一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法

技术特征：
1.一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法，其具体步骤如下：步骤1：采用光束传播法对基于周期纤芯偏移的超长周期光纤光栅(core-offset ultra-long period fiber grating，co-ulpfg)进行理论仿真分析，研究光栅偏移量、周期长度和周期个数对透射谱的影响，为实验制作奠定基础；步骤2：选择预先编译的程序，设置一个预期的偏移量，将两段剥去涂覆层的光纤放在集光纤切割、拼接和移动功能于一体的半自动光纤处理平台(laser direct structuring，lds2.5)的两端固定，进行对齐校正；步骤3：取一段标准单模光纤(single mode fiber，smf)，其中一端连接超连续谱光源，另一端通过传感接头连接到光谱分析仪上，用于实时监测透射光谱；步骤4：将smf中间大约1cm左右的部分去掉涂覆层，露出裸纤，并使裸纤部分放于lds2.5电极下方，smf的左右两端固定在光纤夹持器上，然后通过光纤直径计算机自动计算出相应的拉力以使光纤保持拉直状态，并在一端粘贴一个标签使其方向垂直向下，测量时以标签方向记录偏移方向；步骤5：切割刀头由计算机控制调出，使其下落在距离光纤适当的位置处，调出切刀垫板使其上升到刚好使光纤贴附于之上的位置，然后点击计算机屏幕上的切割按钮后，光纤被快速切割，此时将切割刀头尽快抬起，避免残余超声振动对光纤切割端面平整度造成影响，最后将切割刀头和切刀垫板分别调整回原来的位置，完成一次切割过程；步骤6：通过三个电极的同时放电将两段切割完成的光纤进行熔接，便得到一个错位结构，通过光谱仪观察光谱形状的变化；步骤7：通过三维位移平台将光纤水平移动一个周期的距离λ，重复上述的步骤5和步骤6，直至光谱仪上可以观察到一个较好的谱形，即为完成一个co-ulpfg的制作；步骤8：固定光栅的周期λ，调整熔接程序中光纤的偏移量d，通过重复步骤2至步骤7，分别制作出级联错位个数相同、周期相同、四种不同偏移量的co-ulpfg，并分析偏移量变化对其透射特性的影响；步骤9：固定光纤的偏移量d，调整位移平台移动的距离，通过重复步骤2至步骤7，分别制作出错位个数相同、偏移量相同、三种不同周期长度的co-ulpfg，并分析光栅周期长度变化对其透射特性的影响；步骤10：选取一个λ＝2mm，d＝3μm的样本co-ulpfg，对其进行温度传感特性的测量，在实验中，将光栅放置在温控箱中，其中一端用光纤夹持器固定，另一端挂坠一个10g砝码，以避免光纤弯曲对透射谱的影响，逐渐改变温度，记录光谱的变化情况；步骤11：对步骤10中所使用的co-ulpfg进行应变传感特性的测量，在实验中，光纤的两端用光纤夹持器固定，并挂坠砝码保持拉直状态，通过光纤夹持器的移动控制施加不同的应变，记录光谱的变化情况；步骤12：通过步骤10获得的不同温度下的光谱变化图和步骤11获得的不同弯曲方向下的光谱变化图，追踪谐振波长的漂移和幅值的变化，计算温度灵敏度和弯曲灵敏度，实现温度测量和弯曲矢量测量。2.根据权利要求1所述的基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，在步骤5中，使用的是集光纤切割、熔接和移动功能于一体的半自动光纤处理平台，整个平台的操作由计算机控制，在切割系统中，可根据光纤直径计算所需张力自动施加在光纤
上，使光纤拉直，保证切割端面的平整度，切割过程和质量可以通过电极上方的摄像头进行监控，并实时显示在电脑屏幕上，此平台的切割系统是利用超声振动来快速切割光纤，而不是传统的刀片切割，这种切割方法不需要直接与光纤接触，而且切割后的光纤端面更加光滑。3.根据权利要求1所述的基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，在步骤6制作错位结构的熔接过程中，可在计算机中建立错位结构的加工程序，放电强度400bits，电弧放电持续时间为2000ms，根据所制作错位结构的偏移量大小，光纤偏移量可在2.0-3.5μm之间调整，三维位移平台的移动精度为0.1μm，光纤夹持器固定其上，带动光纤一起移动。4.根据权利要求1所述的基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，在步骤7中形成的co-ulpfg，光栅周期λ在1mm以上，级联的错位结构大小和形状基本相同，偏移量在2μm
±
0.1μm的量值，经过3个错位结构后可以形成明显的透射峰。5.根据权利要求1所述的基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法，其特征在于，在步骤10和步骤11中，对λ＝2mm，d＝3μm的co-ulpfg测试得到的温度灵敏度为80pm/℃、0.014db/℃；当co-ulpfg向0
°
方向弯曲测试时，波长灵敏度和幅值灵敏度分别为-1.830nm/m-1
和-1.633db/m-1
；向90
°
方向弯曲测试时，波长灵敏度和幅值灵敏度分别为-0.583nm/m-1
和-1.314db/m-1
；向180
°
方向弯曲时，波长灵敏度和幅值灵敏度分别为-1.674nm/m-1
和-1.833db/m-1
；向270
°
方向弯曲时，波长灵敏度和幅值灵敏度分别为-0.479nm/m-1
和-1.478db/m-1
。

技术总结
本发明属于光纤器件设计制作领域，涉及一种基于周期纤芯偏移超长周期光纤光栅的制作方法。本发明通过搭建光栅制作平台，采用超连续谱光源作为输入光源，利用半自动光纤加工平台进行光栅制作并进行透射光谱的实时监测，分析各结构参数对透射特性的影响，制作出具有识别方向性且可以实现较大弯曲范围的超长周期光纤光栅。在0-7.041m-1


技术研发人员：张珊珊 董跨 尹吉喆 杨星月
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/11/22