[发明专利]指针保偏长周期光纤光栅的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用CO₂激光器在施加了外部轴向拉力的保偏光纤中制作保偏长周期光纤光栅的装置和方法，属于光通信领域。 

背景技术

长周期光纤光栅（LPFG）将光纤纤芯中传输的基模能量耦合到包层的包层模中，是一种理想的传输型带阻滤波器，具有制作工艺简单、插入损耗小、无后向反射和体积小等优点。由于长周期光纤光栅在光纤通信系统的重要价值和在光纤传感等领域的广泛应用前景，对长周期光纤光栅的制作和应用的研究进展十分迅速，已经成为一大技术热点。 

长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器。LPFG的周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模，而包层模对外界环境的变化非常敏感，因此它具有比光纤布拉格光栅更好的温度、应变、弯曲、扭曲、横向负载、浓度和折射率灵敏度。从而，LPFG在光纤传感领域具有广泛的应用。 

光纤在拉制过程中，总存在一个牵引力，同时由于光纤是在拉丝过程中经过快速冷却而形成的，牵引力不会立即消失而固定下来，从而形成残余应力。聚焦的CO₂激光轴向周期性地加热光纤产生的局部高温使得被加热处纤芯和包层中残余应力释放，周期性的残余应力释放使光纤折射率沿轴向周期性变化，从而形成长周期光纤光栅。因此光纤弹性残余应力释放被看作是CO₂激光在普通光纤中写入长周期光纤光栅的主要机制。对于保偏光纤，除纤芯与包层存在残余应力外，由于位于纤芯两侧的两应力柱区域（SAPs）掺有大量的B₂O₃，在光纤拉制过程中也会产生一定的残余机械应力，对于这种应力的改变也会使光纤折射率发生变化，周期性地改变应力柱区域的残余应力，也可形成长周期光纤光栅。 

此外，在光纤拉制过程中，除了产生残余应力外，还会在包层中产生冻结粘弹力，产生的冻结粘弹力同样也会改变光纤的折射率。基于最近的研究，如果在施加了外部轴向拉力的保偏光纤中写入长周期光纤光栅，我们可以得到新型的长周期光纤光栅，这将进一步丰富CO₂激光器写入长周期光纤光栅的机理研究。 

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种制作保偏长周期光纤光栅的装置和方法。本发明的一个重要内容是制作新型保偏长周期光纤光栅，在CO₂激光扫描过程中，激光照射方向沿保偏光纤的快轴，同时对保偏光纤施加外部轴向拉力，施加范围为0到光纤所能承受的最大轴向拉力。 

为达到上述目的，本发明的构思是： 

本发明采用的实验装置包括一台宽带光源、一个起偏器与偏振控制器、一台全功率为10 W的CO₂激光器、一台二轴控制平台、一台对单模光纤施加外部轴向拉力的装置以及一台光谱分析仪，如附图1所示。其中，对光纤施加轴向拉力的装置包括一个直径为40~60 mm的已经切割平整的圆柱形玻璃棒、一个弹簧秤以及一个移动控制平台。弹簧秤详细示意图如附图2所示，它的读数盘范围为0到500, 单位为 g，这表示当弹簧秤指针对准某个读数时就相当于光纤轴向被施加了一个同样读数的拉力。偏振控制器用来控制输入光的偏振方向，它由一个起偏片、一个二分之一波片和两个四分之一波片组成。利用一显微镜观察保偏光纤的端面，确定光纤的快慢轴方向。在施加了不同轴向拉力的保偏光纤上，分析CO₂激光分别沿保偏光纤的快轴与慢轴照射写入的长周期光纤光栅的实验情况。