一种刻写任意色散光纤光栅的装置的制作方法

1.本实用新型涉及光纤光栅技术领域，更具体的说，涉及一种刻写任意色散光纤光栅的装置。


背景技术：

2.近年来，随着光固混合超快激光器的发展，光纤光栅被广泛应用于光纤激光器腔镜、超快激光器展宽器等应用领域。而在超快激光器展宽器、超快激光器种子源等领域，有了越来越多的指定色散值的光纤光栅需求，但是，从目前的情况看，光纤光栅的主要刻写方法：相位掩模板法、干涉法、直写法等三种方法，其中仅有相位掩模板法较为适合制作特定色散值的光纤光栅。
3.现有技术中，公开号为cn102621609b，名称为任意切趾光纤光栅刻写装置和刻写方法的专利，其基本原理是紫外激光通过相位掩模板，相位掩模板发生衍射，其中0级衍射被抑制（≤3%），
±
1级衍射（≥33%）产生干涉，打在光纤上，形成光纤光栅。
4.然而，现有技术中所生产的光纤光栅的色散值直接取决于所选用的相位掩模板的啁啾率，无法自由调节，如果想刻写此波长的其他色散值的光纤光栅，就需要购买一块新的相位掩模板，会产生大量开支。


技术实现要素：

5.实用新型目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种刻写任意色散光纤光栅的装置，可以自由调节所生产的光纤光栅的色散值，减少对相位掩模板的依赖。
6.技术方案：本实用新型所述一种刻写任意色散光纤光栅的装置，包括光源模块、相位掩模板、光纤夹具、ase光源和光谱仪，其特征在于，还包括：
7.控制模块，用于根据需求选定待刻写光栅的参数，根据所述参数产生切趾分布的电脉冲信号；
8.强度控制模块，包括可编程空间光调制器和函数发生器，所述函数发生器根据所述电脉冲信号驱动所述可编程空间光调制器调节所述强度控制模块输出激光的激光强度。
9.进一步的，所述光源模块包括激光光源和用于对所述激光光源输出光束的光束整形模块，所述光束整形模块包括扩束镜、二维光阑和匀化镜。
10.进一步的，所述光源模块还包括反射镜，所述反射镜安装在所述平面安装板上，用于将所述光束整形模块输出的光束导向至所述强度控制模块。
11.进一步的，还包括：
12.相位掩模板调整模块，包括用于获取所述相位掩模板与待刻写光栅之间水平距离的高精度显微监控模块，以及前后电动位移台，所述相位掩模板和所述高精度显微监控模块连接到所述前后电动位移台上。
13.进一步的，所述高精度显微监控模块包括金属笼，以及从上到下设置在所述金属笼中的显微物镜和显微目镜，所述金属笼下方设置有ccd图像传感器。
14.进一步的，所述相位掩模板与待刻写光栅之间距离为20
‑
30μm。
15.有益效果：
16.（1）本实用新型通过强度调制模块的设置调整激光的强度，使光纤的光致折射率改变依照需要产生，从而实现任意色散值的光纤光栅的刻写，本实用新型中所使用的相位掩模板可以为周期吻合的均匀相位掩模板，这样在同一波段配置1块均匀相位掩模板就可以实现该波段任意色散值的光纤光栅的刻写，大大的降低了生产成本；
17.（2）本实用新型利用高精度显微监控模块，实验并确认了相位掩模板与光纤之间的距离应当为20
‑
30um，在避免纤芯及纤芯反射光损坏掩模板的基础上，实现了相干度的优化（经测实际值超过90%，对比之前的50
‑
60%，有较大幅度的提升），这大大的降低了工作激光对光纤纤芯的损伤，有效的降低了光纤光栅工作时的自发热，从而提升光纤光栅的耐受功率（应用于激光方向）并降低了插入损耗（应用于通讯传感方向）；
18.（3）本实用新型基于可编程空间光调制器设计的强度调制模块，能依据需要当做任意切趾模块使用，实现任意切趾效果，从而降低设备成本。
附图说明
19.图1为实施例1用于体现强度控制模块和聚焦模块的示意图；
20.图2为实施例1用于体现光束整形模块的示意图；
21.图3为实施例1用于体现强度控制模块的示意图；
22.图4为实施例1用于体现聚焦模块的示意图；
23.图5为实施例1用于体现高精度显微监控模块的示意图；
24.图6为实施例2用于体现高精度显微监控模块的示意图。
25.图中，11、左右电动位移台；12、平面安装板；21、ase光源；22、光谱仪；23、光纤夹具；24、u型工件；31、扩束镜；32、二维光阑；33、匀化镜；34、反射镜；35、激光光源；4、聚焦模块；41、聚焦镜；42、前后电动位移台；5、高精度显微监控模块；51、水平电动位移台；52、金属笼；53、显微物镜；54、显微目镜；55、ccd图像传感器；6、待刻写光栅；7、强度控制模块；71、函数发生器；72、可编程空间光调制器；8、控制模块；9、相位掩模板。
具体实施方式
26.下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
27.实施例1：一种刻写任意色散光纤光栅的装置，如图1
‑
5所示，包括光源模块、相位掩模板9、光纤夹具23、ase光源21、光谱仪22、控制模块8、强度控制模块7、聚焦模块4和移动模块。
28.光源模块包括激光光源35和用于对激光光源35输出光束的光束整形模块，光束整形模块包括扩束镜31、二维光阑32和匀化镜33。
29.其中，激光光源35可以选用248nm准分子激光器，但不限于此，激光光源35用于输出工作激光，通过信号线与控制模块8相连，即控制模块8可以通过控制激光光源35输出激光。
30.光束整形模块用于将激光光源35输出的光束进行整形，使之更加均匀。其中的二
维光阑32用于滤除光束周边不均匀的部分，匀化镜33用于将光束匀化为均匀的圆形光束，在实际应用中，若使用的是点光源21ase，则可以去掉匀化镜33，若使用的是面光源21ase，则可以去掉扩束镜31。
31.为了将光束整形模块输出的光束导向至强度控制模块7进行调节，还可以设置有反射镜34，反射镜34安装在平面安装板12上。如图1所示，反射镜34将光束整形模块输出的光束偏转90
°
导向至强度控制模块7。
32.强度控制模块7用于调整强度控制模块7输出激光的激光强度，包括可编程空间光调制器72和函数发生器71，函数发生器71根据电脉冲信号驱动可编程空间光调制器72调节光源模块输出激光的激光强度。
33.可以理解，可编程空间光调制器72由函数发生器71产生的电脉冲信号控制其驱动电路，它含有许多独立的像素，这些像素在空间排成一维或二维阵列，每个像素可以独立接受电信号的控制并改变自身的光强透过率，从而实现曝光光束的空间强度调制，并且可编程空间光调制器72要根据激光的波段选用合适的晶体或者聚合物材料。
34.函数发生器71可以通过gpib接口与控制模块8连接，并利用其自带的波形编辑软件生成想要的电压信号，以此电压信号来控制可编程空间光调制器72的驱动电路，实现编程空间光调制器的可编程工作，进而调节其输出激光的激光强度。
35.在一些实施例中，激光照射在待刻写光栅6上的能量调节如下：
36.聚焦模块4，位于强度控制模块7下方，包括前后电动位移台42以及安装于前后电动位移台42上的聚焦镜41，前后电动位移台42用于根据能量调整信号调整激光照射在待刻写光栅6上的焦点位置，从而改变激光照射在待刻写光栅6上的能量。
37.其中，控制模块8根据光谱仪22的反馈信息获取能量调整信号，来控制前后电动位移台42前后移动，从而带动与前后电动位移台42连接的聚焦镜41移动，进而调节激光照射在待刻写光栅6上的焦点位置，从而改变激光照射在待刻写光栅6上的能量。
38.可以理解，相位掩模板9位于聚焦模块4下方，用于将聚焦模块4输出的激光分为两束激光，在待刻写光栅6上产生干涉。
39.在实际应用中，可以设有u型工件24， u型工件24的两端设置有安装台，光纤夹具23连接到安装台上，将待制作光纤连接到光纤夹具23上进行固定。ase光源21和光谱仪22分别位于光纤夹具23的两侧，ase光源21和光谱仪22分别连接待刻写光栅6的两端，其中的光谱仪22用于实现光栅制作过程中光栅透射谱和反射谱的监测，并形成反馈信息。
40.将光纤夹具23，安装到u型工件24的两端，将已完成载氢及涂覆层剥离的待刻写光栅6固定到所述光纤夹具23上，并将待刻写光栅6的一端连接ase光源21，另一端连接光谱仪22，将光谱仪22连接到控制模块8，控制模块8用于接收光谱仪22的反馈信息。
41.为了实现对整个待制作光栅的制作，移动模块包括左右电动位移台11，强度控制模块7、相位掩模板9、和聚焦模块4均通过平面安装板12安装到左右电动位移台11上，左右电动位移台11连接控制模块8，控制模块8根据光谱仪22的反馈信息，控制左右电动位移台11同步左右移动，实现整条光纤光栅写入，当光谱仪22返回的光纤光栅光谱信息符合设定要求时，光纤光栅刻写完成。
42.在实际应用中，光源模块中的激光光源35和光束整形模块不设置在左右电动位移台11上，不随着左右电动位移台11上进行左右移动。
43.具体实施过程如下：
44.将光纤夹具23，安装到u型工件24的两端，将已完成载氢及涂覆层剥离的待刻写光栅6固定到光纤夹具23上，并将待刻写光栅6的一端连接ase光源21，另一端连接光谱仪22，将光谱仪22连接到控制模块8；
45.根据控制模块8控制水平电动位移台51将相位掩模板9和待刻写光栅6之间的距离调整到20
‑
30μm；
46.根据控制模块8控制激光光源35输出激光，输出的激光经过光束整形模块进行滤除和匀化后，经反射镜34，打到强度控制模块7的函数发生器71上；
47.控制模块8根据需求选定待刻写光栅6的参数，根据参数产生切趾分布的电脉冲信号，函数发生器71根据电脉冲信号驱动可编程空间光调制器72调节输出激光的激光强度；
48.从强度控制模块7输出的激光，打到聚焦模块4上，控制模块8按照光谱仪22的反馈信息获取能量调整信号，控制前后电动位移台42以使聚焦镜41的焦点前后移动，从而改变打到待刻写光栅6上的能量；
49.聚焦模块4输出的激光打到相位掩模板9上，相位掩模板9将点光束分为两束激光，在待刻写光栅6的纤芯上产生干涉，同时控制模块8根据光谱仪22的反馈信息，控制左右电动位移台11同步左右移动，实现光纤光栅写入；
50.当光谱仪22返回的光纤光栅光谱信息符合设定要求时，光纤光栅刻写完成。
51.实施例2：一种刻写任意色散光纤光栅的装置，与实施例1不同之处在于，如图6所示，还包括相位掩模板调整模块，相位掩模板调整模块包括用于获取相位掩模板9与待刻写光栅6之间水平距离的高精度显微监控模块5，以及水平电动位移台51，相位掩模板9和高精度显微监控模块5连接到水平电动位移台51上，水平电动位移台51连接到平面安装板12上。
52.其中，高精度显微监控模块5包括金属笼52，以及从上到下设置在金属笼52中的显微物镜53和显微目镜54，金属笼52下方设置有ccd图像传感器55。
53.可以理解，高精度显微监控模块5可以将检测到的距离信息发送给控制模块8，控制模块8控制水平电动位移台51调整相位掩模板9的高度，从而调整相位掩模板9与待刻写光栅6之间距离。
54.在实际应用中，可以将相位掩模板9与待刻写光栅6之间距离调整为20
‑
30μm。利用高精度显微监控模块5，实验并确认了相位掩模板9与光纤之间的距离应当为20
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30um，在避免纤芯及纤芯反射光损坏掩模板的基础上，实现了相干度的优化（经测实际值超过90%，对比之前的50
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60%，有较大幅度的提升），这大大的降低了工作激光对光纤纤芯的损伤，有效的降低了光纤光栅工作时的自发热，从而提升光纤光栅的耐受功率（应用于激光方向）并降低了插入损耗（应用于通讯传感方向）。
55.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。