利索能及
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专利号: 2021109734015
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:包括紫外激光器(1)、光学导轨(2)、第一线性移动平台(3)、宽带光源(10)、光敏光纤(13)、环形器(14)、光谱仪(15)、计算机(17)以及第二线性移动平台(16);在所述光学导轨上依次布置有反射镜(4)、第一光阑(5)、第二光阑(6)、扩束器(7)、柱透镜(8)及相位掩模板(9);所述第二线性移动平台(16)依次设置有第一光纤夹具(11)和第二光纤夹具(12),所述第一光纤夹具(11)和第二光纤夹具(12)用于夹持固定光敏光纤(13);

所述光学导轨(2)设置于第一线性移动平台(3)上,所述第一线性移动平台(3)和第二线性移动平台(16)分别与计算机(17)连接,所述计算机(17)用于控制光学导轨(2)、第一光纤夹具(11)以及第二光纤夹具(12)的移动速度和移动方式;所述第二线性移动平台(16)能分别单独控制位于其上的第一光纤夹具(11)和第二光纤夹具(12);

所述反射镜(4)、第一光阑(5)、第二光阑(6)、扩束器(7)、柱透镜(8)及相位掩模板(9)能够跟随光学导轨(2)在第一线性移动平台(3)上按计算机(17)设定的速度和方式同步移动;

所述反射镜(4)用于改变紫外激光的轨迹,并确保由紫外激光器(1)发出的紫外激光束位于第一光阑(5)、第二光阑(6)、扩束器(7)、柱透镜(8)及相位掩模板(9)的中心线;

所述环形器(14)与宽带光源(10)、光谱仪(15)以及光敏光纤(13)分别连接,并用于改变反射光信号的方向,便于光谱仪(15)的信号采集。

2. 根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于: 所述紫外激光器(1)提供紫外激光输出,输出紫外激光的中心波长为193nm、244nm、248nm或

308nm。

3.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述第一光阑(5)为横向矩形光阑,所述第二光阑(6)为纵向矩形光阑。

4.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述扩束器(7)用于将通过第一光阑(5)和第二光阑(6)的紫外激光光束光斑进行扩大。

5.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述柱透镜(8)为平凸正柱面透镜,用于将来自扩束器(7)的紫外激光光束汇聚得到特定形状光束。

6.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述相位掩模板(9)用以将经柱透镜(8)的入射紫外激光束分为两束光功率相等的+1级和‑1级衍射光束,两束激光相干涉形成明暗相间条纹,作用于光敏光纤(13)上曝光形成相应周期光纤光栅。

7.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述宽带光源(10)与光敏光纤(13)连接,其输出波长范围为1000nm~2400nm宽带信号光,所述光谱仪(15)用于实时监测光栅刻写过程中反射和透射光谱的情况。

8.根据权利要求1所述的一种线性可移动光纤光栅连续刻写系统,其特征在于:所述第二线性移动平台(16)为一维电机位移平台;所述第一线性移动平台(3)和第二线性移动平台(16)采用的线性平台行程1000mm,编码器分辨率50nm,最大速度100mm/s,负载容量达

100kg,通过计算机(17)设定第一线性移动平台(3)和第二线性移动平台(16)行进速度和移动方式。

9.一种线性可移动光纤光栅连续刻写方法,其特征在于:利用权利要求1至8任意一项所述的刻写系统,包括以下步骤:将紫外激光器(1)的重复频率设置为10~40Hz,高压模块设置为18~22KV,单脉冲能量设置为80~150mJ,开启后紫外激光器(1)发出中心波长为193nm、244nm、248nm或308nm紫外激光光束,直接入射至光学导轨(2)之上的反射镜(4)之上;

经反射镜(4)反射后,紫外激光依次通过第一光阑(5)与第二光阑(6)的选择与整形,得到尺度为8×5mm、不均匀度小于5%的矩形光斑;矩形光斑经扩束器(7)将光束尺度扩大2~4倍后,进一步依次入射至柱透镜(8)和相位掩模板(9),得到+1级和‑1级衍射光束,两束激光相干涉形成明暗相间条纹作用于光敏光纤(13)上;

通过光谱仪(15)实时监测宽带光源(10)发出的信号光通过光敏光纤(13)的反射和透射光谱的情况,至紫外激光脉冲数为2000~10000个、时间40~120s,得到反射率为10%~

99%、周期为362nm、446nm、528nm或681nm的光纤光栅;

利用计算机(17)控制第二线性移动平台(16)上的第二光纤夹具(12)给光敏光纤(13)一个5N的力向右移动和第一线性移动平台(3)上的光学导轨(2)以20mm/s~100mm/s的速度在第一线性移动平台(3)上移动1~3s,反射镜(4)、第一光阑(5)、第二光阑(6)、扩束器(7)、柱透镜(8)及相位掩模板(9)随光学导轨(2)在第一线性移动平台(3)上移动60~100mm后,在此位置停留40~120s,重复步骤上述步骤过程,得到第二个光纤光栅;

重复上述步骤,最终能够在同一根光敏光纤(13)上连续刻写无焊点串接的光纤光栅阵列。