可控制波长的光纤光栅制作装置

1.一种可控制波长的光纤光栅制作装置，其特征是它包括间隔设置的水平位移台和升降台，在水平位移台上设置有S形拉力传感器及与之电连接的拉力计，S形拉力传感器一端与水平位移台通过螺丝固定连接，其余部分悬置在水平位移台上方，在S形拉力传感器另一端固定有第一光纤夹持器；在升降台上设置有第二光纤夹持器；所述光纤夹持器为带有V型槽的磁性夹持器，其对光纤的夹持力至少大于5牛顿；所述S形拉力传感器采用自重轻、硬度高的铝合金材质，其中部贴有惠斯顿电桥作为应变敏感元件，解调电路连接在惠斯顿电桥上作为拉力传感器的拉力计。
2.根据权利要求1所述的可控制波长的光纤光栅制作装置，其特征是所述水平位移台包括第一底座、设置于第一底座上且可沿第一底座平移的移动座、在第一底座和移动座之间设置有水平布置的第一调节螺杆和第一复位弹簧，第一调节螺杆和第一复位弹簧用来控制移动座相对于第一底座的位置，从而用来调节光纤及S形拉力传感器所受到的拉力。
3.根据权利要求1所述的可控制波长的光纤光栅制作装置，其特征是所述升降台包括第二底座、设置于第二底座上的竖直导轨和升降座、升降座沿竖直导轨上下滑动，在升降座和第二底座之间设置有竖直布置的第二调节螺杆和第二复位弹簧，第二调节螺杆和第二复位弹簧用来控制升降座的位置。

可控制波长的光纤光栅制作装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于光纤光栅制作技术领域，具体涉及一种可以在光纤光栅制作过程中，通过测量并调节光纤在被拉直状态下所承受的拉力，从而精确控制光栅波长的光纤光栅制作装置。\n背景技术\n[0002] 光纤光栅具有光滤波器和反射镜的功能，在光纤通信系统和光纤传感系统中都是不可或缺的重要器件。自光纤光栅问世以来，人们已提出了多种光纤光栅制作方法，如驻波干涉法、逐点曝光法、全息曝光法和相位掩膜板法等，刻写各种波长和光谱形状的光纤光栅成为现实。在光纤光栅的制作过程中，往往需要先将光敏光纤用固定装置拉直，再由紫外激光曝光刻写。当将光纤拉直固定时，不可避免的会施加一定的拉力，由于光纤材料对应力的敏感特性，当曝光结束释放光纤上的拉力后，光栅波长会向短波长漂移，并且固定光纤的拉力越大，光栅波长漂移量越大。因此，在批量制作光纤光栅时，固定光纤的拉力的一致性会影响光栅波长的一致性。在目前的生产工艺中，需通过人工操作固定光纤，但仅凭借经验无法保证每次放置光纤时的拉力相同，这导致无法精确的控制同批光栅的波长一致，需要对拉力进行测量和调节。另外，相位掩膜板的使用使得光纤光栅的大批量制作成为可能，但每只相位掩膜板有固定的周期，只能制作相应周期的光纤光栅，而实际上可以利用拉力对波长的影响，制作具有不同波长的光栅，但这同样需要对固定光纤的拉力进行精确的测量和调节。常规的光纤光栅制作装置，主要包括紫外光、位置可调的相位掩膜板和一组位置可调的光纤夹持固定装置构成。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于克服目前光纤光栅制作工艺中的不足之处，提供一种能够通过精确控制光纤的拉力大小，既可保证制作的光纤光栅波长的一致性，又可实现单只相位掩膜板制作多种波长的光纤光栅的制作装置。\n[0004] 一种可控制波长的光纤光栅制作装置，其特征是它包括间隔固定在光学平台上的水平位移台和升降台，在水平位移台上设置有S形拉力传感器及与之电连接的拉力计，S形拉力传感器一端与水平位移台通过螺丝固定连接，其余部分与水平位移台不接触，在S形拉力传感器另一端固定有第一光纤夹持器；在升降台上设置有与第一光纤夹持器适配的第二光纤夹持器。相位掩膜板通过多维可调底座设置在水平位移台和升降台之间。\n[0005] 本方案的具体特点还有，所述光纤夹持器为磁性夹持器，它带有放置光纤的V型槽，通过磁铁的吸合产生压力夹持光纤，其对光纤的夹持力大于裸光纤的最大抗拉力，至少大于5牛顿；\n[0006] 所述S形拉力传感器具有“S”形的结构，采用自重轻、硬度高的铝合金材质，其中部贴有惠斯顿电桥作为应变敏感元件，两端可分别连接固定水平位移台和光纤夹持器，当其两端受到反向的拉力时，惠斯顿电桥受到应力会产生相应的电信号，解调电路连接在惠斯顿电桥上作为拉力传感器的拉力计。\n[0007] 所述水平位移台包括第一底座、设置于第一底座上且可沿第一底座平移的移动座、在第一底座和移动座之间设置有水平布置的第一调节螺杆和第一复位弹簧，第一调节螺杆和第一复位弹簧用来控制移动座相对于第一底座的位置。\n[0008] 所述升降台包括第二底座、设置于第二底座上的竖直导轨和升降座、升降座沿竖直导轨上下滑动，在升降座和第二底座之间设置有竖直布置的第二调节螺杆和第二复位弹簧，第二调节螺杆和第二复位弹簧用来控制升降座的位置。\n[0009] 相位掩膜板设置在两光纤夹持器之间，固定在六维可调的底座上，掩膜区高度与紫外光和光纤一致；所述相位掩膜板为具有一定周期的均匀相位掩膜板，紫外光通过相位掩膜板后对光敏光纤曝光，制作相应周期的光纤光栅。\n[0010] 制作光栅时，先用两个光纤夹持器将光纤拉直固定，光纤所受到的拉力会由一端的光纤夹持器传递到S形拉力传感器的惠斯顿电桥应变敏感元件上，并通过拉力计解调显示拉力大小。通过调节一维位移台的测微头旋进或旋出，可使光纤和拉力传感器上的拉力同步的变小或变大，产生调节拉力大小的效果。\n[0011] 本发明的有益效果是，制作光纤光栅时，将光纤由两个光纤夹持器拉直固定，升降台用来调节光纤轴的方向与S形拉力传感器的测力方向的一致，水平位移台用来调节光纤上的拉力大小，紫外光通过相位掩膜板后对光纤曝光刻写光纤光栅。在批量制作光纤光栅时，每次曝光前先将光纤上的拉力调节为相同的大小，能够提高制作光纤光栅的波长一致性，而若在曝光前施加不同的拉力，可以制作出不同波长的光纤光栅，增大相位掩膜板的波长覆盖范围，提高设备的使用效率。\n附图说明\n[0012] 图1是可控制波长的光纤光栅制作装置的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本发明在提高批量制作光栅波长一致性的有益效果图；图4是本发明在使用单只相位掩膜板实现制作不同波长光栅的有益效果。\n[0013] 图中：3-S形拉力传感器；5-拉力计；6-相位掩膜板；7-六维调节底座；8-光纤；\n9-紫外光；11-第二光纤夹持器；12-第一光纤夹持器；21-升降座；22-第二调节螺杆；\n23-第二底座；24-第二复位弹簧；31-惠斯顿电桥；41-移动座；42-第一调节螺杆；43-第一底座；44-第一复位弹簧。\n具体实施方式\n[0014] 下面结合附图对本发明作进一步描述，本发明的目的和效果将更加明显。\n[0015] 如图1和2所示，一种可控制波长的光纤光栅制作装置，它包括间隔设置的水平位移台和升降台，在水平位移台上设置有S形拉力传感器3及与之电连接的拉力计5，S形拉力传感器3仅一端与水平位移台通过螺丝固定连接，其余部分悬置在水平位移台上方，在S形拉力传感器3另一端固定有第一光纤夹持器12；在升降台上设置有与第一光纤夹持器12适配的第二光纤夹持器11。所述光纤夹持器为磁性夹持器，它带有放置光纤的V型槽，通过磁铁的吸合产生压力夹持光纤，其对光纤的夹持力大于裸光纤的最大抗拉力，至少大于5牛顿；\n[0016] 所述S形拉力传感器3具有“S”形的结构，采用自重轻、硬度高的铝合金材质，其中部贴有惠斯顿电桥31作为应变敏感元件，两端可分别连接固定水平位移台和第一光纤夹持器12，当其两端受到反向的拉力时，惠斯顿电桥受到应力会产生相应的电信号，解调电路连接在惠斯顿电桥31上作为S形拉力传感器3的拉力计5。所述水平位移台包括第一底座43、设置于第一底座43上且可沿第一底座43平移的移动座41、在第一底座43和移动座\n41之间设置有水平布置的第一调节螺杆42和第一复位弹簧44，第一调节螺杆42和第一复位弹簧44用来控制移动座41相对于第一底座43的位置。\n[0017] 所述升降台包括第二底座23、设置于第二底座23上的竖直导轨和升降座21、升降座21沿竖直导轨上下滑动，在升降座21和第二底座23之间设置有垂直布置的第二调节螺杆22和第二复位弹簧24，第二调节螺杆22和第二复位弹簧24用来控制升降座21的位置。\n[0018] 制作光纤光栅时，光纤8拉直并由第二光纤夹持器11和第一光纤夹持器12固定，光纤8上受到的拉力会通过第一光纤夹持器12传递给S形拉力传感器3。\n[0019] S形拉力传感器3会产生相应的微形变，而惠斯顿电桥31会感应到应变并产生电信号变化，拉力计5可解调出电信号的变化并显示S形拉力传感器3上所受到的拉力大小，此拉力也就是光纤上所承受的拉力。\n[0020] 下面通过具体实施例对本发明的有益效果作进一步说明。\n[0021] 在实施例中使用了周期为1064nm的相位掩膜板和载氢增敏的光纤，根据光栅波长公式：λB=2neffΛ，式中，λB为光栅布拉格波长，neff为光纤曝光后的有效折射率，Λ为光栅周期。曝光结束后，未将光纤从夹持器上松开时，光栅周期 近似于相位掩膜板周期的一半，光栅波长只与光纤的有效折射率有关。但由于光纤在固定时受到了拉力，当将光纤从夹持器上取下时，拉力释放导致光栅的实际周期变小，因此光栅波长会向短波长漂移。拉力越大，则波长漂移量越大。\n[0022] 利用本发明的可控制波长的光纤光栅制作装置，先将光纤通过第二光纤夹持器11和第一光纤夹持器12拉直固定，再通过调节升降台的第二调节螺杆22旋进或旋出，调节升降座21的高度，从而调节光纤轴向与S形拉力传感器3的受力方向共轴，使光纤8上的拉力与S形拉力传感器3的测力方向一致，即使拉力计5上显示的拉力值等于光纤8实际受到的拉力。通过调节水平位移台的第一调节螺杆42旋进或旋出，可调节移动座41左右移动，这使得光纤8和S形拉力传感器3上的拉力同步变小或变大。在每次曝光刻写光纤光栅时，分别将拉力调节为50g和100g重量，采用相同的曝光量进行曝光，释放拉力后测量记录光栅波长，重复多次试验的结果如图4所示。可以看到，采用此装置制作的光纤光栅波长的误差小于0.02nm，这个结果说明制作的光栅波长一致性良好。\n[0023] 而若在曝光刻写光纤光栅时，通过此装置调节设定光纤拉力为不同的重量，在相同的曝光条件和相位掩膜板下进行多次试验的结果如图5所示。可以看出，所制作的光栅波长与光纤拉力呈线性关系，通过精确调节光纤拉力，利用单只相位掩膜板可以实现制作大于5nm波长范围内的光纤光栅，这极大的提高了相位掩膜板的使用效率，可节约定制不同周期相位掩膜板的成本。