专利名称：多个级联光纤光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤通信和光纤传感领域中使用的光器件的制作方法，特别是关于一种多个级联光纤光栅的制作方法。
背景技术：
光纤光栅是一种直接制作在光纤纤芯中的光器件，由于它具有与光纤连接容易、插入损耗小、对偏振不敏感、体积小结构紧凑、成本低以及制作简单等显著优点，因此从上世纪九十年代以来一直是光通信领域研究的热点。目前不论光纤光栅的分析理论还是制作的工艺和技术都已经相当成熟，人们可以根据要求制作出各种不同的光纤光栅，比如各种切趾光纤光栅、啁啾光纤光栅、抽样光纤光栅等。随着密集波分复用技术在光纤通信领域的广泛使用，光网络正朝着大容量、长距离、智能化和全光网的方向飞速发展。当前大量需要性能价格比高的光滤波器和色散补偿器，而均匀光纤光栅和啁啾光纤光栅正好可以满足这种需求。同时，由于光纤光栅对一些环境参量比较敏感(如温度、轴向应变和侧向应力等)，所以光纤光栅在传感领域也得到了广泛的应用。综上所述，可以看出光纤光栅已经成为了光纤通信和光纤传感领域中的一个非常重要的光器件。
在很多实际应用中，比如制作多波长光纤激光器、对多个信道进行滤波或对多个信道进行色散补偿，往往需要多个光纤光栅。目前，主要有两种方法来满足这种需要一是将多个光纤光栅级联起来使用；二是采用抽样光纤光栅。第一种方案的缺点是显而易见的，多个光纤光栅级联使用不仅提高了成本、增大了插入损耗、增加了操作的复杂性，而且由于各个光纤光栅的参数差异，比如插入损耗、带内反射率、反射带宽等，将会使整个级联器件的性能恶化。第二种方案可以方便地同时制作多个光纤光栅，但是它需要特殊的模板，如正负掩模板，另外由于采用了抽样的方法所以光纤利用率降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以实现无缝级联，且不会引入附加插入损耗的多个级联光纤光栅及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于将光纤的包层通过包层腐蚀技术腐蚀成直径呈阶梯状变化的多段，在采用紫外光源对光纤照射制作多个级联的光纤光栅过程中，对光纤施加轴向应力。
对光纤施加的轴向应力为拉伸应力。
紫外光源包括100nm～500nm紫外光波段的所有光源。
所述光纤为光敏光纤。
所述光敏光纤为所述光纤自身具有光敏性的光纤。
所述光敏光纤为所述光纤自身不具有光敏性和光敏性较弱，通过增强光敏性的方法得到的光纤。
本发明由于采取以上设计，其具有以下优点1、本发明利用包层直径不同，光纤在轴向应力的作用下应变量不同的原理，首先将光纤包层腐蚀成阶梯状变化的多段，然后对光纤施加轴向应力，采用普通光纤光栅的制作方法，用紫外光源对光纤进行照射制作光栅，从而使轴向应力撤除后，在同一光纤上形成周期不同的多个光栅段，达到了在同一光纤上制成多个级联光纤光栅的目的，而且各级联之间的连接光滑，无缝隙，各个光纤光栅的参数好，如调制深度、带内反射率、时延特性等，性能理想。2、本发明方法实施简便、控制容易、无需特殊设备和工艺，而且各个光纤光栅中心波长的间隔可以通过包层直径方便地控制，其与抽样光纤光栅的制作方法相比，使用普通模板就可以达到目的，其制作成本和制作难度都大幅度降低，本发明可以广泛用于光纤通信和光纤传感领域。
图1是本发明处理后的光纤包层纵剖面示意2是本发明制作多个级联的光纤光栅过程中光纤受力示意图具体实施方式
如图1所示，本发明首先通过光纤包层腐蚀技术，将光纤1的包层2腐蚀成直径不同的多段。其中，每段长度和包层直径将根据相位模板的长度、需要的光纤光栅个数和所要求的各个光纤光栅中心波长的间隔来共同决定。
然后，如图2所示，将光纤1两端用光纤夹紧装置3固定住，注意将经过包层腐蚀处理成多段的光纤1部分置于两个夹紧装置3之间，使其位于可被紫外光源4照射到的区域，并对光纤1施加适当的轴向拉伸应力。由于包层2直径不同的各段，截面积也不相同，因此在相同拉伸应力的作用下各段的伸张量也是不同的。
接着，用紫外光源4照射制作光纤光栅的相位模板5，就会在被照射的光纤1上制成一个光栅周期相同的光纤光栅。将光纤1从夹紧装置3上取下后，光纤1将会收缩回复到施加应力前的状态。由于包层2直径不同的各段伸张量不同，所以相应各段的收缩量也就不同，这样就使得在拉伸应力作用下各段相同的光栅周期变得不再相同，其具体大小与相应的包层直径相关，直径越细，伸张量越大，收缩后光栅周期越短，反之越长。包层2直径不同的各段每段都相当于一个光纤光栅，经过退火处理后，这些包层2直径不同的多段就形成了多个级联的光纤光栅。而且这些光纤光栅是无缝级联的，其不同于普通多个光纤光栅级联在一起，因为应力的变化是连续的，而不会随着阶梯状的包层形成阶梯状的变化，从而各级联之间光纤光栅周期的变化也是连续的。
上述实施例中，从理论上说，施加在光纤1轴向拉应力也可以是压应力，但是其实现起来有一定难度，一般采用轴向拉应力比较现实。
上述实施例中，紫外光源4包括100nm～500nm紫外光波段的所有光源，在用紫外光源4照射制作光纤光栅的方法中，除使用相位模板法外，还可以采用双光束干涉法、逐点写入法等。
光纤1采用光敏光纤，而光敏光纤包括在制作光纤过程中使其自身具有光敏性的光纤，也包括在制作光纤过程中不具有或具有很弱光敏性的光纤，这些光纤可以通过增强光敏性的方法(如载氢处理)，使其成为具有较大光敏性的光纤。
上述实施例中，包层的腐蚀方法、通过紫外光源照射制作光纤光栅的方法、光纤增强光敏的方法均为成熟技术，在此就不再详述。
权利要求
1.一种多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于将光纤的包层通过包层腐蚀技术腐蚀成直径呈阶梯状变化的多段，在采用紫外光源对光纤照射制作多个级联的光纤光栅过程中，对光纤施加轴向应力。
2.如权利要求1所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于对光纤施加的轴向应力为拉伸应力。
3.如权利要求1所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于紫外光源包括100nm～500nm紫外光波段的所有光源。
4.如权利要求1所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于在采用紫外光源对光纤照射制作多个级联的光纤光栅过程中，使用相位模板方法。
5.如权利要求1所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于在采用紫外光源对光纤照射制作多个级联的光纤光栅过程中，使用逐点写入法。
6.如权利要求1所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于在采用紫外光源对光纤照射制作多个级联的光纤光栅过程中，使用双光束干涉法。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于紫外光源包括100nm～500nm紫外光波段的所有光源。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于所述光纤为光敏光纤。
9.如权利要求8所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于所述光敏光纤为所述光纤自身具有光敏性的光纤。
10.如权利要求9所述的多个级联光纤光栅的制作方法，其特征在于所述光敏光纤为所述光纤自身不具有光敏性和光敏性较弱，通过增强光敏性的方法得到的光纤。
全文摘要
本发明涉及一种多个级联光纤光栅的制作方法，其利用光纤包层直径不同，光纤在轴向应力的作用下应变量不同的原理，首先将光纤包层腐蚀成阶梯状变化的多段，然后对光纤施加轴向应力，采用普通光纤光栅的制作方法，用紫外光源对光纤进行照射制作光栅，从而使轴向应力撤除后，在同一光纤上形成了多个周期不同的光栅端，而且各级联光纤光栅之间的连接光滑，无缝隙。本发明方法实施简便、无需特殊设备和工艺，使用普通模板就可以实现，各个光纤光栅中心波长的间隔可以方便地控制，制作成本和制作难度都大幅度降低，本发明可以广泛用于光纤通信和光纤传感领域。
文档编号G02B5/18GK1553238SQ0313836
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月28日 优先权日2003年5月28日
发明者王德翔, 戴恩光, 徐安士 申请人:北京大学