專利名稱：可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖光柵制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種可以在光纖光柵制作過程中，通過測(cè)量并調(diào)節(jié)光纖在被拉直狀態(tài)下所承受的拉力，從而精確控制光柵波長(zhǎng)的光纖光柵制
作裝置。
背景技術(shù)：
光纖光柵具有光濾波器和反射鏡的功能，在光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)中都是 不可或缺的重要器件。自光纖光柵問世以來，人們已提出了多種光纖光柵制作方法，如駐波干渉法、逐點(diǎn)曝光法、全息曝光法和相位掩膜板法等，刻寫各種波長(zhǎng)和光譜形狀的光纖光柵成為現(xiàn)實(shí)。在光纖光柵的制作過程中，往往需要先將光敏光纖用固定裝置拉直，再由紫外激光曝光刻寫。當(dāng)將光纖拉直固定時(shí)，不可避免的會(huì)施加一定的拉力，由于光纖材料對(duì)應(yīng)カ的敏感特性，當(dāng)曝光結(jié)束釋放光纖上的拉カ后，光柵波長(zhǎng)會(huì)向短波長(zhǎng)漂移，并且固定光纖的拉カ越大，光柵波長(zhǎng)漂移量越大。因此，在批量制作光纖光柵時(shí)，固定光纖的拉力的一致性會(huì)影響光柵波長(zhǎng)的一致性。在目前的生產(chǎn)エ藝中，需通過人工操作固定光纖，但僅憑借經(jīng)驗(yàn)無法保證每次放置光纖時(shí)的拉カ相同，這導(dǎo)致無法精確的控制同批光柵的波長(zhǎng)一致，需要對(duì)拉カ進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)。另外，相位掩膜板的使用使得光纖光柵的大批量制作成為可能，但每只相位掩膜板有固定的周期，只能制作相應(yīng)周期的光纖光柵，而實(shí)際上可以利用拉カ對(duì)波長(zhǎng)的影響，制作具有不同波長(zhǎng)的光柵，但這同樣需要對(duì)固定光纖的拉力進(jìn)行精確的測(cè)量和調(diào)節(jié)。常規(guī)的光纖光柵制作裝置，主要包括紫外光、位置可調(diào)的相位掩膜板和ー組位置可調(diào)的光纖夾持固定裝置構(gòu)成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前光纖光柵制作エ藝中的不足之處，提供ー種能夠通過精確控制光纖的拉力大小，既可保證制作的光纖光柵波長(zhǎng)的一致性，又可實(shí)現(xiàn)單只相位掩膜板制作多種波長(zhǎng)的光纖光柵的制作裝置。一種可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是它包括間隔固定在光學(xué)平臺(tái)上的水平位移臺(tái)和升降臺(tái)，在水平位移臺(tái)上設(shè)置有S形拉カ傳感器及與之電連接的拉カ計(jì)，S形拉カ傳感器一端與水平位移臺(tái)通過螺絲固定連接，其余部分與水平位移臺(tái)不接觸，在S形拉カ傳感器另一端固定有第一光纖夾持器；在升降臺(tái)上設(shè)置有與第一光纖夾持器適配的第ニ光纖夾持器。相位掩膜板通過多維可調(diào)底座設(shè)置在水平位移臺(tái)和升降臺(tái)之間。本方案的具體特點(diǎn)還有，所述光纖夾持器為磁性夾持器，它帶有放置光纖的V型槽，通過磁鐵的吸合產(chǎn)生壓カ夾持光纖，其對(duì)光纖的夾持カ大于裸光纖的最大抗拉力，至少大于5牛頓；
所述S形拉カ傳感器具有“S”形的結(jié)構(gòu)，采用自重輕、硬度高的鋁合金材質(zhì)，其中部貼有惠斯頓電橋作為應(yīng)變敏感元件，兩端可分別連接固定水平位移臺(tái)和光纖夾持器，當(dāng)其兩端受到反向的拉カ時(shí)，惠斯頓電橋受到應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，解調(diào)電路連接在惠斯頓電橋上作為拉カ傳感器的拉カ計(jì)。所述水平位移臺(tái)包括第一底座、設(shè)置于第一底座上且可沿第一底座平移的移動(dòng)座、在第一底座和移動(dòng)座之間設(shè)置有水平布置的第一調(diào)節(jié)螺桿和第一復(fù)位彈簧，第一調(diào)節(jié)螺桿和第一復(fù)位彈簧用來控制移動(dòng)座相對(duì)于第一底座的位置。所述升降臺(tái)包括第二底座、設(shè)置于第二底座上的豎直導(dǎo)軌和升降座、升降座沿豎直導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，在升降座和第二底座之間設(shè)置有豎直布置的第二調(diào)節(jié)螺桿和第二復(fù)位彈簧，第二調(diào)節(jié)螺桿和第二復(fù)位彈簧用來控制升降座的位置。相位掩膜板設(shè)置在兩光纖夾持器之間，固定在六維可調(diào)的底座上，掩膜區(qū)高度與紫外光和光纖一致；所述相位掩膜板為具有一定周期的均勻相位掩膜板，紫外光通過相位掩膜板后對(duì)光敏光纖曝光，制作相應(yīng)周期的光纖光柵。 制作光柵時(shí)，先用兩個(gè)光纖夾持器將光纖拉直固定，光纖所受到的拉カ會(huì)由一端的光纖夾持器傳遞到S形拉カ傳感器的惠斯頓電橋應(yīng)變敏感元件上，并通過拉カ計(jì)解調(diào)顯示拉カ大小。通過調(diào)節(jié)一維位移臺(tái)的測(cè)微頭旋進(jìn)或旋出，可使光纖和拉力傳感器上的拉カ同步的變小或變大，產(chǎn)生調(diào)節(jié)拉力大小的效果。本發(fā)明的有益效果是，制作光纖光柵吋，將光纖由兩個(gè)光纖夾持器拉直固定，升降臺(tái)用來調(diào)節(jié)光纖軸的方向與S形拉カ傳感器的測(cè)カ方向的一致，水平位移臺(tái)用來調(diào)節(jié)光纖上的拉カ大小，紫外光通過相位掩膜板后對(duì)光纖曝光刻寫光纖光柵。在批量制作光纖光柵時(shí)，毎次曝光前先將光纖上的拉カ調(diào)節(jié)為相同的大小，能夠提高制作光纖光柵的波長(zhǎng)一致性，而若在曝光前施加不同的拉力，可以制作出不同波長(zhǎng)的光纖光柵，増大相位掩膜板的波長(zhǎng)覆蓋范圍，提高設(shè)備的使用效率。


圖I是可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是本發(fā)明在提高批量制作光柵波長(zhǎng)一致性的有益效果圖；圖4是本發(fā)明在使用單只相位掩膜板實(shí)現(xiàn)制作不同波長(zhǎng)光柵的有益效果。圖中3_S形拉カ傳感器；5_拉カ計(jì)；6_相位掩膜板；7_六維調(diào)節(jié)底座；8_光纖；9-紫外光；11_第二光纖夾持器；12_第一光纖夾持器；21_升降座；22_第二調(diào)節(jié)螺桿；23-第二底座；24_第二復(fù)位彈簧；31_惠斯頓電橋；41_移動(dòng)座；42_第一調(diào)節(jié)螺桿；43_第一底座；44_第一復(fù)位彈簧。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述，本發(fā)明的目的和效果將更加明顯。如圖I和2所示，一種可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，它包括間隔設(shè)置的水平位移臺(tái)和升降臺(tái)，在水平位移臺(tái)上設(shè)置有S形拉カ傳感器3及與之電連接的拉カ計(jì)5，S形拉力傳感器3僅一端與水平位移臺(tái)通過螺絲固定連接，其余部分懸置在水平位移臺(tái)上方，在S形拉カ傳感器3另一端固定有第一光纖夾持器12 ;在升降臺(tái)上設(shè)置有與第一光纖夾持器12適配的第二光纖夾持器11。所述光纖夾持器為磁性夾持器，它帶有放置光纖的V型槽，通過磁鐵的吸合產(chǎn)生壓カ夾持光纖，其對(duì)光纖的夾持カ大于裸光纖的最大抗拉力，至少大于5牛頓；所述S形拉カ傳感器3具有“S”形的結(jié)構(gòu)，采用自重輕、硬度高的鋁合金材質(zhì)，其中部貼有惠斯頓電橋31作為應(yīng)變敏感元件，兩端可分別連接固定水平位移臺(tái)和第一光纖夾持器12，當(dāng)其兩端受到反向的拉カ時(shí)，惠斯頓電橋受到應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，解調(diào)電路連接在惠斯頓電橋31上作為S形拉カ傳感器3的拉カ計(jì)5。所述水平位移臺(tái)包括第一底座43、設(shè)置于第一底座43上且可沿第一底座43平移的移動(dòng)座41、在第一底座43和移動(dòng)座41之間設(shè)置有水平布置的第一調(diào)節(jié)螺桿42和第一復(fù)位彈簧44，第一調(diào)節(jié)螺桿42和第一復(fù)位彈簧44用來控制移動(dòng)座41相對(duì)于第一底座43的位置。所述升降臺(tái)包括第二底座23、設(shè)置于第二底座23上的豎直導(dǎo)軌和升降座21、升降座21沿豎直導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，在升降座21和第二底座23之間設(shè)置有垂直布置的第二調(diào)節(jié)螺桿22和第二復(fù)位彈簧24，第二調(diào)節(jié)螺桿22和第二復(fù)位彈簧24用來控制升降座21的位置。制作光纖光柵時(shí)，光纖8拉直并由第二光纖夾持器11和第一光纖夾持器12固定，光纖8上受到的拉カ會(huì)通過第一光纖夾持器12傳遞給S形拉カ傳感器3。S形拉カ傳感器3會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的微形變，而惠斯頓電橋31會(huì)感應(yīng)到應(yīng)變并產(chǎn)生電信號(hào)變化，拉カ計(jì)5可解調(diào)出電信號(hào)的變化并顯示S形拉カ傳感器3上所受到的拉カ大小，此拉カ也就是光纖上所承受的拉力。
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的有益效果作進(jìn)ー步說明。在實(shí)施例中使用了周期為1064nm的相位掩膜板和載氫增敏的光纖，根據(jù)光柵波長(zhǎng)公式λ B=2neff Λ，式中，λΒ*光柵布拉格波長(zhǎng)，neff為光纖曝光后的有效折射率，Λ為光柵周期。曝光結(jié)束后，未將光纖從夾持器上松開時(shí)，光柵周期I近似于相位掩膜板周期的一半，光柵波長(zhǎng)只與光纖的有效折射率有夫。但由于光纖在固定時(shí)受到了拉力，當(dāng)將光纖從夾持器上取下時(shí)，拉カ釋放導(dǎo)致光柵的實(shí)際周期變小，因此光柵波長(zhǎng)會(huì)向短波長(zhǎng)漂移。拉カ越大，則波長(zhǎng)漂移量越大。利用本發(fā)明的可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，先將光纖通過第二光纖夾持器11和第一光纖夾持器12拉直固定，再通過調(diào)節(jié)升降臺(tái)的第二調(diào)節(jié)螺桿22旋進(jìn)或旋出，調(diào)節(jié)升降座21的高度，從而調(diào)節(jié)光纖軸向與S形拉カ傳感器3的受カ方向共軸，使光纖8上的拉力與S形拉カ傳感器3的測(cè)カ方向一致，即使拉カ計(jì)5上顯示的拉カ值等于光纖8實(shí)際受到的拉力。通過調(diào)節(jié)水平位移臺(tái)的第一調(diào)節(jié)螺桿42旋進(jìn)或旋出，可調(diào)節(jié)移動(dòng)座41左右移動(dòng)，這使得光纖8和S形拉カ傳感器3上的拉カ同步變小或變大。在每次曝光刻寫光纖光柵時(shí)，分別將拉力調(diào)節(jié)為50g和IOOg重量，采用相同的曝光量進(jìn)行曝光，釋放拉力后測(cè)量記錄光柵波長(zhǎng)，重復(fù)多次試驗(yàn)的結(jié)果如圖4所示?？梢钥吹?，采用此裝置制作的光纖光柵波長(zhǎng)的誤差小于O. 02nm，這個(gè)結(jié)果說明制作的光柵波長(zhǎng)一致性良好。而若在曝光刻寫光纖光柵時(shí)，通過此裝置調(diào)節(jié)設(shè)定光纖拉カ為不同的重量，在相同的曝光條件和相位掩膜板下進(jìn)行多次試驗(yàn)的結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯觯谱鞯墓鈻挪ㄩL(zhǎng)與光纖拉カ呈線性關(guān)系，通過精確調(diào)節(jié)光纖拉力，利用單只相位掩膜板可以實(shí)現(xiàn)制作大于5nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光纖光柵，這極大的提高了相位掩膜板的使用效率，可節(jié)約定制不同周期相位掩膜板的成本。
權(quán)利要求
1.一種可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是它包括間隔設(shè)置的水平位移臺(tái)和升降臺(tái)，在水平位移臺(tái)上設(shè)置有S形拉カ傳感器及與之電連接的拉カ計(jì)，S形拉カ傳感器一端與水平位移臺(tái)通過螺絲固定連接，其余部分懸置在水平位移臺(tái)上方，在S形拉カ傳感器另一端固定有第一光纖夾持器；在升降臺(tái)上設(shè)置有第二光纖夾持器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是所述光纖夾持器為帶有V型槽的磁性夾持器，其對(duì)光纖的夾持カ至少大于5牛頓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是所述S形拉カ傳感器采用自重輕、硬度高的鋁合金材質(zhì)，其中部貼有惠斯頓電橋作為應(yīng)變敏感元件，解調(diào)電路連接在惠斯頓電橋上作為拉カ傳感器的拉カ計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是所述水平位移臺(tái)包括第一底座、設(shè)置于第一底座上且可沿第一底座平移的移動(dòng)座、在第一底座和移動(dòng)座之間設(shè)置有水平布置的第一調(diào)節(jié)螺桿和第一復(fù)位彈簧，第一調(diào)節(jié)螺桿和第一復(fù)位彈簧用來控制移動(dòng)座相對(duì)于第一底座的位置，從而用來調(diào)節(jié)光纖及S形拉カ傳感器所受到的拉力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是所述升降臺(tái)包括第二底座、設(shè)置于第二底座上的豎直導(dǎo)軌和升降座、升降座沿豎直導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，在升降座和第二底座之間設(shè)置有豎直布置的第二調(diào)節(jié)螺桿和第二復(fù)位彈簧，第二調(diào)節(jié)螺桿和第二復(fù)位彈簧用來控制升降座的位置。
全文摘要
一種可控制波長(zhǎng)的光纖光柵制作裝置，其特征是它包括間隔設(shè)置的水平位移臺(tái)和升降臺(tái)，在水平位移臺(tái)上設(shè)置有S形拉力傳感器及與之電連接的拉力計(jì)，S形拉力傳感器僅一端與水平位移臺(tái)固定連接其余部分懸置在水平位移臺(tái)上方，在S形拉力傳感器另一端固定有第一光纖夾持器；在升降臺(tái)上設(shè)置有第二光纖夾持器。本發(fā)明主要用于可控制波長(zhǎng)的光纖光柵的制作裝置。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102681086SQ20121013226
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者宋志強(qiáng), 李淑娟, 王昌, 祁海峰 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院激光研究所