[发明专利]一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法

说明书

本发明公开一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法，包括气室和气压表头，所述气室为圆柱型空心钢管，所述气室的两个圆形侧面均匀对称分布有相同数量的若干圆孔，两所述圆形侧面同一位置的圆孔中心对齐；所述气室的圆柱型侧面上开设有连接孔，所述连接孔与气压表头密封连接；所述气压表头包括气压表头接口、气压表、充气阀门和放气阀门；所述气压表头接口用于氢气的充入，所述气压表用于检测气室中充入氢气的气压值，所述充气阀门用于光纤载氢时充入氢气，所述放气阀门用于取出光纤前的放出气体。本发明结构简单，操作方便，并且能大大提高大芯径双包层光纤的载氢效率，减少载氢时间。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法。

背景技术

光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一，在光纤通信、光纤传感等领域具有广阔的应用前景。随着高功率光纤激光系统的不断发展，光纤光栅作为全光纤化光纤激光器不可或缺的关键器件之一，越来越受到重视。光纤光栅是利用光纤材料本身的光敏性制作的，所谓光敏性是指紫外光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性，这一特性使光纤纤芯的折射率受到周期性的微扰形成的一种折射率呈周期性分布的一维周期性结构。目前光纤增敏技术主要有在光纤中掺杂离子制成光敏光纤和对普通光纤载氢两种方法。

掺杂可分为高掺锗、硼锗共掺和掺杂稀土元素如钽、铈、锡、铕等。通常所说的光敏光纤即指含锗浓度较高的高掺锗光纤。但锗的高浓度会提高纤芯折射率，增大数值孔径，因而增加光纤的损耗及连接损耗。另外高掺锗光纤还具有较大的非线性。此外，硼锗共掺、锡锗共掺、掺钽、铈、铕、铒等光纤也表现出很大的光敏性，但是由于其制作特殊性，而且价格昂贵，只应用于需要的某些特殊环境中，不适用于常规大范围的光纤增敏。

高压载氢技术是通过外在方式提高光纤光敏性的一种有效方法，制备成本低廉，制备简单，能大幅提高光纤的光敏性。其基本原理是光纤在高压氢气中放置一段时间后，氢分子逐渐扩散到光纤的包层和纤芯中；当特定波长的紫外光照射载氢后的光纤时，纤芯被照部分中的氢分子即与光纤中的锗发生反应形成Ge-OH和Ge-H键，使该部分的折射率发生永久性的增加。刻写过程结束后，光栅中残存的氢分子有扩散运动，且反应后存在不稳定的Ge-OH键，这都会造成光栅光学特性的不稳定，因此必须用高温退火的方法来保证光纤光栅实际应用时的稳定性。

高压载氢法是目前普遍使用最方便，成本最低，最高效有用的一种方法。对于普通单模光纤，室温下载氢15天左右，纤芯的折射率变化幅度可以从10^-5提高到10^-2。但是目前广泛用于高功率光纤激光腔镜的大芯径双包层光纤光栅，由于大芯径双包层光纤的包层直径比常规光纤大得多，因此载氢敏化的时间要大大延长。

目前普通单模光纤采用的方法是将截取需要长度的整根光纤（包括尾纤），置于载氢管道中，然后进行高压载氢处理。这种方法需要的管道很长，而且是对整根光纤进行处理，光栅刻写完成后的高温退火也需要将整根光纤全部退火，如果退火不完全，整根光纤包层和纤芯中残留的氢气会对光栅性能造成一定的影响和不稳定性。

同时，由于高功率大芯径双包层包层和纤芯直径都比较大，常规的整根光纤载氢的方法不但有可能造成尾纤光纤涂覆层的损伤，还有可能因为载氢时间过长退火不完全或退火温度过高而造成尾纤涂覆层变色催化或老化，这样会大大影响光纤光栅高功率激光的出光效率和激光耐受能力。

对于普通单模光纤来说，常规的整根光纤载氢增敏的方法是适用的，但是对于大芯径双包层光纤来说，则需要一种更灵活方便，并能尽量减小光纤损耗的载氢增敏方法。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于光纤增敏的局部光纤载氢装置和方法，本发明主要用于大芯径双包层光纤增敏的局部光纤载氢。