式中，为所述精密针孔的直径，为光纤的包层的直径，为所述聚焦物镜的焦距，为所述光纤的有效折射率，为所述飞秒激光光束的波长；

所述二向色镜用于将所述飞秒激光光束反射进入所述聚焦物镜，并且将所述聚焦物镜内放大的光纤图像透射进入所述CCD相机；

所述聚焦物镜用于将所述飞秒激光光束聚焦于所述光纤的纤芯以刻写光纤光栅，并且形成放大的光纤图像；

所述CCD相机用于透过所述二向色镜采集所述聚焦物镜放大的光纤图像，用于监测光纤的空间位置和所刻写的光纤光栅的形态；

所述光谱监测系统用于监测所刻写的光纤光栅的反射光谱、透射光谱和性能指标。

2.如权利要求1所述的光纤光栅制备装置，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述三维精密位移台和所述光快门连接，用于控制所述三维精密位移台的移动以及所述光快门的打开和关闭。

3.如权利要求1或2所述的光纤光栅制备装置，其特征在于，所述光谱监测系统包括宽带光源、耦合器和光谱仪，所述宽带光源通过所述耦合器与光纤连接，所述宽带光源发出的光经所述耦合器进入光纤，由所述光谱仪接收，用于监测光纤光栅的反射光谱、透射光谱和性能指标。

4.如权利要求1或2所述的光纤光栅制备装置，其特征在于，所述三维精密位移台带有用于固定光纤的光纤夹具，所述光纤夹具包括基座、夹盖和一对磁吸，所述一对磁吸分别设置在所述基座和所述夹盖的对应位置上，用于通过吸引力夹紧光纤。

5.如权利要求1或2所述的光纤光栅制备装置，其特征在于，所述激光能量调节器包括半波片、格兰棱镜、分光镜和光功率计，所述飞秒激光光束通过所述半波片和所述格兰棱镜，由所述分光镜将一部分的激光反射进入所述光功率计，用于实时监测所述飞秒激光光源的激光功率，将剩余另一部分激光透射。

6.一种光纤光栅制备方法，利用如权利要求1-5中任一项所述的光纤光栅制备装置制备光纤光栅，其特征在于，所述制备方法包括：

调整步骤S1：对光纤施加一定的预紧力，固定在所述三维精密位移台上，在拟刻写的光栅长度内，调整所述三维精密位移台带动光纤移动，利用所述CCD相机透过所述二向色镜观察，使所述聚焦物镜的焦点始终位于光纤的纤芯正中；

刻写步骤S2：打开所述飞秒激光光源，打开所述光快门，使所述三维精密位移台沿光纤轴向匀速移动，到达拟刻写的光栅长度后，关闭所述光快门，同时使所述三维精密位移台停止移动；

监测步骤S3：通过所述光谱监测系统监测所刻写的光纤光栅的反射光谱、透射光谱和性能指标。

7.如权利要求6所述的光纤光栅制备方法，其特征在于，在所述刻写步骤S2中，所刻写的光纤光栅的周期Λ、所述三维精密位移台沿光纤轴向的移动速度ν以及所述飞秒激光光源的飞秒激光重复频率之间满足：

。