[发明专利]一种长周期光栅及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于长周期光栅技术领域，更具体地，涉及一种长周期光栅及其制作方法。

背景技术

长周期光栅是一种通过对光纤纵轴上进行周期型折射率调制，将基膜耦合到包层模中，其在光谱上表现出特定波长的损耗。相对与另一种普遍使用的布拉格光栅周期在数百微米，长周期光栅具有周期要大数个量级，一般达到数百微米，同时耦合到包层模的光能量在传输的过程中，迅速的以辐射和热的形式损耗掉，因此在反向上观察不到反射峰。通信上，利用长周期光栅作为滤波器，可以作为滤波器实现特定波长的滤除，同时不具有反向光干扰光源系统；当其用于掺铒光纤放大器中时，可以实现增益平坦。长周期光栅作为光纤传感器件，可以用于折射率传感，温度传感等。进一步的，因为包层模对外界环境非常敏感，当外界折射率发生变化的时候，相对应的谐振峰随之发生变化。利用长周期光栅对外界折射率敏感的特性，通过在长周期光栅表面装载生化膜，可以实现特定的生化物质检测。

一般情况下，为了实现在光纤的纵轴上实现周期性折射率调制，目前为止大部分长周期光栅都是采用二氧化碳激光加热拉锥或者紫外激光刻写的方法制作。其中一种方法是通过二氧化碳激光实现周期性熔融拉锥后形成长周期光栅，例如专利CN104238000A中已提到这种方法。但是利用这种方法，使得光纤在纵轴上产生周期性直径的变细，从而大大降低了长周期光栅的强度。另外一种方法，通过紫外激光，采用逐点刻写或者相位掩膜板的方法，并利用光纤纤芯具有紫外光敏性的特点，在光纤纤芯上实现周期性折射率增大。例如专利CN101266319中提到这种方法。但是这种方法，制作的长周期光栅，超过300摄氏度下就会迅速衰退，温度越高，衰退越快，使其不利于在高温下作为传感器使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种长周期光栅及其制作方法，由此解决现有拉锥型长周期光栅强度较低以及紫外刻写长周期光栅高温特性较差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种长周期光栅，包括：高数值孔径光纤，其中，所述高数值孔径光纤的孔径大于0.25，所述高数值孔径光纤的纤芯小于4微米，且所述高数值孔径光纤中掺杂有在1700摄氏度到2000摄氏度的高温下易扩散的元素。

优选地，所述长周期光栅还包括：单模光纤；其中，所述高数值孔径光纤与所述单模光纤熔接。

优选地，在所述高数值孔径光纤中掺杂了元素磷、锗以及氟，在1700摄氏度到2000摄氏度的温度范围内，扩散时间在20秒以内。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于上述任意一项所述的长周期光栅的制作方法，应用于包括步进电机，光纤夹具以及由二氧化碳激光器作为热源的长周期光栅刻写系统，其中，步进电机与光纤夹具组成位移平台，所述方法包括：

(1)对所述光纤夹具进行准直，使得所述光纤夹具在加持光纤时，光纤与所述步进电机的移动方向完全一致；

(2)对高数值孔径光纤进行去除涂覆并清洁处理，然后在高数值孔径光纤的两端各熔接一段单模光纤，两段单模光纤分别与光谱仪和宽谱光源相连，用于实时观察长周期光栅的光谱变化，其中，高数值孔径光纤的孔径大于0.25，高数值孔径光纤的纤芯小于4微米，且高数值孔径光纤中掺杂有在1700摄氏度到2000摄氏度的高温下易扩散的元素；

(3)将两端熔接有单模光纤的高数值孔径光纤置于所述光纤夹具上，以使高数值孔径光纤处于微绷紧状态，且高数值孔径光纤位于所述步进电机正中央；

(4)启动所述二氧化碳激光器，由所述二氧化碳激光器发射的激光对高数值孔径光纤进行加热，此时高数值孔径光纤的纤芯中的掺杂元素扩散，模场变大；

(5)所述二氧化碳激光器停止工作，由所述位移平台根据预设的移动长度将高数值孔径光纤整体移动一段预设距离；

(6)完成长周期光栅的一个制作周期，重复步骤(4)～步骤(5)直至得到需要的长周期光栅。

优选地，在步骤(3)中，高数值孔径光纤与单模光纤熔接时，通过加大所述二氧化碳激光器的功率，增长加热时间，使得高数值孔径光纤模场扩大，达到与单模光纤模场匹配的目的，实现较低的熔接损耗。

优选地，所述二氧化碳激光器的光斑在300±100微米，所述二氧化碳激光器的功率需要刚好使得高数值孔径光纤处于红炽状态，其中，功率过小，纤芯扩散太慢，功率过大，会使光纤变细。

优选地，构成所述位移平台的步进电机的最小步进小于20微米，误差小于2微米。

优选地，所述预设距离为500微米-900微米。

优选地，所述宽带光源为超连续谱光源。