【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光纖光柵制備，具體涉及一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的方法及系統。
技術介紹
1、啁啾光纖光柵作為光纖光柵的一個重要分支，在光纖傳感、光纖激光器和光纖通訊等領域都發揮著十分重要的作用。
2、利用超快激光單點直寫法制備啁啾光纖光柵，是通過物鏡將激光束聚焦在纖芯中,通過位移臺掃描使激光焦點沿著光纖傳輸方向進行掃描，速度為v(t)的相對變速運動。從而每個激光脈沖將依次作用在光纖纖芯的不同位置對材料進行改性，形成周期變化的光柵結構。當激光脈沖輸出的重復頻率為f時，相鄰兩個激光脈沖作用點的間距就是啁啾光纖光柵的啁啾周期通過調控位移臺的掃描速度可以改變啁啾周期，實現啁啾光纖光柵的定制化加工。
3、然而，通過變速掃描調控光纖光柵的啁啾周期，運動控制系統中伺服控制跟隨誤差會耦合入啁啾周期中。而且相比于勻速掃描，變速掃描中所需的加速度會進一步劣化跟隨誤差，導致啁啾周期精度低，可控性差。并且利用單個激光脈沖對光纖光柵單周期進行折射率改性，需要的脈沖能量較高，高能量脈沖直接作用在光纖纖芯上對材料的損傷較高，從而導致光纖光柵的傳輸損耗較大。
4、因此需要一種方法用于提高超快激光直寫法制備啁啾光纖光柵的啁啾周期的精度和可控性，并降低光傳輸損耗，以獲得高質量的啁啾光纖光柵。
技術實現思路
1、針對現有技術中制備啁啾光纖光柵中存在的啁啾周期精度低、可控性差等缺點，本專利技術提供了一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁
2、本專利技術通過如下技術方案實現：
3、一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，包括激光光源1、光束傳輸系統3、物鏡4、光纖夾持器5、光纖6、直線電機位移臺7、驅動控制模塊10及計算機12；所述光纖6通過光纖夾持器5固定在直線電機位移臺7上，所述直線電機位移臺7上集成有光電編碼器8及電機9；所述光電編碼器8通過導線與集成在驅動控制模塊10上的正交編碼電路11相連，電機9通過導線與驅動控制模塊10連接，驅動控制模塊10與計算機12連接；所述驅動控制模塊10用于驅動電機9控制直線電機位移臺7移動，所述光電編碼器8用于將直線電機位移臺移動的實時位置信息轉換成正交模擬信號或數字信號后，輸出給驅動控制模塊10，所述驅動控制模塊10對接收到的正交模擬信號或數字信號進行處理得到實時反饋的位置計數值，當驅動控制模塊10內的存儲器中預設的位置計數值與實時反饋的位置計數值匹配時，驅動控制模塊10發送控制信號至調制器2，從而觸發超快激光脈沖串輸出；激光光源1發射的超快激光脈沖串依次通過光束傳輸系統3及物鏡4后聚焦在光纖6的纖芯上進行脈沖串直寫。
4、進一步地，所述調制器2位于激光光源1內部或獨立設置在光路中。
5、進一步地，所述驅動控制模塊10包括正交編碼電路11、細分電路13及計數器14；正交編碼電路11用于對光電編碼器8輸出的正交模擬信號或數字信號進行編碼，得到正交數字信號，并發送給細分電路13，所述細分電路13用于對正交編碼電路11輸出的正交數字信號進行細分，輸出脈沖給計數器14，所述計數器14用于對細分電路13輸出的脈沖進行計數，得到位置計數值。
6、進一步地，所述計算機12用于編寫程序，并將設計的啁啾周期對應的位置計數值寫入驅動控制模塊10的存儲器中，并將指令寫入寄存器中。
7、進一步地，所述超快激光脈沖串輸出是根據激光的重復頻率和所需脈沖串的個數，計算出單次觸發時脈沖串輸出的持續時間
8、另一方面，本專利技術提供了一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的方法，具體包括如下步驟：
9、a1、計算機12將設計的啁啾周期對應的位置計數值及相關配置寫入驅動控制模塊10中的存儲器和寄存器中；
10、a2、計算機12向驅動控制模塊10發送指令，驅動控制模塊10控制電機9驅動直線電機位移臺7以一定的速度作直線運動，同時光電編碼器8將直線電機位移臺7移動的實時位置信息輸出給驅動控制模塊10；
11、a3、當實時反饋的位置計數值與設定的位置計數值匹配時，驅動控制模塊10發送控制信號至調制器2，觸發超快激光脈沖串輸出；
12、a4、計數器14計數值清0，開始新一輪計數，重復步驟a3，重復的次數即為啁啾光纖光柵中光柵結構的數量，直至直線電機位移臺7直線運動命令執行結束，所有光柵結構直寫完成，啁啾光纖光柵制備完成。
13、進一步地，步驟a1中，所述啁啾周期對應的位置計數值通過如下設計方法得到，具體包括如下步驟：
14、b1、根據布拉格光柵的反射方程計算測試波長對應的光柵周期∧0，mλb＝2neff∧，其中，neff表示光纖纖芯的有效折射率，∧表示光柵周期，λb表示反射波長即測試波長，m表示光柵的階數；
15、b2、將計算得到的測試波長對應的光柵周期與聚焦光斑直徑相比較，聚焦光斑直徑其中，λ為用于加工的激光光源的波長，na為物鏡的數值孔徑；按照階數遞增依次計算不同階數的布拉格光柵周期，并與聚焦光斑直徑進行比較，若與聚焦光斑直徑接近則按照階數遞增的順序繼續計算高階布拉格光柵周期，直至計算得到的光柵周期與聚焦光斑直徑的比值在二倍-五倍范圍內時，確定光柵階數與光柵周期；
16、b3、在待制備的光纖上選取坐標原點，；以測試波長對應的光柵周期為中心，根據啁啾率按照等差變化關系計算啁啾光纖光柵中其它光柵結構的光柵周期；啁啾周期的計算公式其中，∧(z)表示z點處的啁啾周期，c表示啁啾系數，∧0為測試波長對應的光柵周期；
17、b4、根據驅動控制模塊10中位置計數值與實際距離之間的比例關系將啁啾周期轉化為位置計數值，小數部分四舍五入取整處理。
18、進一步地，步驟a2中，直線電機位移臺7的移動速度范圍為0.1mm/s-5mm/s。
19、本專利技術的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖輸出制備啁啾光纖光柵的方法及系統，原理如下：
20、本專利技術采用通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖輸出直寫啁啾光纖光柵的方法，主要是通過激光焦點在光纖纖芯內部進行掃描的過程中，由硬件電路對位移臺的實時位移反饋值進行計數。當計數值達到與光纖光柵的各個啁啾周期距離相對應的在存儲器中的各個計數值相匹配時，硬件電路觸發激光光源發出激光脈沖。上述的位移臺位置反饋主要通過直線位移編碼器即光柵尺來實現，光柵尺直接輸出正交模擬或數字信號至正交編碼電路，正交編碼電路進行編碼后輸出正交數字信號，細分電路對該正交數字信號進行細分，輸出脈沖。計數器對脈沖進行計數轉為表示位移臺當前實時位置的計數值。其中，在激光直寫加工啁啾周期前，需要預先將對應各個啁本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，包括激光光源(1)、光束傳輸系統(3)、物鏡(4)、光纖夾持器(5)、光纖(6)、直線電機位移臺(7)、驅動控制模塊(10)及計算機(12)；所述光纖(6)通過光纖夾持器(5)固定在直線電機位移臺(7)上，所述直線電機位移臺(7)上集成有光電編碼器(8)及電機(9)；所述光電編碼器(8)通過導線與集成在驅動控制模塊(10)上的正交編碼電路(11)相連，電機(9)通過導線與驅動控制模塊(10)連接，驅動控制模塊(10)與計算機(12)連接；所述驅動控制模塊(10)用于驅動電機(9)控制直線電機位移臺(7)移動，所述光電編碼器(8)用于將直線電機位移臺移動的實時位置信息轉換成正交模擬信號或數字信號后，輸出給驅動控制模塊(10)，所述驅動控制模塊(10)對接收到的正交模擬信號或數字信號進行處理得到實時反饋的位置計數值，當驅動控制模塊(10)內的存儲器中預設的位置計數值與實時反饋的位置計數值匹配時，驅動控制模塊(10)發送控制信號至調制器(2)，從而觸發超快激光脈沖串輸出；激光光源(1)發射的超快激光脈
2.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，所述調制器(2)位于激光光源(1)內部或獨立設置在光路中。
3.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，所述驅動控制模塊(10)包括正交編碼電路(11)、細分電路(13)及計數器(14)；正交編碼電路(11)用于對光電編碼器(8)輸出的正交模擬信號或數字信號進行編碼，得到正交數字信號，并發送給細分電路(13)，所述細分電路(13)用于對正交編碼電路(11)輸出的正交數字信號進行細分，輸出脈沖給計數器(14)，所述計數器(14)用于對細分電路(13)輸出的脈沖進行計數，得到位置計數值。
4.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，所述計算機(12)用于編寫程序，并將設計的啁啾周期對應的位置計數值寫入驅動控制模塊(10)的存儲器中，并將指令寫入寄存器中。
5.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，所述超快激光脈沖串輸出是根據激光的重復頻率和所需脈沖串的個數，計算出
6.一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的方法，通過權利要求1所述的系統實現，其特征在于，具體包括如下步驟：
7.如權利要求6所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的方法，其特征在于，
8.如權利要求6所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的方法，其特征在于，步驟A2中，直線電機位移臺(7)的移動速度范圍為0.1mm/s-5mm/s。
...【技術特征摘要】
1.一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，包括激光光源(1)、光束傳輸系統(3)、物鏡(4)、光纖夾持器(5)、光纖(6)、直線電機位移臺(7)、驅動控制模塊(10)及計算機(12)；所述光纖(6)通過光纖夾持器(5)固定在直線電機位移臺(7)上，所述直線電機位移臺(7)上集成有光電編碼器(8)及電機(9)；所述光電編碼器(8)通過導線與集成在驅動控制模塊(10)上的正交編碼電路(11)相連，電機(9)通過導線與驅動控制模塊(10)連接，驅動控制模塊(10)與計算機(12)連接；所述驅動控制模塊(10)用于驅動電機(9)控制直線電機位移臺(7)移動，所述光電編碼器(8)用于將直線電機位移臺移動的實時位置信息轉換成正交模擬信號或數字信號后，輸出給驅動控制模塊(10)，所述驅動控制模塊(10)對接收到的正交模擬信號或數字信號進行處理得到實時反饋的位置計數值，當驅動控制模塊(10)內的存儲器中預設的位置計數值與實時反饋的位置計數值匹配時，驅動控制模塊(10)發送控制信號至調制器(2)，從而觸發超快激光脈沖串輸出；激光光源(1)發射的超快激光脈沖串依次通過光束傳輸系統(3)及物鏡(4)后聚焦在光纖(6)的纖芯上進行脈沖串直寫。
2.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快激光脈沖串輸出制備啁啾光纖光柵的系統，其特征在于，所述調制器(2)位于激光光源(1)內部或獨立設置在光路中。
3.如權利要求1所述的一種通過位移反饋計數硬件觸發超快...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳岐岱，楊婷婷，于顏豪，國旗，劉學青，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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