本發(fā)明屬于光纖通信和光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于熱變形方式的中空雙芯長周期光纖光柵寫入方法。

背景技術(shù)：

光纖光柵是通過一定的方法在光纖纖芯形成永久性折射率周期性變化的光纖器件。長周期光纖光柵因其插入損耗低、背向反射小，其傳輸特性對溫度、應(yīng)變、環(huán)境折射率等多種因素變化都比較敏感的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信和光纖傳感領(lǐng)域。

中空雙芯光纖是由纖芯、環(huán)形包層和空氣腔構(gòu)成?？諝馇晃挥诃h(huán)形包層中間，纖芯位于包層空氣腔內(nèi)，融嵌在環(huán)形包層內(nèi)壁上。對這種結(jié)構(gòu)光纖的概念早在1976年已被提出(美國專利NO.3950073)。

目前主要的長周期光纖光柵寫入方法有紫外激光的振幅掩模法和激光脈沖逐點(diǎn)寫入法。

中國專利(CN101825740，CN 101776780)是利用248nm的紫外激光，在通過一塊振幅掩模板后照射到載氫的光纖或摻鍺光纖上，從而永久改變纖芯折射率，制成長周期光纖光柵。這種方法具有較大的靈活性，對光柵的折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)可以任意進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，但其缺點(diǎn)是不能批量生產(chǎn)。用這種方法制作光柵時(shí)，采用具有光敏性的摻鍺石英光纖，形成的光柵熱穩(wěn)定性差。使用載氫的光纖，寫入光柵后必須進(jìn)行退火以消除光柵中的不穩(wěn)定成分，因此這樣制作的光柵成本高但效率低。

中國專利(CN101840019，CN03111552.7)采用10.6μm的CO₂激光脈沖逐點(diǎn)寫入長周期光纖光柵的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高，使用普通光纖，不必載氫，不用掩模板，周期容易控制，對光源相干性沒有要求。缺點(diǎn)是CO₂激光脈沖需要與纖芯精確對準(zhǔn)，并且需要精確的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，對于雙芯光纖需要多次對準(zhǔn)操作，操作繁瑣，效率不高。

中國研究人員采用聚焦光斑直徑50μm的CO₂激光脈沖寫入長周期光纖光柵，所用到的同樣為中空雙芯光纖。缺點(diǎn)是需要對準(zhǔn)激光的出射位置，CO₂激光脈沖的聚焦平面需與雙芯組成的平面精確垂直，同時(shí)需要對光纖旋轉(zhuǎn)角度的精準(zhǔn)控制，操作繁瑣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜(Tingting Yuan,Xing Zhong,Chunying Guan,*Jianan Fu,Jing Yang,Jinhui Shi,and Libo Yuan,Long period fiber grating in two-core hollow eccentric fiber,Optics Express,Vol.23,No.26)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于熱變形方式的中空雙芯長周期光纖光柵寫入方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于熱變形方式的中空雙芯長周期光纖光柵寫入方法，包括如下步驟：

(1)將一段待寫入光柵的中空雙芯光纖涂覆層去除，并用光纖夾具固定；

(2)向中空雙芯光纖內(nèi)部充氣或者抽氣，使光纖內(nèi)部氣壓大于或小于外界氣壓；

(3)利用加熱元件加熱2s，使光纖向外膨脹或向內(nèi)塌縮；

(4)控制位移平臺將光纖向同一方向移動1mm，重新給光纖加熱，加熱時(shí)間均為2s；

(5)重復(fù)步驟(3)、(4)獲得周期性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長周期光纖光柵的寫入。

所述的中空雙芯光纖由兩個(gè)光纖芯、環(huán)形包層和空氣腔構(gòu)成；環(huán)形包層中間為空氣腔，兩個(gè)光纖芯位于包層空氣腔中，融嵌于環(huán)形包層內(nèi)壁并且呈對稱分布。

所述的中空雙芯光纖內(nèi)部充氣，給光纖加熱，得到的是凸出型結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵。

所述的向中空雙芯光纖內(nèi)部抽氣，給光纖加熱，光纖受熱塌縮，得到的是凹陷型結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明操作方式容易實(shí)現(xiàn)，只需要控制加熱時(shí)間、功率及光纖前后移動距離。成柵裝置結(jié)構(gòu)簡單，且僅有充氣(抽氣)、加熱和水平前后移動光纖三個(gè)操作步驟，因此避免了以往寫柵方法的激光脈沖與光纖精確對準(zhǔn)操作繁瑣的問題。

附圖說明

圖1雙芯中空光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2雙M型加熱元件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(a)雙芯中空光纖由于熱膨脹產(chǎn)生形變圖。

圖3(b)雙芯中空光纖由于熱塌縮產(chǎn)生形變圖。

圖4中空雙芯長周期光纖光柵的寫入裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更詳細(xì)描述：

本發(fā)明提供一種基于熱變形方式的中空雙芯長周期光纖光柵寫入方法。(1)將一段待寫入光柵的中空雙芯光纖涂覆層去除，并用光纖夾具固定；(2)向中空雙芯光纖內(nèi)部充氣(抽氣)使光纖內(nèi)部氣壓大于(小于)外界氣壓；(3)利用加熱元件加熱2s，使光纖向外膨脹(向內(nèi)塌縮)；(4)控制位移平臺將光纖向同一方向移動1mm，重新給光纖加熱，加熱時(shí)間均為2s；(5)重復(fù)步驟(3)、(4)獲得周期性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長周期光纖光柵的寫入。

本發(fā)明所述一種基于熱變形方式的中空雙芯長周期光纖光柵寫入方法的操作步驟如下：(1)將一段待寫入光柵的中空雙芯光纖涂覆層去除，并用光纖夾具固定；(2)向中空雙芯光纖內(nèi)部充氣(抽氣)使光纖內(nèi)部氣壓大于(小于)外界氣壓；(3)利用加熱元件加熱2s，使光纖向外膨脹(向內(nèi)塌縮)；(4)控制位移平臺將光纖向同一方向移動1mm，重新給光纖加熱，加熱時(shí)間均為2s；(5)重復(fù)步驟(3)、(4)獲得周期性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長周期光纖光柵的寫入。

所述的中空雙芯光纖有多個(gè)光纖芯、環(huán)形包層和空氣腔構(gòu)成；環(huán)形包層中間為空氣腔，光纖芯位于包層空氣腔中，融嵌于環(huán)形包層內(nèi)壁并且呈對稱分布。

所述電發(fā)熱元件為雙M型，具有對稱結(jié)構(gòu)，發(fā)熱區(qū)分別與光纖芯徑向?qū)?yīng)，在加載不同的電流時(shí)，光纖芯所處溫度場不同，因而光纖芯產(chǎn)生的形變不同，從而得到多個(gè)參數(shù)不同的光纖光柵。

向光纖內(nèi)充入氣體然后打開加熱元件，光纖受熱膨脹，從光纖中抽氣然后打開加熱元件，光纖受熱塌縮，可以得到兩種結(jié)構(gòu)不同的長周期光纖光柵。

圖1為雙芯中空光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為懸掛芯；2為環(huán)形包層；3為空氣腔。

圖2為雙M型加熱元件結(jié)構(gòu)示意圖。M₁、M₂為一對具有對稱結(jié)構(gòu)的發(fā)熱元件，其材料為高溫石墨，四個(gè)腳為電極引腳，中間環(huán)形區(qū)域?yàn)榧訜釁^(qū)。通過控制加載的電流大小來控制發(fā)熱區(qū)溫度。當(dāng)M₁、M₂加載不同的電流時(shí)，光纖芯所處溫度場不同，因而光纖芯產(chǎn)生的形變不同，從而得到參數(shù)不同的光纖光柵。

圖3(a)為向雙芯中空光纖中充氣時(shí)膨脹產(chǎn)生的形變；圖3(b)為向雙芯中空光纖中抽氣時(shí)塌縮產(chǎn)生的形變。長周期光纖光柵是由多個(gè)上述結(jié)構(gòu)周期性排列構(gòu)成。

圖4為中空雙芯長周期光纖光柵的寫入裝置示意圖。其中4為充氣(抽氣)裝置，5為中空雙芯光纖，6為微動臺，能夠水平移動，7為加熱裝置，8光纖卡具。