RU2610904C1 - Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides - Google Patents
Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610904C1 RU2610904C1 RU2016100632A RU2016100632A RU2610904C1 RU 2610904 C1 RU2610904 C1 RU 2610904C1 RU 2016100632 A RU2016100632 A RU 2016100632A RU 2016100632 A RU2016100632 A RU 2016100632A RU 2610904 C1 RU2610904 C1 RU 2610904C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- photosensitive
- ferrule
- core
- photosensitive fiber
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 191
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02195—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
- G02B6/02204—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating using thermal effects, e.g. heating or cooling of a temperature sensitive mounting body
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение для изготовления волоконных брэгговских решеток, представляющих собой периодическую структуру показателя преломления, сформированную в сердцевине волоконного световода.The invention relates to the field of optical instrumentation and may find application for the manufacture of fiber Bragg gratings, which are a periodic structure of the refractive index formed in the core of a fiber waveguide.
Волоконные брэгговские решетки показателя преломления широко применяются в различных областях науки и техники от элементов волоконных лазеров до чувствительных элементов волоконных сенсорных систем.Fiber Bragg gratings of refractive index are widely used in various fields of science and technology from elements of fiber lasers to sensitive elements of fiber sensor systems.
Известно техническое решение, представленное в способе изготовления волоконных брэгговских решеток с помощью фазовой маски (US №5367588. "Method of fabricating Bragg gratings using a silica glass phase grating mask and mask used by same". МПК G02B 5/18; G02B 6/00; G02B 6/02; G02B 6/14; G02F 1/01; G03F 7/00; G03F 7/20, опубл. 22.11.1994). Способ изготовления волоконных брэгговских решеток основан на использовании фоточувствительных волоконных световодов, а также требует удаления перед изготовлением волоконных брэгговских решеток защитного покрытия, которое непрозрачно для УФ записывающего излучения. Фазовая маска используется для формирования периодической модуляции интенсивности внутри сердцевины фоточувствительного волоконного световода. Требуется замена фазовой маски при изменении резонансной длины волны волоконной брэгговской решетки и, соответственно, при каждой смене фазовой маски требуется настройка оптической схемы.A technical solution is known, presented in a method for manufacturing fiber Bragg gratings using a phase mask (US No. 5367588. "Method of fabricating Bragg gratings using a silica glass phase grating mask and mask used by same". IPC
Недостатками известного технического решения являются необходимость использования фоточувствительных волоконных световодов, использование фазовых масок под определенную длину волны, что существенно снижает производительность, поскольку при каждой смене маски требуется настройка оптической схемы. Кроме того, перед процессом создания волоконной брэгговской решетки требуется удаление защитного покрытия фоточувствительного волоконного световода, которое непрозрачно для УФ записывающего излучения.The disadvantages of the known technical solutions are the need to use photosensitive fiber optic fibers, the use of phase masks for a specific wavelength, which significantly reduces performance, because each change of mask requires tuning of the optical scheme. In addition, before the process of creating a fiber Bragg grating, it is necessary to remove the protective coating of the photosensitive fiber, which is opaque to UV recording radiation.
Известно техническое решение, представленное в способе изготовления волоконных брэгговских решеток с помощью фазовой маски (US №20040184731. "Bragg grating and method of producing a bragg grating using an ultrafast laser". МПК G02B 5/18; G02B 6/02; G02B 6/124, опубл. 23.09.2004). Способ основан на использовании фемтосекундного лазерного излучения и нефоточувствительных волоконных световодов. Фазовая маска используется для формирования периодической модуляции интенсивности внутри сердцевины фоточувствительного волоконного световода. Требуется замена фазовой маски при изменении длины волны лазерного излучения и, соответственно, при каждой смене фазовой маски требуется настройка оптической схемы.A technical solution is known, presented in a method for manufacturing fiber Bragg gratings using a phase mask (US No. 20040184731. "Bragg grating and method of producing a bragg grating using an ultrafast laser". IPC
Недостатком известного технического решения является необходимость смены фазовых масок при изготовлении волоконных брэгговских решеток под различные длины волн отражения, что существенно снижает производительность, поскольку при каждой смене маски требуется настройка оптической схемы.A disadvantage of the known technical solution is the need to change the phase masks in the manufacture of fiber Bragg gratings for different reflection wavelengths, which significantly reduces performance, since each change of the mask requires tuning of the optical scheme.
Известно техническое решение, реализующее нанесение фемтосекундным лазерным излучением структур (WO №2005111677 А2. "Laser inscribed structures". МПК G01L 1/24; G02B 6/02, опубл. 24.11.2005) и используемое при изготовлении волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах при поточечной схеме изготовления этих структур. Фокусировка лазерного излучения осуществляется в сердцевину нефоточувствительного волоконного световода. При этом нефоточувствительный волоконный световод закрепляется между двух фиксирующих элементов, которые перемещают нефоточувствительный волоконный световод с постоянной скоростью, и каждый штрих волоконной брэгговской решетки создается одним лазерным импульсом. Из-за провисания нефоточувствительного волоконного световода и отклонения положения средних участков нефоточувствительного волоконного световода от прямолинейного необходимо осуществлять перемещение нефоточувствительного волоконного световода по сложной траектории для компенсации провисания.A technical solution is known that implements the application of femtosecond laser radiation structures (WO No. 2005111677 A2. "Laser inscribed structures". IPC
Недостатком известного технического решения является сложная и длительная настройка системы перед изготовлением, которая приводит к увеличению времени изготовления, а также требует использования высокоточного 3D позиционера.A disadvantage of the known technical solution is the complex and lengthy setup of the system before manufacturing, which leads to an increase in manufacturing time, and also requires the use of a high-precision 3D positioner.
Известно техническое решение, представленное в статье (G.D. Marshall, R.J. Williams, N. Jovanovic, M.J. Steel, M.J. Withford. "Point-by-point written fiber-Bragg gratings and their application in complex grating designs". Opt. Express. 18 (2010) 19844-59), где предлагается поточечный метод изготовления волоконных брэгговских решеток фемтосекундным лазерным излучением с протяжкой нефоточувствительного волоконного световода через прозрачную феррулу со шлифованной боковой гранью для эффективной фокусировки в сердцевину нефоточувствительного волоконного световода. От традиционной схемы поточечного изготовления волоконной брэгговской решетки данная схема отличается тем, что нефоточувствительный волоконный световод протягивается с помощью высокоточного 1D позиционера через феррулу, которая представляет собой стеклянную трубку с внутренним диаметром, немного превышающим диаметр волоконного световода, и с плоской боковой поверхностью, через которую осуществляется фокусировка записывающего излучения. С помощью 3D позиционера производится настройка фокусировки внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода перед процессом изготовления. Пространство между нефоточувствительным волоконным световодом и внутренними стенками феррулы заполняется иммерсионной жидкостью для компенсации кривизны боковой поверхности волоконного световода. Положение феррулы относительно фокусирующего объектива в процессе изготовления не изменяется, поэтому, если в начальной точке изготовления волоконной брэгговской решетки излучение сфокусировано в сердцевину нефоточувствительного волоконного световода, данные условия фокусировки должны сохраняться на полной длине изготавливаемой волоконной брэгговской решетки. Однако авторы статьи использовали стандартную феррулу с внутренним диаметром 126 мкм для работы со стандартным волоконным световодом диаметром 125 мкм без защитного покрытия, таким образом, теряется преимущество прямого изготовления волоконных брэгговских решеток через оболочку, что является недостатком данной схемы.A technical solution is presented in the article (GD Marshall, RJ Williams, N. Jovanovic, MJ Steel, MJ Withford. "Point-by-point written fiber-Bragg gratings and their application in complex grating designs". Opt. Express. 18 ( 2010) 19844-59), which proposes a pointwise method for manufacturing fiber Bragg gratings by femtosecond laser radiation with a pulling of an photosensitive fiber optic fiber through a transparent ferrule with a polished side face for efficient focusing into the core of an photosensitive fiber optic fiber. This scheme differs from the traditional point-by-point fabrication scheme of fiber Bragg gratings in that the photosensitive fiber is pulled by a high-precision 1D positioner through a ferrule, which is a glass tube with an inner diameter slightly larger than the diameter of the fiber, and with a flat side surface through which focusing recording radiation. Using the 3D positioner, the focus is adjusted inside the core of the photosensitive fiber before the manufacturing process. The space between the non-photosensitive fiber and the inner walls of the ferrule is filled with immersion fluid to compensate for the curvature of the side surface of the fiber. The position of the ferrule relative to the focusing lens during the manufacturing process does not change, therefore, if the radiation is focused at the core of the fiber Bragg grating at the core of the photosensitive fiber, these focusing conditions must be maintained over the entire length of the manufactured Bragg grating. However, the authors of the article used a standard ferrule with an internal diameter of 126 μm to work with a standard fiber waveguide with a diameter of 125 μm without a protective coating, thus losing the advantage of direct manufacture of fiber Bragg gratings through the sheath, which is a drawback of this scheme.
Недостатком известного технического решения является невозможность изготовления волоконных брэгговских решеток без удаления защитного покрытия, так как известное техническое решение требует удаления защитного покрытия нефоточувствительного волоконного световода, чтобы осуществить протяжку волоконного световода через стандартную феррулу с внутренним диаметром 126 мкм.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of manufacturing fiber Bragg gratings without removing the protective coating, since the known technical solution requires the removal of the protective coating of the photosensitive fiber, in order to pull the fiber through a standard ferrule with an inner diameter of 126 μm.
Перед авторами ставилась задача разработать способ изготовления волоконной брэгговской решетки в нефоточувствительных волоконных световодах без удаления защитного покрытия.The authors were tasked with developing a method for manufacturing a fiber Bragg grating in oil-sensitive fiber fibers without removing the protective coating.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах, включающем использование устройства позиционирования сфокусированного пучка лазерного излучения, нефоточувствительного волоконного световода, феррулы, прозрачной для излучения фемтосекундного лазера, выполненной со сквозным внутренним каналом, испускание излучения фемтосекундного лазера с постоянной частотой следования и энергией импульсов, фокусировку пучка лазерного излучения внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода с помощью микрообъектива с числовой апертурой NA>0.5, заполнение сквозного внутреннего канала феррулы иммерсионной жидкостью с показателем преломления, равным показателю преломления самой феррулы, позиционирование точки фокуса внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в центре феррулы, протягивание нефоточувствительного волоконного световода через феррулу с помощью высокоточного линейного позиционера с постоянной скоростью в процессе изготовления, дополнительно оснащают устройство позиционирования сфокусированного пучка лазерного излучения регистратором изображения и фокусирующей линзой, оптически связанными между собой и регистрирующими положение фокуса пучка лазерного излучения внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, сквозной внутренний канал феррулы выполняют с внутренним диаметром в диапазоне 5-10 мкм больше диаметра нефоточувствительного волоконного световода, при этом входное и выходное отверстия сквозного внутреннего канала феррулы выполняют конусообразно и увеличивающимися к краям феррулы, а феррулу выполняют закрепленной на 3-координатном пьезокерамическом позиционере, дополнительно осуществляют покадровую обработку положения фокуса пучка лазерного излучения внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, формируют управляющие сигналы, осуществляющие подстройку феррулы, осуществляют коррекцию положения фокуса пучка лазерного излучения внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода по формуле компенсационного сдвига:The problem is solved in that in a method of manufacturing fiber Bragg gratings in a photosensitive fiber, including the use of a device for positioning a focused laser beam, a photosensitive fiber, a ferrule transparent for emitting a femtosecond laser, made with a through internal channel, emitting radiation from a femtosecond laser repetition rate and pulse energy, focusing the laser beam inside the heart Evins of a photosensitive fiber with a micro lens with a numerical aperture NA> 0.5, filling the through channel of the ferrule with an immersion liquid with a refractive index equal to the refractive index of the ferrule itself, positioning the focal point inside the core of the photosensitive fiber, in the center of the ferrule, stretching the non-photosensitive fiber through the fiber using a high-precision linear positioner with a constant speed during the manufacturing process, additional They only equip the device for positioning the focused laser beam with an image recorder and a focusing lens that are optically coupled to each other and registering the focus position of the laser beam inside the core of the photosensitive fiber, the through inner channel of the ferrule is made with an inner diameter in the range of 5-10 μm larger than the diameter of the photosensitive fiber while the inlet and outlet of the through inner channel of the ferrule perform a cone differently increasing to the edges of the ferrule, and the ferrule is mounted on a 3-coordinate piezoceramic positioner, additionally frame-by-frame processing of the focus position of the laser beam inside the core of the photosensitive fiber, form control signals that adjust the ferrule, correct the position of the focus of the laser beam inside the core oil-sensitive fiber according to the formula of the compensation shift:
где X0i - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего левой границе реперного положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, X0j - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего правой границе реперного положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, Xp (Т) - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего левой границе положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в момент времени T, Xq (Т) - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего правой границе положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в момент времени Т; n, m, k, l - количество точек из соответствующих диапазонов, при этом регистратор изображения выполняют с возможностью использования ПЗС-матрицы либо регистратор изображения выполняют с возможностью использования КМОП-матрицы, далее феррулу выполняют из плавленого оптического кварца либо феррулу выполняют из боросиликатного стекла, далее нефоточувствительный волоконный световод выполняют в виде многомодового волоконного световода.where X 0i is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the left boundary of the reference position of the core of the photosensitive fiber, X 0j is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the right border of the reference position of the core of photosensitive fiber, X p (T) is the X coordinate of the individual points of the range corresponding to the left boundary position of non-photosensitive core of the optical fiber at time T, X q (T) - X coordinate of the particular point of the range sootvets vuyuschego right boundary position of non-photosensitive core of the optical fiber when the time T; n, m, k, l is the number of points from the corresponding ranges, while the image recorder is configured to use a CCD matrix or the image recorder is configured to use a CMOS matrix, then the ferrule is made of fused optical quartz or the ferrule is made of borosilicate glass, Further, the non-photosensitive fiber is made in the form of a multimode fiber.
Техническим эффектом заявляемого способа изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах является увеличение точности изготовления волоконных брэгговских решеток, в увеличении прочностных характеристик и скорости изготовления волоконных брэгговских решеток, а также в расширении области применения.The technical effect of the proposed method for the manufacture of fiber Bragg gratings in oil-sensitive fiber fibers is to increase the accuracy of the manufacture of fiber Bragg gratings, in increasing the strength characteristics and speed of manufacturing fiber Bragg gratings, as well as in expanding the scope.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого способа изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах, где 1 - лазерное излучение, 2 - фемтосекундный лазер, 3 - микрообъектив, 4 - феррула, 5 - нефоточувствительный волоконный световод, 6 - сердцевина, 7 - высокоточный линейный позиционер, 8 - 3-координатный пьезокерамический позиционер, 9 - регистратор изображения, 10 - фокусирующая линза, 11 - ПК.In FIG. 1 is a diagram of the inventive method of manufacturing fiber Bragg gratings in a photosensitive fiber, where 1 is laser radiation, 2 is a femtosecond laser, 3 is a micro lens, 4 is a ferrule, 5 is a photosensitive fiber, 6 is a core, 7 is a high-precision linear positioner, 8 - 3-axis piezoceramic positioner, 9 - image recorder, 10 - focusing lens, 11 - PC.
На фиг. 2 представлен вид спереди схемы заявляемого способа изготовления волоконных брэгговских решеток излучением фемтосекундного лазера без удаления защитного покрытия с протяжкой нефоточувствительного волоконного световода через феррулу, где 1 - импульсное излучение, 3 - микрообъектив, 4 - феррула, 6 - сердцевина, 8 - 3-координатный пьезокерамический позиционер, 12 - сквозной внутренний канал, 13 - защитное покрытие.In FIG. 2 is a front view of the scheme of the inventive method for manufacturing fiber Bragg gratings by radiation of a femtosecond laser without removing the protective coating with a broach of the photosensitive fiber through the ferrule, where 1 is pulsed radiation, 3 is a micro lens, 4 is ferrule, 6 is the core, and 8 is a 3-coordinate piezoceramic positioner, 12 - through inner channel, 13 - protective coating.
На фиг. 3 представлен профиль интенсивности изображения нефоточувствительного волоконного световода.In FIG. Figure 3 shows the intensity profile of an image of a photosensitive fiber.
На фиг. 4 представлены спектры волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах, изготовленных без применения автоподстройки (сплошная линия) и с автоподстройкой (пунктирная линия).In FIG. Figure 4 shows the spectra of fiber Bragg gratings in non-photosensitive fiber fibers manufactured without the use of auto-tuning (solid line) and with auto-tuning (dashed line).
Заявляемый способ изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах осуществляют с помощью использования устройства позиционирования сфокусированного пучка лазерного излучения следующим образом.The inventive method of manufacturing fiber Bragg gratings in a photosensitive fiber is carried out using a device for positioning a focused laser beam as follows.
Лазерное излучение 1 фемтосекундного лазера 2 с постоянной частотой следования и энергией импульсов с помощью микрообъектива 3 с числовой апертурой NA>0.5 фокусируется через шлифованную боковую грань феррулы 4, прозрачной для излучения фемтосекундного лазера, в сердцевину 6 нефоточувствительного волоконного световода 5. Нефоточувствительный волоконный световод 5 изготавливают как одномодовым (т.е. в сердцевине нефоточувствительного волоконного световода может распространяться только одна мода на рабочей длине волны), так и многомодовым (т.е. в сердцевине нефоточувствительного волоконного световода может распространяться несколько мод на рабочей длине волны). Нефоточувствительный волоконный световод 5 перемещается с помощью высокоточного линейного позиционера 7 с постоянной скоростью V в процессе изготовления волоконных брэгговских решеток. Период волоконной брэгговской решетки определяется следующим выражением: ΛFBG=V/f. Феррулу 4, выполненную со сквозным внутренним каналом 12, изготавливают, например, из плавленого оптического кварца или боросиликатного стекла и шлифуются до степени плоскостности λ/10. Сквозной внутренний канал 12 феррулы 4 выполняют с внутренним диаметром в диапазоне 5-10 мкм больше диаметра нефоточувствительного волоконного световода 5, при этом входное и выходное отверстия сквозного внутреннего канала 12 феррулы 4 выполняют конусообразно и увеличивающимися к краям феррулы. Сквозной внутренний канал 12 феррулы 4, между нефоточувствительным волоконным световодом 5 и внутренними стенками феррулы 4, заполняется иммерсионной жидкостью для компенсации кривизны боковой поверхности световода. Показатель преломления иммерсионной жидкости подбирается равным показателю преломления феррулы 4. Данный запас по внутреннему диаметру феррулы 4 необходим для протяжки нефоточувствительного волоконного световода 5 с защитным покрытием 13 (так как нефоточувствительный волоконный световод 5 имеет флуктуацию диаметра до 5 мкм, возникающими при заводском изготовлении нефоточувствительного волоконного световода) без заклинивания нефоточувствительного волоконного световода 5 вследствие превышения диаметра нефоточувствительного волоконного световода 5 внутреннего диаметра феррулы 4. Кроме того, такой зазор между нефоточувствительным волоконным световодом 5 с защитным покрытием 13 и внутренней стенкой феррулы 4 обеспечивает большую стабильность протяжки (т.е. отсутствие заклинивания нефоточувствительного волоконного световода 5) по сравнению с использованием феррулы 4 с меньшим внутренним диаметром. Поскольку из-за данного зазора нефоточувствительный волоконный световод 5 может в процессе изготовления перемещаться от одной стенки к другой, для обеспечения фокусировки строго по центру сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 применяется автоподстройка, которая перемещает феррулу 4 на величину смещения нефоточувствительного волоконного световода 5, тем самым компенсируя относительное смещение центра сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 и точки фокусировки.
С помощью 3-координатного пьезокерамического позиционера 8, на котором закреплена феррула 4, осуществляется настройка положения фокуса перед изготовлением волоконных брэгговских решеток. Также 3-координатный пьезокерамический позиционер 8 используется для автоподстройки положения точки фокусировки внутри сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 во время изготовления волоконной брэгговской решетки, поскольку внутренний диаметр феррулы 4 заметно отличается от диаметра нефоточувствительного волоконного световода 5, как было сказано выше.Using the 3-coordinate
Устройство позиционирования сфокусированного пучка лазерного излучения дополнительно оснащают регистратором изображения 9 и фокусирующей линзой 10, оптически связанными между собой и регистрирующими положение фокуса пучка лазерного излучения 1 внутри сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5. Регистратор изображения 9 выполняют с возможностью использования ПЗС-матрицы или с возможностью использования КМОП-матрицы. Регистратор изображения 9, с помощью фокусирующей линзы 10, настроен так, что получает изображение обоих границ сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 и прилегающей к сердцевине 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 части защитного покрытия 13 нефоточувствительного волоконного световода 5 и передает изображение для последующей обработки на ПК (персональном компьютере) 11, который осуществляет покадровую обработку положения фокуса пучка лазерного излучения 1 внутри сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5, и формирует управляющие сигналы, осуществляющие подстройку феррулы 4, осуществляет коррекцию положения фокуса пучка лазерного излучения внутри сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5. Именно изображение обоих границ сердцевины 6 и их смещений и служит параметром для принятия решения о компенсационном сдвиге 3-координатного пьезокерамического позиционера 8. Полученный кадр с регистратора изображения 9 преобразуется в градации серого (глубиной цвета 8 бит), изображение проходит свертку с гауссовым ядром 3×3 (что позволяет подавить большинство шумов на изображении), последним шагом является пороговое преобразование изображения (используется для окончательного отделения границ сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5 от фона). Далее, строится поперечный к оси нефоточувствительного волоконного световода 5 профиль интенсивности изображения (фиг. 3) перед процессом изготовления волоконной брэгговской решетки. Полученный профиль имеет два пика, соответствующих положению границ сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5. Усреднение координат X точек, расположенных выше Ith в окрестности каждого пика, дает две координаты: Х0Л - координата левой границы реперного положения сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5, и Х0П - координата правой границы реперного положения сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5:The device for positioning the focused laser beam is additionally equipped with an
где X0i - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего левой границе реперного положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, Х0j - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего правой границе сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, n, m - количество точек из соответствующих диапазонов. По этим координатам вычисляется координата реперного положения центра сердцевины световода:where X 0i is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the left boundary of the reference position of the core of the photosensitive fiber, X 0j is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the right border of the core of the photosensitive fiber, n, m is the number of points from the corresponding ranges. Based on these coordinates, the coordinate of the reference position of the center of the fiber core is calculated:
Координата Х0Ц запоминается и при изготовлении является опорным значением положения центра сердцевины 6 нефоточувствительного волоконного световода 5, которое не должно изменяться при протяжке нефоточувствительного волоконного световода 5 при изготовлении. Соответственно, если измеренное в процессе изготовления в момент времени Т значение координаты (ХЦ(Т)=(ХП(Т)+ХЛ(Т))/2 отличается от опорного, посылается сигнал на смещение феррулы 4 в поперченном к оси нефоточувствительного волоконного световода 5 направлении на величину:The coordinate X 0C is remembered and in the manufacture is the reference value of the position of the center of the
где X0i - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего левой границе реперного положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, X0j, - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего правой границе реперного положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода, Хp (Т) - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего левой границе положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в момент времени T, Xq (Т) - координата X отдельной точки из диапазона, соответствующего правой границе положения сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в момент времени Т; n, m, k, l - количество точек из соответствующих диапазонов.where X 0i is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the left boundary of the reference position of the core of the photosensitive fiber, X 0j , is the X coordinate of a single point from the range corresponding to the right boundary of the reference position of the core of photosensitive fiber, X p (T) is the X coordinate a single point from the range corresponding to the left boundary of the position of the core of the photosensitive fiber at time T, Xq (T) is the X coordinate of a single point from the range, respectively Leica Geosystems right boundary of the core provisions of non-photosensitive optical fiber at the time of the time T; n, m, k, l - the number of points from the corresponding ranges.
Для демонстрации работоспособности предложенного способа были изготовлены волоконные брэгговские решетки с общей длиной 90 мм в нефоточувствительном волоконном световоде с полиимидным защитным покрытием SM1500(9/125)Р (Fibercore Ltd.) с помощью поточечной схемы изготовления без автоподстройки и с автоподстройкой. На фиг. 4 (сплошная линия) представлен спектр волоконной брэгговской решетки, изготовленной без автоподстройки протяжкой нефоточувствительного волоконного световода через феррулу, вследствие чего величина смещения точки фокусировки лазерного излучения 1 относительно центра сердцевины нефоточувствительного волоконного световода 5 в процессе изготовления составила 2,5 мкм. Видно, что в данном случае спектр волоконной брэгговской решетки состоит из набора пиков, что соответствует неоднородной структуре волоконной брэгговской решетки, и, соответственно, спектральная ширина волоконной брэгговской решетки в данном случае достаточно большая. На фиг. 4 (пунктирная линия) представлен спектр волоконной брэгговской решетки, изготовленной с применением автоподстройки, вследствие чего величина смещения точки фокусировки лазерного излучения относительно центра сердцевины нефоточувствительного волоконного световода в процессе изготовления волоконных брэгговских решеток составила 0,66 мкм, т.е. уменьшилась в 4 раза. Видно, что в данном случае спектральная ширина волоконной брэгговской решетки заметно уменьшилась и побочные пики стали заметно слабее.To demonstrate the operability of the proposed method, fiber Bragg gratings with a total length of 90 mm were manufactured in a non-photosensitive fiber with a polyimide protective coating SM1500 (9/125) P (Fibercore Ltd.) using a point-by-point manufacturing scheme without auto-tuning and with auto-tuning. In FIG. 4 (solid line) shows the spectrum of a fiber Bragg grating made without auto-tuning by pulling a non-photosensitive fiber through a ferrule, as a result of which the shift of the focus point of the
Таким образом, заявленный способ позволяет изготавливать волоконные брэгговские решетки показателя преломления без удаления защитного покрытия методом протяжки нефоточувствительного волоконного световода через прозрачную феррулу, что существенно увеличивает прочностные характеристики и скорость изготовления волоконных брэгговских решеток по сравнению с имеющимися близкими аналогами. Также происходит уменьшение погрешности в изготовлении волоконных брэгговских решеток за счет применения автоподстройки положения точки фокусировки внутри сердцевины нефоточувствительного волоконного световода во время изготовления волоконных брэгговских решеток.Thus, the claimed method allows the manufacture of fiber Bragg gratings of the refractive index without removing the protective coating by pulling the photosensitive fiber through a transparent ferrule, which significantly increases the strength characteristics and the speed of manufacture of fiber Bragg gratings in comparison with existing close analogues. There is also a reduction in the error in the manufacture of fiber Bragg gratings due to the use of automatic adjustment of the position of the focus point inside the core of the photosensitive fiber optic fiber during the manufacture of fiber Bragg gratings.
Преимуществом заявляемого технического решения является возможность изготовления сверхдлинных волоконных брэгговских решеток, длина которых ограничивается только рабочим диапазоном перемещения высокоточного одномерного позиционера.An advantage of the claimed technical solution is the possibility of manufacturing ultra-long fiber Bragg gratings, the length of which is limited only by the working range of movement of a high-precision one-dimensional positioner.
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016100632A RU2610904C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides |
| PCT/RU2016/000405 WO2017123114A1 (en) | 2016-01-11 | 2016-06-28 | Method of manufacturing fibre bragg gratings in non-photosensitive optical fibres |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016100632A RU2610904C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2610904C1 true RU2610904C1 (en) | 2017-02-17 |
Family
ID=58458770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016100632A RU2610904C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610904C1 (en) |
| WO (1) | WO2017123114A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384884A (en) * | 1990-11-08 | 1995-01-24 | British Telecommunications Public Limited Company | Method of forming optical fibre gratings |
| US6597711B2 (en) * | 1998-12-04 | 2003-07-22 | Cidra Corporation | Bragg grating-based laser |
| US7574075B2 (en) * | 2007-09-14 | 2009-08-11 | General Electric Company | Fiber Bragg grating and fabrication method |
| EA015661B1 (en) * | 2007-12-20 | 2011-10-31 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Optical fiber bragg grating with improved hydrogen resistance |
-
2016
- 2016-01-11 RU RU2016100632A patent/RU2610904C1/en active
- 2016-06-28 WO PCT/RU2016/000405 patent/WO2017123114A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384884A (en) * | 1990-11-08 | 1995-01-24 | British Telecommunications Public Limited Company | Method of forming optical fibre gratings |
| US6597711B2 (en) * | 1998-12-04 | 2003-07-22 | Cidra Corporation | Bragg grating-based laser |
| US7574075B2 (en) * | 2007-09-14 | 2009-08-11 | General Electric Company | Fiber Bragg grating and fabrication method |
| EA015661B1 (en) * | 2007-12-20 | 2011-10-31 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Optical fiber bragg grating with improved hydrogen resistance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017123114A1 (en) | 2017-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thomas et al. | Inscription of fiber Bragg gratings with femtosecond pulses using a phase mask scanning technique | |
| Lu et al. | Plane-by-plane inscription of grating structures in optical fibers | |
| KR100792593B1 (en) | Method and system for forming single pulse pattern using ultra short pulse laser | |
| US7483615B2 (en) | Method of changing the refractive index in a region of a core of a photonic crystal fiber using a laser | |
| US20060093012A1 (en) | Multimode long period fiber Bragg grating machined by ultrafast laser direct writing | |
| Hindle et al. | Inscription of long-period gratings in pure silica and germano-silicate fiber cores by femtosecond laser irradiation | |
| CN111302616B (en) | A kind of laser direct writing preparation method of chalcogenide glass fiber | |
| Dostovalov et al. | Femtosecond-pulse inscribed FBGs for mode selection in multimode fiber lasers | |
| WO2016123719A1 (en) | Reshaping of optical waveguides by refractive index modification | |
| US9335468B2 (en) | Fiber bragg grating in micro/nanofiber and method of producing the same | |
| EP2951623A1 (en) | Optical waveguide with integrated hologram | |
| Min et al. | Multicore fibre Bragg grating developments for OH suppression | |
| CN205427228U (en) | Parallel integrated fiber Bragg grating and its manufacturing device | |
| US8160412B2 (en) | Microhole-structured long period fiber grating | |
| RU2695286C1 (en) | Device for creation of periodic structures of refraction index inside transparent materials | |
| RU2610904C1 (en) | Method of making fibre bragg gratings in non-photosensitive fibre-optic guides | |
| CA2579828A1 (en) | Method of changing the refractive index in a region of a core of a photonic crystal fiber using a laser | |
| RU2726738C1 (en) | Method of creating refraction index structures inside a sample from transparent material and a device for its implementation | |
| KR100306165B1 (en) | Apparatus for fabricating long-period optical fiber grating | |
| Grenier et al. | Optical circuits in fiber cladding: Femtosecond laser-written bragg grating waveguides | |
| RU2506615C1 (en) | Infrared light guide with large mode field diameter | |
| Colliard et al. | Direct-laser-writing of ultra-long waveguides in coreless optical fibers | |
| CN116045953B (en) | Double-core fiber optic gyroscope with embedded temperature measuring unit and manufacturing method thereof | |
| Ćorić et al. | Prospects for ultrafast-laser writing of three-dimensional photonic devices for Telecom applications | |
| Mueller et al. | Interferometric chromatic dispersion measurement of a photonic bandgap fiber |