[发明专利]一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统和方法

权利要求书

1.一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：包括紫外激光器（1）、光学导轨（2）、第一线性位移平台（3）、宽带光源（10）、光敏光纤（13）、环形器（14）、光谱仪（15）、计算机（17）以及第二线性位移平台（16）；在所述光学导轨上依次布置有反射镜（4）、第一光阑（5）、第二光阑（6）、扩束器（7）、柱透镜（8）及相位掩模板（9）；所述第二线性位移平台（16）依次设置有第一光纤夹具（11）和第二光纤夹具（12），所述第一光纤夹具（11）和第二光纤夹具（12）用于夹持固定光敏光纤（13）；

所述光学导轨（2）设置于第一线性移动平台（3）上，所述第一线性移动平台（3）和第二线性移动平台（16）分别与计算机（17）连接，所述计算机（17）用于控制光学导轨（2）、第一光纤夹具（11）以及第二光纤夹具（12）的移动速度和移动方式；

所述反射镜（4）、第一光阑（5）、第二光阑（6）、扩束器（7）、柱透镜（8）及相位掩模板（9）能够跟随光学导轨（2）在第一线性移动平台（3）上按计算机（17）设定的速度和方式同步移动；

所述反射镜（4）用于改变紫外激光的轨迹，并确保由紫外激光器（1）发出的紫外激光束位于第一光阑（5）、第二光阑（6）、扩束器（7）、柱透镜（8）及相位掩模板（9）的中心线；

所述环形器（14）与宽带光源（10）、光谱仪（15）以及光敏光纤（13）分别连接，并用于改变反射光信号的方向，便于光谱仪（15）的信号采集。

2.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于： 所述紫外激光器（1）提供紫外激光输出，输出紫外激光的中心波长为193nm、244nm、248nm或308nm。

3.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述第一光阑（5）为横向矩形光阑，所述第二光阑（6）为纵向矩形光阑。

4.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述扩束器（7）用于将通过第一光阑（5）和第二光阑（6）的紫外激光光束光斑进行扩大。

5.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述柱透镜（8）为平凸正柱面透镜，用于将来自扩束器（7）的紫外激光光束汇聚得到特定形状光束。

6.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述相位掩模板（9）用以将经柱透镜（8）的入射紫外激光束分为两束光功率相等的+1级和-1级衍射光束，两束激光相干涉形成明暗相间条纹，作用于光敏光纤（13）上曝光形成相应周期光纤光栅。

7.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述宽带光源（10）与光敏光纤（13）连接，其输出波长范围为1000nm～2400nm宽带信号光，所述光谱仪（15）用于实时监测光栅刻写过程中反射和透射光谱的情况。

8.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：第二线性位移平台（16）能分别单独控制位于其上的第一光纤夹具（11）和第二光纤夹具（12）。

9.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统，其特征在于：所述第二线性位移平台（16）为一维电机位移平台；所述第一线性移动平台（3）和第二线性移动平台（16）采用的线性平台行程1000mm，编码器分辨率50nm，最大速度100mm/s，负载容量达100kg，通过计算机（17）设定第一线性移动平台（3）和第二线性移动平台（16）行进速度和移动方式。

10.一种线性可移动光纤光栅连续刻写方法，其特征在于：利用权利要求1至9任意一项所述的刻写系统，包括以下步骤：

将紫外激光器（1）的重复频率设置为10～40Hz，高压模块设置为18～22KV，单脉冲能量设置为80～150mJ，开启后紫外激光器（1）发出中心波长为193nm、244nm、248nm或308nm紫外激光光束，直接入射至光学导轨（2）之上的反射镜（4）之上；

经反射镜（4）反射后，紫外激光依次通过第一光阑（5）与第二光阑（6）的选择与整形，得到尺度为8×5mm、不均匀度小于5%的矩形光斑；矩形光斑经扩束器（7）将光束尺度扩大2～4倍后，进一步依次入射至柱透镜（8）和相位掩模板（9），得到+1级和-1级衍射光束，两束激光相干涉形成明暗相间条纹作用于光敏光纤（13）上；

通过光谱仪（15）实时监测宽带光源（10）发出的信号光通过光敏光纤（13）的反射和透射光谱的情况，至紫外激光脉冲数为2000～10000个、时间40～120s，得到反射率为10%～99%、周期为362nm、446nm、528nm或681nm的光纤光栅；

利用计算机（17）控制第二线性位移平台（16）上的第二光纤夹具（12）给光敏光纤（1）一个5N的力向右移动和第一线性移动平台（3）上的光学导轨（2）以20mm/s～100mm/s的速度在第一线性移动平台（3）上移动1～3s，反射镜（4）、第一光阑（5）、第二光阑（6）、扩束器（7）、柱透镜（8）及相位掩模板（9）随光学导轨（2）在第一线性移动平台（3）上移动60～100mm后，在此位置停留40～120s，重复步骤上述步骤过程，得到第二个光纤光栅；

重复上述步骤，最终能够在同一根光敏光纤（13）上连续刻写无焊点串接的光纤光栅阵列。