一種硫系光纖光柵的制作裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種硫系光纖光柵的制作裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信中的一些技術(shù)逐漸為現(xiàn)代科技的發(fā)展提供了平 臺，而光纖技術(shù)的發(fā)展成為了當(dāng)今和未來信息科學(xué)的重要支柱，而光纖光柵這個新興的光 纖器件，是光纖技術(shù)的新進(jìn)展，對全光纖器件的制作和發(fā)展起著重要的作用。近年來，用于 通信波段的石英光纖光柵的研究取得了重大進(jìn)展，主要集中于光纖光柵的紫外光照射生長 動力學(xué)、光學(xué)特性和成柵技術(shù)的研究。石英玻璃光纖光柵的制備技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)階段則主 要集中于非均勻周期的光纖光柵的制作、光纖光柵光學(xué)特性及其在光纖激光器及光纖傳感 中的應(yīng)用研究。
[0003] 受石英材料紅外截止特性的限制，目前常用的石英光纖光柵無法應(yīng)用于2微米以 上的中紅外波段。然而中紅外波段是包含十分重要的大氣紅外窗口，而且覆蓋了絕大多數(shù) 分子的指紋區(qū)，如：二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體，TNT炸藥、沙林神經(jīng)毒氣等危險品，中 紅外的光纖激光源和光纖傳感探測等應(yīng)用對此波段的光纖光柵提出了強(qiáng)烈的需求。硫系玻 璃是以元素周期表VIA族中S，Se，Te元素為主，并引入一定量的其它類金屬元素（Ga、Ge、 As、Sb等）所形成的無氧玻璃，其在中遠(yuǎn)紅外具有很寬的透過范圍和極小的吸收，而在可見 光區(qū)域的帶邊吸收帶具有特殊的光敏特性。
[0004] 硫系光纖光柵是利用硫系玻璃光纖為材料制作光纖光柵，利用硫系玻璃在吸收帶 邊的光敏特性，可見光波段的多種激光（632nm, 532nm, 473nm等）的全息干涉效應(yīng)制備光纖 光柵，并可以靈活的控制光纖光柵的周期和相移大小。因此，制備的硫系玻璃光纖光柵可以 被應(yīng)用用于中紅外的光纖傳感，用于各種生物分子探測。此外，中紅外的光纖激光也是目前 人們研究的熱點(diǎn)，在中紅外光纖激光中，必須要有高質(zhì)量的光纖光柵作為光纖激光的布拉 格反射鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用可見波段激光的全息光刻技術(shù)制作 硫系光纖光柵的制作裝置及其制作方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種硫系光纖光柵的制作裝置， 其特征在于：包括單縱模激光器，位于單縱模激光器輸出光路上的偏振控制光路，光強(qiáng)控制 光路和擴(kuò)束準(zhǔn)直光路，位于該擴(kuò)束準(zhǔn)直光路后的分光鏡，位于分光鏡后的兩束光路上的反 射鏡，以及位于反射鏡后的聚焦元件，該聚焦元件后的兩束光在待加工的硫系光纖的側(cè)面 產(chǎn)生干涉場，所述待加工的硫系光纖設(shè)于三維平臺上并且隨著三維平臺運(yùn)動。
[0007] 為了便于在光纖的側(cè)面產(chǎn)生干涉場，所述聚焦元件為柱透鏡或者三棱鏡，當(dāng)使用 三棱鏡聚焦時，在三維平臺上固定另一三棱鏡，將待加工的硫系光纖固定在所述另一三棱 鏡上，該另一三棱鏡上還設(shè)有折射率匹配液，該另一三棱鏡與三棱鏡以及折射率匹配液的 折射率均相同；
[0008] 所述聚焦元件為柱透鏡時，在三維平臺上放置一塊玻璃，然后將待加工的硫系光 纖放置在所述玻璃上，然后用光學(xué)膠帶黏在待加工的硫系光纖上將待加工的硫系光纖固 定，并且玻璃和三維平臺的接觸面上涂覆上一層黑色的吸光材料。
[0009] 為了便于加工時監(jiān)測，所述待加工的硫系光纖的一側(cè)設(shè)置寬帶光源，另一端設(shè)置 光譜儀。
[0010] 優(yōu)選地，待加工的硫系光纖在加工前剝除涂覆層。
[0011] 優(yōu)選地，所述柱透鏡為平凸透鏡。
[0012] 優(yōu)選地，所述的反射鏡為其反射波長范圍覆蓋單縱模激光光源波長的寬帶介質(zhì)膜 尚反射鏡。
[0013] 優(yōu)選地，所述偏振控制光路包括偏振控制器，光強(qiáng)控制光路包括衰減控制器，擴(kuò)束 準(zhǔn)直光路包括擴(kuò)束準(zhǔn)直控制器。
[0014] 上述硫系光纖光柵的制作方法：
[0015] 1)搭建光路，將單縱模激光器輸出的激光變成均勻平行光；
[0016] 2)剝除待加工的硫系光纖的部分涂覆層，將待加工的硫系光纖進(jìn)行清潔，然后將 待加工的硫系光纖固定在三維平臺上；
[0017] 3)將步驟1)中調(diào)整后的激光入射到分光鏡上分成兩束強(qiáng)度相同的光束；
[0018] 4)將兩束光束分別經(jīng)過反射鏡全反射；
[0019] 5)將步驟4)中的兩束反射后的光經(jīng)過聚焦元件匯聚后入射到待加工的硫系光纖 的側(cè)面產(chǎn)生干涉場；
[0020] 6)調(diào)整待加工的硫系光纖的位置以及調(diào)整反射鏡之間的距離和角度，并且將調(diào)整 后的激光對硫系光纖的照射一定時間形成光柵。
[0021] 優(yōu)選地，上述步驟中還可以包括在步驟6)后，對刻寫的光柵進(jìn)行光譜分析，并且 進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
[0022] 優(yōu)選地，步驟2)中對待加工的硫系光纖（100)進(jìn)行清潔具體包括將待加工的硫系 光纖浸泡在二甲基乙酰胺溶液或者98%的濃硫酸溶液培養(yǎng)皿中半小時，取出涂覆層被剝的 待加工的硫系光纖，用乙醇與丙酮溶液對剝離涂覆層的區(qū)域充分的擦拭，同時清潔整段光 纖。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用硫系玻璃在吸收帶邊的光敏特 性，利用可見光波段的多種激光的全息干涉效應(yīng)制備光纖光柵，并可以靈活地控制光纖光 柵的周期和相移大?。恢苽涞牧蛳挡ＡЧ饫w光柵可以被應(yīng)用于中紅外的光纖傳感，用于各 種生物分子探測；此外，這樣的硫系光纖光柵也可以用于中紅外光纖激光的研究中。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的硫系光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明硫系光纖光柵的第一實(shí)施例的裝置示意圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明硫系光纖光柵的第二實(shí)施例的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028] 硫系光纖結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，從外向內(nèi)分別為涂覆層10、包層20和纖芯30。涂覆 層10的材料主要是PMMA樹脂材料，主要目的是使光纖抵御外界的破壞，包層20和纖芯30 是一體的，包層20比纖芯30的折射率低，可以使光線在纖芯30內(nèi)發(fā)生全反射。
[0029] 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的硫系光纖光柵的制作裝置的示意圖，圖3為本發(fā)明第 二實(shí)施例的硫系光纖光柵的制作裝置的示意圖。
[0030] 制作該硫系光纖光柵的全息光刻法主要分以下步驟：
[0031] (1)搭建激光光路，包括單縱模激光器，位于單縱模激光器輸出光路上的偏振控制 光路，光強(qiáng)控制光路和擴(kuò)束準(zhǔn)直光路，經(jīng)過這些光路后的激光變成均勻的平行光。該偏振控 制光路包括偏振控制器40,光強(qiáng)控制光路包括衰減控制器50,擴(kuò)束準(zhǔn)直光路包括擴(kuò)束準(zhǔn)直 控制器60,例如，單縱模激光器輸出的532nm的激光首先經(jīng)過偏振控制器40,變成豎直偏 振，然后經(jīng)過衰減控制器50,使它的能量減弱，不會覺得很刺激眼部，在經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直控制 器60使其變成直徑lcm的均勻平行光。
[0032] (2)剝除部分待加工的硫系光纖100的涂覆層10,然后將待加工的硫系光纖100 浸泡在二甲基乙酰胺溶液或者98%的濃硫酸溶液培養(yǎng)皿中半小時，取出涂覆層被剝的待加 工的硫系光纖100,用乙醇與丙酮溶液對剝離涂覆層的區(qū)域充分的擦拭，同時也要清潔整段 光纖。并且優(yōu)選地，該步驟中還可以將剝離涂覆層后的光纖放在顯微鏡下觀察裸光纖以確 定在處理過程中沒有造成傷痕。該步驟即將該待加工的硫系光纖100進(jìn)行清潔。將清潔后 的待加工的硫系光纖100固定在三維平臺80上。
[0033] (3)將上述單縱模激光器的激光束（632nm，532nm，473nm等）照射到分光鏡1上， 經(jīng)過分光鏡1的可見光分成為兩個強(qiáng)度相同的兩束光。
[0034] (4)再讓步驟⑶中形成的兩束光以相同角度分別經(jīng)過反射鏡2產(chǎn)生全反射。
[0035] (5)經(jīng)過反射的兩束光經(jīng)過聚焦元件聚焦后兩束光共同會聚到待加工的硫系光纖 100的側(cè)面，并且兩束光產(chǎn)生干涉場。在該步驟中，使反射后的光聚焦可以采用柱透鏡3,或 者采用三棱鏡3'。
[0036] (6)在待加工的硫系光纖100的側(cè)面形成正弦分布明暗相見的干涉條紋，進(jìn)而照 射在光纖軸上，經(jīng)過一定時間的可見光照射，纖芯內(nèi)部的折射率發(fā)生永久性的改變，形成光 柵。
[0037] (7)用寬帶光源發(fā)出的光通過刻寫的光纖光柵后輸出到光譜分析儀，實(shí)時的監(jiān)測 制作過程中硫系光纖光柵的透射譜變化。
[0038] 由于光柵周期與干涉光束之間具有以下關(guān)系：
[0039]
[0040] 》」丁?