多芯光纤光栅的旋转式写入方法 【技术领域】
本发明属于光纤通信和光纤传感技术领域，涉及一种多芯光纤光栅的制作技术。
背景技术
典型的光纤是单芯结构，由包层环绕着纤芯构成圆柱形光波导。而多芯光纤，则是在同一外包层内含有多根纤芯，每根纤芯周围都是包层材料。因此，每个纤芯都是一条光纤波导，即一根多芯光纤中集成了多根单芯光纤。多芯光纤的概念，早在上世纪70年代末就被提出，目的是为了同时解决降低光纤光缆的制造成本和开发高密集度大芯数光缆这两大难题。但是直到上世纪90年代，随着光纤制造技术的不断发展和完善，使得多芯光纤在制造过程中，内残余应力不断降低，机械强度和可靠性提高，才逐渐发展到实用化、商品化的阶段。多芯光纤在光纤通信和光纤传感领域具有很多用途，利用多光束干涉效应可以构成多种器件，例如：光纤滤波器、光开关、光波分复用器、光分插复用器；利用多芯光纤进行能量泵浦，可以制造更大功率的光纤激光器，将稀土元素掺入多芯光纤中，可以改善光纤放大器的增益均衡特性。
采用多芯结构光纤制作光栅，将多个光纤光栅集成到一根光纤中，可以构造多波长组合光纤滤波器；此外，沿同一多芯光纤写入不同波长的光纤光栅组，可构成分布式光纤光栅弯曲传感器；采用多芯光纤光栅传感器可同时获得弯曲的大小和方向的信息，多芯光纤光栅可以对应变和弯曲等多种参量进行同时测量且有好的灵敏度。
目前单芯光纤光栅无论是理论分析还是制作工艺都已相当成熟，但非同一平面多芯光纤光栅多数都是采用一侧曝光技术[W.N.MacPherson，Meas.Sci.Technol.15，1642，2004和美国专利NO.20070201793A1]，多个纤芯光栅一次性写入，利用此种制备方法制作的光栅，不同纤芯栅距不一致，各个光栅反射峰值差别也较大，离写入光束较远的纤芯，折射率改变很小，反射峰值较小，谐振波长也较长，且多个光栅间满足固定的关系，可调谐性较差，光纤自身棱镜效应对各个光栅特性也有影响。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种方法简单，可调谐性大的多芯光纤光栅的旋转式写入方法。
本发明的目的是这样实现的：
主要包括以下步骤：
1、取一多芯光纤，将其中一段剥除涂敷层，进行清洁处理后将多芯光纤固定在光纤夹具上，光纤夹具置于旋转光学装置上，多芯光纤紧贴相位掩模板，调节旋转光学装置使多芯光纤的一个纤芯对准写入光源；
2、开启准分子激光器，经准直扩束后变成平行光，进行曝光；
3、多芯光纤一端接入宽带光源，另一端接入光谱仪；通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光；
4、调节旋转光学装置到适当角度使多芯光纤的下一个纤芯正对着写入光源，重复2-3步骤，逐一纤芯写入；
5、进行封装。
所述多芯光纤是多个纤芯不在同一平面，各纤芯分布在一个同心圆周上，各个纤芯离包层外边界距离较近，各纤芯间的距离较大，纤芯间无相互耦合的多芯光纤。
所述多芯光纤为光敏光纤，每个纤芯的光敏性相同或不同；多芯光纤的各个纤芯的折射率相同或不同；多芯光纤的各个纤芯的芯径大小相同或不同。
每次写入时选择的相位掩模板的周期和形状相同或不同。
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种旋转式多芯光纤光栅写入技术，每次写入一个纤芯光栅，多个光栅间无关联。该方法制备简单，可调谐性大。本发明实施简便，制作过程易于控制，可以大大提高光栅写入质量；所制作的多个光纤光栅集成于一根光纤中，可提高光学器件在光纤中的集成，可进行多个物理量和多维信息的同时测量。
本发明的要点是光纤含有多个纤芯，多个纤芯不在同一平面，各纤芯分布在一个同心圆周上，各个纤芯离包层外边界距离较近，各纤芯间的距离较大，纤芯间无相互耦合；多芯光纤光栅写入是利用一精密光学装置，光纤夹具固定在该装置上，每次只写入一个纤芯，写入时首先将光纤固定在光纤夹具上，调节精密光学装置，光纤随之旋转，使某一光纤芯对准紫外光源，利用相位掩模板写入一个光纤光栅，写入后调节旋转光学装置改变光纤中各个纤芯的位置，使下一个待写入纤芯对准写入光源，刻入第二个光栅，以此类推，逐一写入；每次写入相位掩模板可调换，相位掩模板可具有不同的周期和不同的形状。
所述精密转光学装置的旋转由步进电机精确控制，精密调节装置可作任意角度的旋转调节。多芯光纤为光敏光纤，每个纤芯可具有不同的光敏性；多芯光纤的多个纤芯可具有不同的折射率和不同的芯径大小。
【附图说明】
图1是(a)是四芯光纤光栅结构示意图；图1(b)是三芯光纤光栅结构示意图；图1(c)是双芯光纤光栅结构示意图。
图2是本发明用于制作多芯光纤光栅的旋转光学装置示意图。
图3(a)-图3(c)是本发明制作多芯光纤光栅时光纤旋转示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
图中各标号的含义为：1-光纤包层；2-纤芯；3-光纤光栅；4-待写入光栅的多芯光纤；5-紫外光束；6-紫外光束准直扩束系统；7-经准直扩束后紫外光；8-相位掩模板；9-光纤夹具；10-多维调节架；11-步进电机控制的精密旋转光学装置；12-二维调节架；13-精密可移动平台；14-光学平台。
实施方案1：
参阅图2本发明用于制作多芯光纤光栅的装置示意图。
本发明四芯光纤光栅的制作方法的实施例，具体包括以下步骤：
1、取一根多芯光纤4，光纤具有四个纤芯，四个纤芯对称分布在同心圆周上(如图3(a))，剥除3-4cm长度光纤的涂敷层，进行清洁处理后将其固定在光纤夹具9上，利用显微镜观察各个纤芯的位置；
2、调节相位掩模板8紧贴光纤，调节多维调节架10使光纤与相位掩模板8相互平行；
3、由步进电机控制调节旋转光学装置11使光纤的某一个纤芯调节到正对相位掩模板8，调好后将之固定；
4、紫外光束5经紫外光束准直扩束系统6变成平行光7，经相位掩模板8在光纤4上进行曝光；
5、光纤4一个尾端利用分束器接入宽带光源，另一端接入光谱分析仪观测反射谱；开启宽带光源，通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光，一个纤芯上的光栅制作完成；
6、步进电机控制旋转光学装置，使光纤两端均旋转90度角，则另下一个光纤纤芯正对着相位掩模板8，重复2-5的步骤写入第二个光栅；接着按上述步骤逐一纤芯写入，直至所有纤芯都写入光栅；
7、进行封装，完成四芯光纤光栅(见图1(a))的制作。
实施方案2：
本发明双芯光纤光栅的制作方法的实施例，具体包括以下步骤：
1、取一根双芯光纤4，剥除3-4cm长度光纤的涂覆层，进行清洁处理后将其固定在光纤夹具9上；
2、调节相位掩模板8紧贴光纤，调节多维调节架10使光纤与相位掩模板8相互平行；
3、利用显微镜观察各个纤芯位置，由步进电机控制旋转光学装置11使光纤的某一个纤芯调节到正对相位掩模板8，调好后将之固定；
4、紫外光束5经紫外光束准直扩束系统6变成平行光7，相位经掩模板8在光纤4上进行曝光；
5、光纤4一个尾端利用分束器接入宽带光源，另一端接入光谱分析仪观测反射谱；开启宽带光源，通过光谱仪监测光栅形成，达到所需反射率时停止曝光，一个纤芯上的光栅制作完成；
6、步进电机控制光纤旋转光学装置11，使光纤两端均旋转180度角，将第一个掩模板移走，替换另一个与第一个掩模板具于不同的栅距的掩模板，仍利用显微镜进行观测，调节使第二个光纤纤芯正对相位掩模板8，重复2-5的步骤写入第二个光栅；
7、进行封装，完成两个纤芯具有不同反射波长的双芯光纤光栅(见图1(c))的制作。