[实用新型]一种螺旋光纤光栅的刻写装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及刻写光纤光栅的技术领域，特别涉及一种螺旋光纤光栅的刻写装置，采用掩模板法单面曝光刻写的螺旋光纤光栅。

背景技术

涡旋光束的特性在于在光束横截面上相位具有空间非均匀分布，光束携带了一定的轨道角动量分布，其中心点位相具有奇异性。此光束在高数值孔径透镜聚焦下能产生特殊的场分布，在微结构操控和量子通信等领域有广泛应用。采用单面曝光技术将光纤刻写成螺旋型光栅，从而在光纤中激发出涡旋光束。

另外随着光纤通信和光纤传感技术的快速发展,人们对全光纤型光波调制器件的功能及性能提出了更高要求,手征光纤光栅因其具有圆偏振选择特性而备受关注，采用单面曝光技术将光纤刻写成长周期螺旋型光栅，从而实现对光束的偏振控制。

目前国内外报道的螺旋型光栅大多数是采用应力扭曲的方法，生成的螺旋光栅周期大都在10^-4量级，属于长周期螺旋光栅，短周期的布拉格螺旋光栅难以实现。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题为：为了克服背景技术中所述缺陷，本实用新型提供一种螺旋光纤光栅的刻写装置，其实现方法简单，成本较低。本实用新型是利用掩模板，采用单面曝光技术在光栅横截面上产生非对称的横向折射率调制，单面曝光技术在光栅的写入过程中，纤芯区折射率随刻写深度的变化呈递减的指数函数形式，采用此技术可以制作短周期的布拉格螺旋型光栅。除此之外，也可以换用振幅型掩模板刻写长周期螺旋型光纤光栅。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：一种螺旋光纤光栅的刻写装置，其结构由紫外光源、准直聚焦透镜、掩模板、旋转电机和前进电机组成，紫外光源产生的紫外光，经过准直聚焦透镜后照射到掩模板上。当采用相位掩模板刻写短周期布拉格螺旋光栅时，透射光通过相位掩模板后能够产生±1级衍射，衍射光形成的干涉光对被刻写的光纤进行曝光。当采用振幅型掩模板刻写长周期螺旋光栅时，掩模板上透光部分直接在光纤上进行曝光。刻写采用的是单面曝光技术，刻写具有一定的深度，刻写的过程中旋转电机带动光纤旋转，旋转电机能够向两个方向旋转，前进电机带动光纤向前移动，调节两个电机的周期，使光纤在前进一个刻写周期Λ的同时，光纤旋转一周，这样就能够将光纤刻写成具有一定深度的螺旋型，用v表示前进电机带动光纤前进的速率，ω表示旋转电机旋转带动光纤旋转的角速度大小，Λ表示所要刻写的光栅的周期，它们之间的关系是：

进一步的，所述的紫外光源为氩离子激光器或准分子激光器。

进一步的，掩模板是刻写布拉格光纤光栅的相位掩模板，或者是刻写长周期的振幅型掩模板。

进一步的，前进电机带动被刻写的光纤沿轴向向前移动，旋转电机能够带动被刻写的光纤绕轴向旋转。

本实用新型的原理在于：一种螺旋光纤光栅的刻写装置，包括：紫外光源、准直聚焦透镜、掩模板、电机控制系统组成，其中电机控制系统主要由旋转电机跟前进电机组成。常用的紫外光源有氩离子激光器、准分子激光器等。所用的相位掩模板当紫外光透过后，能够产生±1级衍射，衍射光形成的干涉条纹对被刻写的光纤进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化写入光栅。当光束通过刻写长周期螺旋光栅所用的振幅型掩模板时，透光部分对应的光纤会曝光，从而在纤芯中形成永久性的折射率调制，不透光部分对应的光纤不变化。电机控制系统主要有两个电机组成：前进电机、旋转电机。旋转电机带动光纤绕轴向旋转，其可以实现两个方向的旋转，前进电机带动光纤沿轴向向前移动，精确控制两个电机的转动速率，使光纤在旋转一周的同时，沿轴向前进一个光栅周期。所用的刻写光纤选用常用的光纤，如单模光纤、多模光纤，也可以是多层光纤等特殊光纤。紫外光照射到上面后能形成折射率调制。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型利用掩模板，采用单面曝光刻写的方法，既可以刻写长周期螺旋光纤光栅，也可以刻写短周期的布拉格螺旋光纤光栅，可以直接利用目前所用的掩模板刻写技术，其结构简单，原理清晰，造价较低，容易实现；周期可以精确控制，稳定性高。

附图说明

图1为本实用新型刻写系统装置示意图；其中，101为紫外光源，102为准直聚焦透镜，103为掩模板，104为光纤，105为旋转电机，106为前进电机；

图2为采用单面曝光技术将光纤纤芯刻写成具有一定折射率调制深度的螺旋型光栅示意图，其中深色区域107为折射率调制深度，108为光纤包层，109为光纤纤芯；

图3为单面曝光光纤横截面的非对称折射率分布示意图。

具体实施方式