光纤光栅切趾装置及光纤光栅切趾方法与流程

1.本技术涉及光纤光栅刻写技术领域，尤其涉及一种光纤光栅切趾装置及光纤光栅切趾方法。


背景技术：

2.光纤光栅是一种折射率周期性变化的光纤器件，主要应用于光纤激光器、光纤放大器、光纤传感和光通信领域，由于其折射率的特殊分布，可对一些特定的波长有反射或者透射作用，某些场合能代替过去的谐振腔和机械刻写光栅，能节约成本，提高产品稳定性和缩小体积。切趾的折射率分布规律沿轴向满足某种特定函数如升余弦滚降函数，会对反射谱旁边的旁瓣有抑制作用，切趾光纤光栅已经在密集波分复用、解复用技术等中应用，例如在光纤激光器中有效地进行了波长选择性激励放大，有效地抑制了旁瓣，提高系统的转换率和利用率，从而提高使用效率，降低能耗。
3.现有的光纤光栅的切趾方法主要包括以下三种：
4.方案一，利用步进电机控制反射镜移动，使得反射的准分子激光器激光在下面的掩模版上方移动，控制电机的运动速度就能控制光纤上每个点的曝光时间，进而控制刻写光栅的折射率沿光纤的分布，从而形成想要的光栅周期，优点是可以选择相对成本较低的均匀分布的掩模版刻写不同的光栅，但受制于电机运动函数的具体执行情况，且电机运动产生的震动也会影响刻写，进而影响良品率。
5.方案二，无需使用电机，直接用特制的切趾相位掩模版来照射光纤，优点是比较简单，缺点是特制的切趾相位掩模版只能用于制作一种光栅，由于特制的掩模版相较于均匀的掩模版制作成本更高，导致成本高。
6.方案三：与方案一类似，但通过移动光阑的方式控制曝光区域的大小，进而控制掩模版上每个点曝光时间的不同来控制切趾，同样会受到电机振动的影响而影响良品率。由于是通过控制曝光区域大小进行刻写，则刻写相对更复杂的光纤光栅时，电机的运动函数和控制精度要求反而要远远大过方案一，而且有可能还因此要额外升级电机等控制设备而导致开支增加。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种光纤光栅切趾装置及光纤光栅切趾装置及光纤光栅切趾方法，无需使用电机控制反射镜或光阑移动，以解决因震动导致的良品率低及现有光纤光栅切趾装置的成本较高的技术问题。
8.本技术第一方面的实施例提出一种光纤光栅切趾装置，包括：
9.激光器，用于朝第一方向发射激光；
10.光路机构，包括分光组件和反射组件，所述分光组件包括间隔设置的第一分光片和第二分光片，所述反射组件包括间隔设置的第一反射片和第二反射片，所述激光通过所述第一分光片分为沿所述第一方向的第一激光和沿第二方向的第二激光，所述第二方向与
所述第一方向呈预设夹角，所述第一激光通过所述第一反射片、所述第二激光通过所述第二反射片分别反射至所述第二分光片的相对两侧且形成干涉光束，所述第一激光和所述第二激光具有光程差；
11.刻写机构，包括平行且间隔设置的光阑和相位掩模版，所述干涉光束依次垂直入射所述光阑、所述相位掩模版及光纤，并用于刻写所述光纤。
12.在一实施例中，所述刻写机构还包括设于所述光阑和所述相位掩模版之间的柱形镜，所述相位掩模版位于所述柱形镜的焦平面上。
13.在一实施例中，所述光阑和所述柱形镜中的至少一者可沿所述干涉光束的入射方向直线移动。
14.在一实施例中，所述干涉光束包括第一光束和第二光束，所述第一光束沿所述第一方向延伸，所述第二光束沿所述第二方向延伸；
15.所述刻写机构的数量为两个，所述第一光束和所述第二光束分别通过对应的所述刻写机构刻写对应的所述光纤。
16.在一实施例中，所述光纤光栅切趾装置还包括光学试验台，所述光路机构设于所述光学试验台上，且所述第一分光片、所述第二分光片、所述第一反射片及所述第二反射片的中心位于同一高度。
17.在一实施例中，所述光纤光栅切趾装置还包括多个设于所述光学试验台上的移动机构，所述第一反射片和所述第二反射片设于对应的所述移动机构上，所述移动机构用于带动所述第一反射片和所述第二反射片中的至少一者沿所述第一方向或所述第二方向移动。
18.在一实施例中，所述第一分光片、所述第二分光片、所述第一反射片及所述第二反射片相互平行。
19.在一实施例中，所述第一分光片、所述第二分光片、所述第一反射片及所述第二反射片均与所述第一方向呈45
°
夹角。
20.在一实施例中，所述第一激光和所述第二激光的光程差为π。
21.上述光纤光栅切趾装置中采用马赫曾德干涉仪方式搭建光路，调节规律简单，则激光通过光路机构形成具有预设光程差的第一激光和第二激光，并在第二分光片处相遇时发生干涉以形成干涉光束，干涉光束被光阑选择其中一个干涉条纹，并通过成本低的均匀的相位掩模版后可进行一次性刻写切趾光纤光栅，无需使用昂贵的特制相位掩模版，节约成本。由于刻写光纤过程中，光路机构中分光组件和反射组件的位置无需变动，则可避免使用电机控制反射片或光阑移动时所产生的震动影响刻写过程，提高良品率，从而有效改善现有光纤光栅切趾装置的成本较高、良品率低的的技术问题。
22.本技术第二方面的实施例还提出一种光纤光栅切趾方法，采用如第一方面任一实施例所述的光纤光栅切趾装置，所述光纤光栅切趾方法包括：
23.启动激光器并朝第一方向发射激光；
24.调整光路机构中第一分光片、第二分光片、第一反射片及第二反射片的位置，使所述激光通过所述第一分光片分为沿所述第一方向的第一激光和沿第二方向的第二激光，且使所述第一激光通过所述第一反射片、所述第二激光通过所述第二反射片分别反射至所述第二分光片的相对两侧且形成干涉光束，所述第一激光和所述第二激光具有光程差；
25.调整刻写机构中光阑和相位掩模版、以及光纤的位置，使所述干涉光束依次垂直入射所述光阑、所述相位掩模版及所述光纤。
26.上述光纤光栅切趾方法中采用马赫曾德干涉仪方式搭建光路，调节规律简单。由于刻写光纤过程中，光路机构中分光组件和反射组件的位置无需变动，则可避免移动部件时的震动影响刻写过程，提高良品率；其次，无需购买昂贵的切趾相位掩模版，只需均匀的相位掩模版即可，节约成本。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本技术第一方面实施例所提供的光纤光栅切趾装置的示意图；
29.图2是图1所述光纤光栅切趾装置中干涉光束的光斑示意图；
30.图3是图2所述光纤光栅切趾装置中干涉光束的光斑光强分布示意图；
31.图4是图1所述光纤光栅切趾装置中反射组件移动位置后干涉光束的光斑示意图；
32.图5是图2所述光纤光栅切趾装置中反射组件移动位置后干涉光束的光斑光强分布示意图；
33.图6是本技术第二方面实施例所提供的光纤光栅切趾方法的流程图。
34.图中标记的含义为：
35.100、光纤光栅切趾装置；
36.10、激光器；11、激光；111、第一激光；112、第二激光；113、干涉光束；1131、第一光束；1132、第二光束；
37.21、第一分光片；22、第二分光片；23、第一反射片；24、第二反射片；
38.31、光阑；32、相位掩模版；33、柱形镜；
39.200、光纤。
具体实施方式
40.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
41.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
42.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
43.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.本技术第一方面的实施例提出一种光纤光栅切趾装置，用于刻写光纤且可对光纤光栅进行切趾。
45.请参照图1至图3，光纤光栅切趾装置100包括激光器10、光路机构和刻写机构。
46.激光器10用于朝第一方向(图示x方向)发射激光11。可以理解，激光11的光路上还可设有扩束镜(图未示)，用于将激光器10所发射的单束激光11扩束为激光柱。
47.光路机构包括分光组件和反射组件，分光组件包括间隔设置的第一分光片21和第二分光片22，反射组件包括间隔设置的第一反射片23和第二反射片24，激光11通过第一分光片21分为沿第一方向的第一激光111和沿第二方向(图示y方向)的第二激光112，则第一激光111和第二激光112为两束交叉的同光源的光，第二方向与第一方向呈预设夹角，第一激光111通过第一反射片23、第二激光112通过第二反射片24分别反射至第二分光片22的相对两侧且形成干涉光束113，即第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24共同组合成马赫曾德干涉仪的样式，以提供干涉光束113。
48.其中，第一激光111和第二激光112具有光程差，即第一激光111和第二激光112分别到达第二分光片22时两者的光程差满足一定的条件，可形成干涉条纹，具体可参见图2和图3。可以理解，光路机构中分光组件和发射组件的位置不发生变动时，第一激光111和第二激光112的光程差恒定，则刻写光纤200的过程中，无需步进电机等需要移动的设备，这对于要求震动尽可能小的光纤光栅制作是相当有益的，可改善良品率。
49.其中，第一分光片21为半透半反片，也即是说，第一激光111为折射光，第二激光112为反射光，且两者强度相同。此外，第一反射片23和第二反射片24均为全反镜且分别用于改变第一激光111和第二激光112的传播方向，第一激光111经过第一反射片23后传播方向变为第二方向，第二激光112经过第二反射片24后传播方向变为第一方向，以使第一激光111和第二激光112可倾斜入射第二分光片22的相对两侧。
50.刻写机构包括平行且间隔设置的光阑31和相位掩模版32，干涉光束113依次垂直入射光阑31、相位掩模版32及光纤200，并用于刻写光纤200，则干涉光束113沿垂直于光纤200的方向对光纤200进行刻写时，光强比较均匀，可提高制作光纤光栅的良品率。光阑31用于选择干涉光束113中的一个干涉条纹，相位掩模版32可选择成本低的均匀的相位掩模版32，无需选择昂贵的切趾相位掩模版32，节约成本。光纤200需提前完成载氢及涂覆层剥离并将其固定在光纤夹具上。
51.上述光纤光栅切趾装置100中采用马赫曾德干涉仪方式搭建光路，调节规律简单，则激光11通过光路机构形成具有预设光程差的第一激光111和第二激光112，并在第二分光片22处相遇时发生干涉以形成干涉光束113，干涉光束113被光阑31选择其中一个干涉条纹，并通过成本低的均匀的相位掩模版32后可进行一次性刻写切趾光纤光栅，无需使用昂贵的特制相位掩模版，节约成本。由于刻写光纤200过程中，光路机构中分光组件和反射组件的位置无需变动，则可避免使用电机控制反射片或光阑移动时所产生的震动影响刻写过
程，提高良品率，从而有效改善现有光纤光栅切趾装置100的成本较高、良品率低的的技术问题。
52.请参照图1，在本技术的一个实施例中，刻写机构还包括设于光阑31和相位掩模版32之间的柱形镜33，相位掩模版32位于柱形镜33的焦平面上。如此，干涉光束113中通过光阑31的干涉条纹可通过柱形镜33汇聚到掺杂的光纤200上面，进而实现对光纤200的刻写，可提高刻写精度。
53.具体地，柱形镜33的数量为两个且两个柱形镜33均为凸面朝向光纤200，则干涉光束113经过柱形镜33后，干涉光束113的干涉角度可沿着光纤200轴向发生连续变化，从而造成光纤200的折射率沿轴向呈周期性渐变。
54.在本技术的一个实施例中，光阑31和柱形镜33中的至少一者可沿干涉光束113的入射方向直线移动，从而调整光阑31和柱形镜33中的至少一者与光纤200之间的相对距离，即通过调整，光阑31与光纤200之间、柱形镜33与光纤200之间的相对距离可增大或减小。如此，可选择合适的干涉光强和宽度进行扩束，以适应不同款光纤200以及客户需要刻写的光栅长度，提升整个光纤光栅切趾装置100的兼容性。
55.可以理解，光阑31和柱形镜33均可设置在精密位移台上，可通过手动或电脑控制以调节光阑31或柱形镜33的位置。
56.请参照图1，在本技术的一个实施例中，干涉光束113包括第一光束1131和第二光束1132，第一光束1131沿第一方向延伸，第二光束1132沿第二方向延伸，即在第二分光片22的作用下，干涉光束113可以朝两个方向传输。可以理解，第一光束1131为第二分光片22的一侧由第一激光111的反射光和第二激光112的折射光形成，第二光束1132为第二分光片22的另一侧由第一激光111的折射光和第二激光112的反射光形成。
57.刻写机构的数量为两个，第一光束1131和第二光束1132分别通过对应的刻写机构刻写对应的光纤200，则光纤光栅切趾装置100可同时对两根光纤200进行刻写，进而提高产率，压缩生产成本。
58.可以理解，干涉光束113也可只沿第一方向或第二方向延伸并通过对应的刻写机构对光纤200进行刻写，在此不做限制。
59.在本技术的一个实施例中，光纤光栅切趾装置100还包括光学试验台(图未示)，光路机构设于光学试验台上，且第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24的中心位于同一高度。如此，基于马赫曾德干涉仪方式搭建的光路机构的调节方法比较成熟，调节规律好找，可节省操作者的调节时间，提高效率；此外，第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24的中心位于同一高度可保证第一激光111和第二激光112在各自光路中的传播均平行于光学试验台的台面，方便调节反射组件的位置以保证第一激光111和第二激光112的光程差满足一定的条件，且可提高第一激光111和第二激光112光程差的精确度。
60.可以理解，位于光学试验台上的光路机构调整后，用于刻写光纤200的干涉光束113比较稳定，刻写机构无需设于光学试验台上，可减少对光学试验台面积的占用。
61.请参照图1，在本技术的一个实施例中，第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24相互平行。
62.具体地，第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24与第一方向
呈45
°
夹角，干涉条纹可见度最大，且该角度易调节，可简化光路机构的调节过程。可以理解，激光11经由第一分光片21后所得到的第一激光111和第二激光112在未到达反射组件前，两者的传播方向相垂直。
63.如此，当被刻写的光纤200为两个时，为了保证两个光纤200刻写过程的一致性，两个光纤200的延伸方向相垂直，且两个刻写机构的柱形镜33的延伸方向也相垂直。
64.在本技术的一个实施例中，第一激光111和第二激光112的光程差为π，此时，干涉条纹最明显，可形成最佳干涉条纹。可以理解，在本技术的其他实施例中，第一激光111和第二激光112的光程差也可为其他值，在此不做限制。
65.为了改变干涉条纹的宽度强度分布以适应不同款光纤200的刻写要求，还可调整第一反射片23或第二反射片24的位置。请参照图4和图5，为调节第一反射片23或第二反射片24的位置后，干涉光束113的光斑示意图和光斑光强分布示意图。可以理解，与图2和图3对比，调节第一反射片23或第二反射片24的位置后，可以改变干涉条纹周期、以及光强分布。
66.具体地，在本技术的一个实施例中，光纤光栅切趾装置100还包括多个设于光学试验台上的移动机构，第一反射片23和第二反射片24设于对应的移动机构上，移动机构用于带动第一反射片23和第二反射片24中的至少一者沿第一方向或第二方向移动。如此，可通过改变第一反射片23和第二反射片24的距离改变干涉条纹周期和能量分布，则在开发新的产品的时候可以避免过去扫描切趾需要用到的复杂电机运动函数，复杂的电机运动函数意味着公式推导和控制难度的增加，从而减小开发成本。
67.可以理解，移动机构为可移动地设于光学试验台上的光学底座，其可通过螺丝连接于光学试验台。
68.上述光纤光栅切趾装置100中采用马赫曾德干涉仪方式搭建光路，调节规律简单，则激光11通过光路机构形成具有预设光程差的第一激光111和第二激光112，并在第二分光片22处相遇时发生干涉以形成干涉光束113，干涉光束113被光阑31选择其中一个干涉条纹，并通过成本低的均匀的相位掩模版32后可进行一次性刻写切趾光纤光栅。由于刻写光纤200过程中，光路机构中分光组件和反射组件的位置无需变动，则可避免使用电机控制反射片或光阑移动时所产生的震动影响刻写过程，提高良品率；其次，无需购买昂贵的切趾相位掩模版32，只需均匀的相位掩模版32即可，节约成本；此外，上述光纤光栅切趾装置100还可同时刻写两根光纤200，提高产率。
69.本技术第二方面的实施例还提出一种光纤光栅切趾方法，采用如第一方面任一实施例中的光纤光栅切趾装置100，请参照图6，光纤光栅切趾方法包括：
70.s1，启动激光器10并朝第一方向发射激光11。
71.s2，调整光路机构中第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24的位置，使激光11通过第一分光片21分为沿第一方向的第一激光111和沿第二方向的第二激光112，第二方向与第一方向呈预设夹角，且使第一激光111通过第一反射片23、第二激光112通过第二反射片24分别反射至第二分光片22的相对两侧且形成干涉光束113，第一激光111和第二激光112具有光程差。
72.其中，基于马赫曾德干涉仪的设置方式进行光路机构的调整，使第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24的中心位于同一水平面上；此外，第一分光片
21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24相互平行。
73.具体地，在本实施例中，第一分光片21、第二分光片22、第一反射片23及第二反射片24与第一方向呈45
°
夹角。
74.s3，调整刻写机构中光阑31和相位掩模版32、以及光纤200的位置，使干涉光束113依次垂直入射光阑31、相位掩模版32及光纤200。
75.具体地，光阑31和相位掩模版32平行且间隔设置。
76.可以理解，被刻写光纤200的要求改变时，可调整第一反射片23或第二反射片24的位置，以改变干涉条纹的宽度强度分布；被刻写光纤200的要求不变时，只需更换被刻写光纤200即可。
77.上述光纤光栅切趾方法中采用马赫曾德干涉仪方式搭建光路，调节规律简单。由于刻写光纤200过程中，光路机构中分光组件和反射组件的位置无需变动，则可避免移动部件时的震动影响刻写过程，提高良品率；其次，无需购买昂贵的切趾相位掩模版，只需均匀的相位掩模版32即可，节约成本。
78.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。