CN1232547A - 制造光导纤维布喇格光栅的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种制造光纤布喇格光栅的方法,其较佳实施例包括以下步骤:(a)去除光纤元件(12)上至少一个预定段(22)上的至少部分涂层,使该段中的光纤充分暴露,以便随后由光辐射(25)进行处理;(b)将至少一段光纤相对光辐射源固定;(c)将来自光源的光辐射(27)引入光纤以在至少一段(22)中产生至少一个布喇格光栅;以及(d)覆盖至少该段光纤。本发明还涉及可实施上述步骤的装置,包括用于涂层去除的装置、使纤维固定的装置(26,28),用于书写布喇格光栅的装置(25b)以及包装装置(40)。

Description

制造光导纤维布喇格光栅的装置和方法

发明背景

发明领域

本发明涉及一种用于在光导纤维元件中形成布喇格光栅的装置和方法。具体说，本发明涉及一种在有涂层的光纤元件中制成光纤布喇格光栅的装置及其连续的或逐步连续的制作方法。在本较佳实施例中，本发明的制作过程包括如下步骤：从光纤元件的至少一个预定段上去除足够数量的可除去的涂层，这样光辐射可到达光纤的纤芯，然后固定光纤的预定段，在光纤的预定段中形成至少一个布喇格光栅，将光纤预定段进行处理，并将该布喇格光栅加以包装。

相关技术的描述

布喇格衍射光栅是一种具有交替的高低光学折射率的周期性图案的结构。由于布喇格光栅能够反射特定波长或特定“颜色”的光，所以很有用。光栅能反射的颜色是一种其波长恰好是有效光栅周期两倍的颜色。例如，请见Morey等人所著的光纤中的光诱导光栅、刊登于光学和光子学新闻第5卷第2册上(1994年2月)；Meltz等人所著的用横向全息摄影术在光纤中制成布喇格光栅，光学通讯14(1989年)第823-25页。

众所周知，布喇格光栅是通过在光纤的硅化锗玻璃芯中形成一干涉图案而制成的，通常是通过将一紫外激光器的两部分光束再混合而形成的。由一个氩离子激光器保持对一光纤端部聚焦几小时后意外地产生了第一个光纤布喇格光栅。光束一部分反射回到光纤上的其本身上，而产生一持续的波干涉图案。在于涉图案的明亮部分(在该处向前和向后移动的波相互增强)，激光与纤芯中的锗部位相互作用而改变该处的折射率。在干涉图案的暗淡部分(在该处两种波破坏性地干涉而相互抵消)，折射率保持不变。

然而，这种在光纤中“书写”布喇格光栅的“端部发射”方法几乎不能控制光栅在光纤中的位置、光栅平面相对光纤轴线的角度或光栅的周期。在构成基于光纤布喇格光栅的有用装置时对所有这些变量的控制是重要的，并且还没有证明端部发射方法在商业化批量生产中是有用的。

为了在光纤布喇格光栅装置的设计中提供较大的灵活性，已经开发出通过透过光纤侧面(例如垂直于光纤的长度方向)的光辐射法来书写光栅的技术。如美国专利第4,725,110和4,807,950所述的这样一种技术包括将一束激光分成两个分束以及再将这些分束以一已知且可控制的角度在光纤芯部再混合。在技术和专利文献中有记载的第二种众所周知的技术包括将激光束通过被称作相位屏栅的开有槽或带有图案的传递光学元件而聚焦在光纤纤芯上。此相位屏栅在光纤芯中产生一全息干涉图案。

上述用于产生光纤布喇格光栅的技术都已成熟，但目前某些技术难题已阻止其使用于大批量连续或逐步连续的生产过程中。例如，一个明显的生产问题是去除涂在要用激光处理的光纤段上的涂层。光纤生产时都有一涂层，该涂层可保护精密的玻璃结构不受化学或机械破坏，当所施加的光辐射要进入并在光纤芯中形成一布喇格光栅时，此涂层必须基本上完全地去除。当一带涂层的光纤用于制造光纤布喇格光栅时，首先必须利用热学方式、化学方式或机械方式将所有保护涂层或部分涂层从涂层光纤上去除而留出一光学可处理的、最好是裸露的光纤表面。例如请见Rizvi和Gower所著的通过全息和屏栅生产方法在光纤中形成布喇格光栅，电气工程师学院1995年1月出版的光纤光栅和其应用杂志。

然而，在制造过程中用来将涂层从裸露纤维上剥离的传统热学、机械或化学措施都是很费时，并且会削弱纤维的物理整体性。请见M.C.Farries等人所著的通讯用包装的纤维光栅的制造和性能，电气工程师学院1995年1月出版的光纤光栅和其应用；Tang等人所著的单模纤维线圈中直线双折射热处理：应用于光纤流量传感器，1991年8月出版的光波技术期刊第9卷第8期。所以，需要小心地去除光纤涂层以形成一足够干净的玻璃表面以便利用激光处理光纤纤芯，并且在纤芯中布喇格光栅形成之后光纤可保持其强度。耗时且劳动力密集型的涂层去除步骤目前已限制了小批量生产光纤布喇格光栅。在这些批量生产过程中，涂层一般是从一较短长度(在本文中称为“段”)光纤上用化学方法去除的。然后对光纤进行处理，一次一个地利用激光以相位屏栅投射技术在去除涂层的光纤段上形成布喇格光栅。这些生产方法可对一小段光纤中形成单个布喇格光栅提供良好的控制。然而，批量技术对于大规模布喇格光栅生产而言显然是不经济的，或者对于在一长段光纤中形成多个布喇格光栅的光栅矩阵列而言是不经济的。另外，在批量技术中，裸露光纤暴露的时间很长，这会降低纤维的强度。为了控制光栅的质量，批量技术需要使各光纤的端部具有一终端装置。

为了解决批量生产技术中的涂层去除问题，在拉制塔上生产光纤时已经书写了一些光纤布喇格光栅。拉制塔生产方式可不必去除涂层，因为在施加保护涂层之前光纤纤芯已用光辐射处理形成布喇格光栅。在光纤拉制过程中形成布喇格光栅的方法与上述的批量方法相比可增加产量。然而，当在拉制塔上拉制光纤时，布喇格光栅必须由激光器单次发射而成，拉制过程不能停止或中断以便分次进行光栅书写技术。而且，布喇格光栅的布喇格条件(例如，中心带波长)取决于与一书写区有关的光纤预定段的精确定位，由于在塔上拉制的光纤位置不能精密地控制，所以光栅书写过程一次次射击中不是足够稳定的。拉制速度的变化还造成布喇格光栅难以精密定位。所以，当拉制塔生产技术与批量方法相比可增加生产速度时，此速度是以光栅质量和精密度为代价的。

至今，还没有一种用于大规模制造光纤布喇格光栅的装置或方法可满足既可提高生产速度和效率，又可保证光栅质量，并且可在光栅形成之后保持光纤强度的要求。

发明概述

本发明是一种逐步连续制造光纤布喇格光栅的方法，它可提供拉制塔生产方法所需的速度以及可象小规模批量生产方法那样控制光栅的质量。本发明的方法是使光纤拉制过程与光栅书写过程分离，并且可提供一种用于在带涂层的光纤中形成布喇格光栅的有效而经济的脱机方法。

在本较佳实施例中，一种用于制造光纤布喇格光栅的本发明的方法包括以下步骤：

(a)将元件至少规定一段上的可去除涂层去除至少一部分以充分地露出该段中的光纤以便接下来用一光辐射源进行处理；

(b)将至少一段光纤相对光辐射源固定；

(c)将来自光源的辐射光引入至少一段光纤中形成至少一个布喇格光栅；以及

(d)覆盖所述至少一段光纤。

在步骤(a)中，可提供任何直径或形状的玻璃光纤元件以便处理。光纤元件最好地涂有一层可去除的永久或半永久涂层以保护其不受环境影响。如果必要，采用机械、化学或热学方法去除涂层技术中的至少一种可将涂层从光纤的一个规定段上或从多个规定段上，或从其整个长度上去除。最好将光纤段中的涂层全部清除，但只要能够充分去除该段的涂层以使光辐射可到达其光纤芯部以在其中形成布喇格光栅也是可行的。

在步骤(b)中，将要形成布喇格光栅的那段光纤固定不动，例如相对一光辐射源予以固定，这样光栅书写工艺可在该段光纤中进行并保持所需的精度。将要处理的该段光纤可以任何已知方式加以固定，但用一机械夹持装置夹住其第一端和第二端是较佳的。如果需要，夹持装置可用于在光栅书写过程中(步骤(c))对光纤施加一纵向应力以微调形成于该段光纤中的布喇格光栅的波长，并且连续监控其质量，或者可包括可一任选附加装置以在光栅形成之前或过程中将光纤回转定向。

在步骤(c)中，最好是从例如激光的一相干源中发出的辐射光引入要处理的光纤段上。然后，对预定长度的光纤的芯部采用相位屏栅投射、全息摄影或其组合方式形成单个布喇格光栅或多个布喇格光栅。在步骤(c)之后可有选择地对光纤进行退火处理以提高布喇格光栅的稳定性。

在步骤(d)中，含有布喇格光栅的至少一段光纤或整个光纤元件根据最终的使用需要再被涂覆。根据所需的应用情况可进行多种涂覆，包括施加临时或永久套，或者诸如连接器的机械装置。然而，含有布喇格光栅的处理段或整个光纤元件一般再涂覆一层保护层以保护光纤和布喇格光栅不受环境影响，并且可保持光纤元件的强度。这种涂层的应用还可提供一个识别所形成的布喇格光栅的位置的机会。例如，为了识别光纤长度上的布喇格光栅位置，该段光纤上的涂层可具有颜色不同于未处理段光纤上的涂层。另外，已处理段光纤可再涂一层透明涂层或识别标记，例如一条形码。

在另一实施例中，施加到光纤元件上的涂层对于用来书写光栅的特定波长的辐射光是充分透明的，这样就不需要去除涂层这一步骤。在此实施例中，本发明的方法可包括以下步骤：

(a)将元件的至少一段相对于光学辐射源加以固定；以及

(b)将来自光源的辐射光透过涂层，以在至少一段光纤上产生至少一个布喇格光栅。如果需要，随后光纤还可进一步处理以保护其光学和物理性能。

本发明还涉及一种实现上述方法步骤的装置。本发明的装置一般设有一加工线，具有一涂层去除工位、一纤维静止和布喇光栅书写工位以及一包装工位。该装置或其工位可有选择地配置成标准形式。

附图的简述

图1是根据本发明的方法用于对光纤元件进行连续或逐步连续式处理的一种装置的示意图；

图2A是根据本发明方法所产生的布喇格光栅阵列的反射对波长的光谱分析图表；以及

图2B是图2A的布喇格光栅阵列的反射对波长光谱分析图表，其中阵列中的一个光栅处于纵向张紧状态。

发明的详细描述

本发明的方法一般用于由塑料或玻璃，最好是含硅玻璃，制成的布喇格光栅的制造，裸光纤已在拉制塔上拉成并且涂有至少一层保护层以形成一光纤元件。如本技术领域中众所周知的，光纤元件一般由一裸光纤和裸光纤周围的一层或多层阻挡层构成以保护光纤不受微小弯曲损伤和磨损(请见例如Sterling所著的光纤技术指南(1993)73页)。在本申请中，“裸光纤”或“光纤”的术语都指已经去除阻挡层和外部加强部件的一段光纤元件。当不可剥离的保护层处于阻挡层之下时，可认为保护层即构成裸光纤的一部分。

参见示意地示出于图1中的装置10，与本发明方法有关的光纤元件12一般以绕在卷筒上的方式存放。本发明的装置和方法所用的光纤元件12具有至少一层涂层。在本发明的方法中，涂层施加到一裸光纤上，或者具有不可剥离保护层的裸光纤上，并且不包括构成光纤电缆的外层的加强件或护套。

在本技术领域中众所周知，施加到拉制塔上的裸光纤涂层将根据光纤要求的最终用途而作较大范围的变化。一般可选择涂层以防止精密的光纤结构受机械和/或环境损伤。施加到裸光纤上的涂层还可任意选择，使特定波长的辐射光充分透过，这样所选定的波长可透过涂层而形成布喇格光栅。这种涂层在本文将被称为透明涂层。然而，其它设计方案也可要求所选择的涂层不能被用来在光纤纤芯中形成布喇格光栅的光辐射波长透过。当光纤元件12上的涂层材料不能被用来书写布喇格光栅的光辐射波长透过时，去除足够的涂层以使所选择的波长到达光纤纤芯这是必要的。不透明的涂层可由这种材料组成，它至少能用机械、化学或加热技术中的一种方式基本上完全被去除。这些涂层在本文中称为可去除涂层。

在本发明的装置和方法中，光纤元件12或其一段特定长度可从一张力控制的输线卷筒14上退出。该输线卷筒14可包括一任选的可回转的光学连接器(未示)以提供与布喇格光栅书写过程有关的实时信息。该光学元件12由一驱动卷扬装置18拉过一系列排列成行的滑轮16而到达一可选择的涂层去除工位20。当然，如果一施加到光纤元件12上的涂层对于将要用于在光纤纤芯中书写布喇光栅的光辐射波长是完全透明的，则在本发明的方法中不需要涂层去除步骤。然而，本发明的装置和方法将在下文中进一步描述，并且假定施加到光纤上的可去除涂层对于用在光纤中书写布喇格光栅的光辐射波长是不透明的。

在涂层去除工位20，必须将涂层从光纤元件的一段预定长度上去除足够的一部分，这样光辐射可到达光纤纤芯以在其中形成一布喇格光栅。光纤的预定段可以是整个长度的光纤元件，或者可比整个长度短的任何长度。

如上所述，可去除的涂层可采用机械、化学或加热法中的一种或者其组合在涂层去除工位20上从光纤上基本去除。不管在涂层去除工位20上所采用的涂层去除方法如何，重要的是选择一种本发明装置和方法中所用的可去除涂层，该涂层可从光纤上基本上完全去除以便进行下一步的光辐射从而在光纤纤芯中形成一布喇格光栅。在涂层去除工位20上，可去除涂层最好能完全去除，但如果部分去除涂层就可足以进行下一步的加工，部分去除也是可以的。然而，在不完全去除涂层之后，仍与裸露纤维表面保持接触的剩余部分，特别是在用加热法不完全去除之后的碳质剩余物可产生局部应力集中，这会显著地降低光纤的抗拉强度。另外，在不完全去除涂层之后保留在光纤表面上的小鳞片可阻挡光辐射并且干扰下一步加工步骤。

为实现本发明的目的，对任何聚合物涂层基本上完全去除这一说法是指在去除之后，剩余物约少于原涂层重量的10％，最好约少于5％。在本发明方法中可用的涂层可用多种不同的分析技术加以鉴定，如热解重量分析法(TGA)。

为了有利于本发明以连续的或逐步连续的方式运行，涂层基本上完全去除应在一段商业上可行的时间内完成，对于本发明而言，应约少于15秒，较好少于10秒，最好少于1秒。本发明方法所用的可去除涂层或多层涂层的厚度可根据需要的用途而大幅改变，但一般采用的涂层厚度约为15μ至35μ。

上文所称的基本完全去除涂层最好是这样完成的，即纤维抗拉强度不应减少到低于最终应用情况所需的规定程度。为此，光纤抗拉强度是通过根据ANSI/EIATIA-455-28B-1991的中值断裂应力的评价而测得的，上述标准在本文中称为FOTP-28。在本发明的方法中，根据在涂层去除之前的光纤原始中值断裂应力，最好在涂层去除之后的光纤中值断裂应力不应减少约50％以上。

然而，光纤强度的测试实质上是统计学上的，许多单独的纤维，其各自代表一特定族时必须分别测定强度。报告的结果代表该族一个整体以强度分布图表示，并且此分布的特点是众所周知的威伯尔图表的斜度m(也称为威伯尔模数)。在本方法中，威伯尔模数是涂层去除之后所保留的纤维强度均匀性的尺度。对于所需的应用情况而言，在涂层去除之后纤维的强度分布最好较窄，由FOTP-28所测得的威伯尔模数或斜度m足够大为证。

超过100的较大m对应于均匀或窄的强度分布，并且表明该纤维存在一特性断裂应力，并且断裂的可能性是不明显的，直至所施加的拉应力达到特性值。另一方面，约小于20的低威伯尔模数表明断裂的可能性在大部分施加的应力下是显著的，并且表明机械可靠性低。最好用加热法去除涂层必须使所减少的初始威伯尔模数(在加热法去除涂层之前)不大于约50％。

在涂层去除工位20上，可去除的涂层可以通过任何一种传统的方式从整个光纤上或从光纤的一段规定长度上去除。例如，可去除的涂层可用刀具或类似工具从裸露光纤上机械地“剥离”。可去除涂层可通过浸在一适当溶液中而以化学方法去除。可采用许多不同的化学溶液，典型的例子有浓硫酸或硫酸和双氧水的混合溶液。另外，也可采用去除涂层的化学和机械组合技术。例如，可去除的涂层可浸在一种诸如丙酮的溶剂中以使涂层泡胀，然后所泡胀的涂层可用机械方法从纤维上剥离。另外，也可通过任何传统的装置将热量施加在光纤上以损蚀或烧掉涂层。

然而，用刀具或工具机械地剥离会在玻璃纤维表面产生划痕，这最终会引起小的裂缝和降低纤维强度。化学剥离技术经常会在纤维表面留下残留物，这可降低纤维强度并且干扰随后的加工步骤。当施加热量以去除涂层时，所产生的烧焦残留物可降低纤维强度并且需要在处理加工之前进行额外的涂层去除步骤。另外，在涂层热解过程中光纤吸收热量，这会使纤维脆裂。虽然在本发明的装置和方法中可采用任何一种涂层去除工序，但目前较佳的是加热去除方法，因为其对光纤强度的有害作用最少。请见尚未授权的美国申请08/631,491号。

适用于本发明的装置和方法的可去除涂层揭示在尚未授权的美国专利08/631,491中。在上述商业上可接受的时间内进行加热去除涂层，即在空气中进行约300至900℃，较好为约400至700℃，最好约500至600℃的热处理之后，可去除涂层的残留物约为初始重量的10％以下，较好是低于5％。可去除涂层的加热去除应最好使初始中间断裂应力下降不大于约50％，较佳地不大于约25％，最好不大于约15％。在本发明方法中所用的较佳可去除涂层应使光纤的初始威伯尔模数(如在涂层去除之前)减少不大于约50％，较佳地不大于约25％，最好不大于约15％。

在可去除涂层被去除之后的光纤断裂应力对于施加到纤维上的热量多少是敏感的。所以，本发明方法中重要的是施加在涂层去除工位20上的热量，使只有最少量的热能会转递到光纤上。在用加热法去除可去除的涂层时，可用任何合适的方式加热，只要对特定的最终用途保留光纤足够的强度，例如采用加热电阻丝或其它辐射式热源、二氧化碳激光器或加热的气流。在涂层去除工位20上对可去除涂层进行加热法去除时最好采用加热气流方法进行。虽然不希望受到任何理论的束缚，但可以相信加热的气体流可使可去除涂层材料解聚合，并可驱除其挥发产物，再有传递到光纤上的热量最少。气流可包括任一种气体或气体混合物，如空气、氮气、氩气和类似气体，并且由于其惰性性能和较容易获得，氮气是较为适合的。含氧的气体混合物在本发明方法中使用不是很理想，这是因为在热氧化过程中所产生的燃烧热量会增加光纤玻璃的温度并且会降低其强度特性。

可通过任何适当的技术来应用气流，如采用空气枪或空气刀。然而，为优先从一段光纤去除规定长度的可去除涂层，在商业上可行的连续式或逐步连续式方法中空气刀是较适合的。为了使光纤强度在可去除涂层被去除之后保持最佳状态，可将热源固定在要求的距离处，并保持合适的温度来去除涂层。当然，根据所选的涂层、涂层厚度、处理时间、气流速度和气体温度可大幅改变参数。例如，已经发现，一设置在离开涂层表面约2至10毫米处、较佳地约为5毫米、输出受到限制的并且绕在一圆管内的电阻丝在用加热法去除可去除涂层时是有效的，其时气流速度约为1至3scfm(立方尺/分钟)，并且气流温度约为400至900℃，较佳地为600至700℃。

在涂层去除步骤之后，涂层已基本上完全去除的光纤段22进入纤维固定和光栅书写工位24。该工位24包括将光纤段22相对于光学辐射源固定的装置，以及将光辐射作用到段22上以在段22的光纤芯部以规定波长或布喇格条件形成一布喇格光栅。

使段22固定的任何装置可用于将光纤元件12保持充分静止，这样在段22的的纤芯部分在所需布喇格条件下书写布喇格光栅。目前用于固定将要处理的段22的一种较佳装置包括一第一张紧夹26和一分阶段夹28。夹26和28可以机械方式分别夹住段22的第一端和第二端。为了防止损伤光纤，最好将夹子26和28夹住段22上的靠近裸纤部分的涂层部。

当在光纤上书写光栅时，夹子26和28可方便地将段22保持张紧并且固定在位，或者可用于对光纤段22施加一规定的纵向张力以在段22中产生一预定的布喇格条件。本技术领域中众所周知的，该张力可在布喇格光栅书写过程中施加到光纤上以调整光栅的布喇格条件、如谐振频率。一般地，施加到纤维上的张力受到其机械强度的限制，并且产生的伸长不应超过纤维原始(预拉伸)长度的10％左右。其较好的伸长不超过7％左右，最好不超过5％左右。例如请见Kashyap等人的美国专利5,384,884；电子通讯第31期第1卷(1995年1月)Byron和Rourke所著的通过新颖的拉伸和书写技术制造线性调制光栅：和张等人所著的通过书写光栅在预拉伸纤维上调谐布喇格波长，刊登在光子技术通讯第7期第6卷(1994年7月)。

纵向张紧的应用还可用于在光纤长度上的多路光栅。由于不处于张力状态下的各段光纤中的“下游”光栅可传递用于监控张力状态下光纤段中的光栅所必须的光波长度，所以光纤周期性拉伸可用于实时地监控光栅书写过程的精度。请见Kashyap等人的美国专利5,384,884；光学通讯第12期16卷(1991年6月)刊登的由Campbell和Kashyap所著的光感纤维中布喇格光栅的光谱分布和多路传输。

作用到段22上的纵向张力可通过调节张紧夹26而改变。张紧夹可包括将连续可变化的应变作用到段22上的机械装置(图1中未示)，例如一带夹子的测微器、一压电转换架或一个简单的重块。用于连续监控应变的装置、例如一带有张紧夹26闭环控制的应变计可安装到本发明的装置上以助于布喇格光栅书写过程的自动化。虽然分段夹28一般可以是一个简单的夹子，但仍能将各种不同的变形程度作用到段22上。张紧夹26和分段夹28可有选择地包括使光纤段22绕其纵轴转动的装置。例如，此转动性能可用于提供一适当的布喇格光栅合成效果。转动装置还可用于产生一种布喇格光栅，该光栅相对对偏振化的或保持偏振化的光纤元件的内偏振轴线具有一规定方向。例如，为了确定一偏振的或保持偏振的光纤相对某外部参照方向的转动方向，可采用如美国专利5,013,345中所揭示的光学排列成象系统和可回转的夹持机构。

一旦将要处理的光纤段22被固定，可将光辐射作用到光栅书写工位24上处于静止状态的段22上，用以在段22的光纤芯部形成一个或多个布喇格光栅。采用本技术领域中所知的任何方法和任何光学系统25、例如采用相位屏栅投射或全息摄影法都可在光纤段22中形成布喇格光栅。例如请见Farries等人所著的用于通信的包装纤维光栅的制造和性能、以及Rizvi等人所著的用全息摄影和屏栅投射法在光纤中制造布喇格光栅，这些文献都刊登于1995年1月的电气工程学院的光纤光栅和其应用杂志上。

图1中示意地示出了目前加工段22以形成一布喇格光栅的较佳方法。在此技术中，来自一激元激发器25a的相干光辐射27被引入一相位屏栅25b并且以垂直于段22长度的方向进入段22中的光纤芯部。较佳地，段22相对相位屏栅25b的距离和方向可以由书写头板29中的一排切削槽精确地保持(未示)。

在光纤段22中书写布喇格光栅之后，已加工的段22将传递到一可选择的退火装置30中。如本技术领域中众所周知的，对光纤布喇格光栅退火可确保光栅的光学性能在一段时间内保持恒定。请见1994年7月出版的J.Appl.Phys(应用物理杂志)第76卷73页由Erdrogan等人所著的紫外线引导的纤维布喇格光栅的退化。退火一般是通过将含有布喇格光栅的光纤段22送过一加热腔或区域(未示)而进行的。在加热腔中，辐射热或加压空气热量作用一段与所施加温度成反比的时间以使光纤段22退火。所需的退火时间将随光纤元件和最终用途的特性变化，但一般在加热区中在约300℃下停留一分钟即足够了。

在可选择的退火步骤之后，所处理的段22将传递到一包装装置40中。在包装装置40中，其中书写有布喇格光栅的光纤段22被遮盖或包裹起来以用于特定的使用场合。例如，在包装段40中，段22可再涂上一层临时或永久涂层，可装上临时或永久的硬套或软套，或接上诸如连接器的机械装置以盖住段22。较佳地，在包装部分40中，包含布喇格光栅的已处理段22上或者整个光纤元件12上都再涂上传统的临时或永久保护涂层。

当光纤元件12上的原来的可去除涂层置于除裸露段22之外的整个光纤长度上时，为了识别整个光纤元件12长度上的布喇格光栅的位置、包括段22，可用一种视觉上与原来可去除涂层区别开来的材料再加涂覆。例如，当原来可去除涂层是彩色的时，涂在包裹段40上的再涂覆材料可以是透明的，反之亦然。另外，在包装部分段40中应用的再涂覆材料可具有与原来可去除涂层不同的厚度或质地。除了或替代再涂覆彩色识别材料之外，布喇格光栅在段22中的位置也可以通过将人可阅读或机器可阅读的标识置于再涂覆段22上，例如一条形码、彩色码、机器可阅读字符或其组合。

在包装之后，再涂覆段22可送到一可选择的固化装置50上，如果必要的话可使涂层和/或在再涂覆装置中所涂覆的标识固化。这种固化可采用本技术领域中所知的任何适当方法进行。

在固化步骤之后，其中至少书写有一个布喇格光栅的已完成的光纤元件绕过一系列排列成行的滑轮60并且再绕到一卷取筒62上以便存放或随后的加工。

虽然已就本发明的装置和方法有关光纤元件12的单个规定段22中制成单个光纤布喇格光栅作了描述，但是本技术领域中的熟练人员都清楚，本发明的装置和方法还可用于在光纤元件的单个规定段中制成多个布喇格光栅，或者在单个光纤元件的多段中各形成单个的布喇格光栅，而不需要拼接。

例如，当在图1所示装置的涂层去除工位20中从一光纤元件第一段上去除可去除的涂层时，第一段随后前进到静止和光栅书写工位24，如图1所示。当第一段在静止和光栅书写工位用激光处理而在其中形成单个或多个布喇格光栅时，可在涂层去除工位从第二段光纤上去除涂层。当第一段前进到退火工位30时，第二段可前进到静止/书写工位24并在其中形成单个或多个光栅，然后在涂层去除工位20上处理第三段，以此类推。

当这种程序用于在单根光纤中形成多个光栅时，可在静止/书写工位对光纤段施加张力以连续地实时监控形成过程中的特性。例如，图2A是采用本发明方法在单根光纤元件中以1.2米中心距书写的一系列15个单光栅所形成的光栅阵列中反射对波长的光谱分析曲线图。阵列中布喇格光栅的中心波长(见图2A中的峰A)约为1551nm。在图2B中，阵列中的第十五个光栅处于纵向张力下，并且可以看出其中心波长偏移至约1554nm(见图2B中的峰B)。在阵列中的第十四个非张力光栅的中心波长可看出在约1551nm处保持恒定(见图2B中的峰A)，它表明阵列中光栅的性能的一致性。

可以理解，本文所列出的实施例并不限止本发明的范围。借鉴上述描述本技术领域中的熟练人员可对此作出其它变型。这些描述只用于清楚地揭示本发明的实施例。因此，本发明并不能局限于所述实施例，或者所用的特殊元件、尺寸、材料或其中所包含的结构。凡符合所附权利要求书实质精神和范围中的变化和改型都包含在本发明中。

Claims (15)

1．一种在一光纤元件中制造布喇格光栅的方法，包括以下步骤：

(a)将元件至少规定一段上的可去除涂层去除至少一部分以充分地露出该段中的光纤以便接下来用一光辐射源进行处理；

(b)将至少一段光纤相对光辐射源固定；

(c)将来自光源的光辐射引入光纤中以在至少一段光纤中形成至少一个布喇格光栅；以及

(d)覆盖所述至少一段光纤。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括用机械、化学和加热方法中至少一种去除涂层。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括在所述规定段的第一端和第二端处夹住纤维。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括对所述规定段施加一纵向张力。

5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)中的光学辐射由相位屏栅投射、全息摄影和其组合方式中的至少一种引入光纤。

6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(c)后对光纤进行退火处理。

7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括对规定段进行再涂覆和包装方式中至少一种处理。

8．一种形成布喇格光栅的方法，包括以下步骤：

(a)提供具有用加热法可去除涂层的光纤元件；

(b)将光纤元件的至少一个规定段暴露于加热的气流中以去除热法可去除的涂层而露出光纤；

(c)夹住光纤的第一端和第二端以使至少一段静止；

(d)将光辐射引入光纤以在至少一段中形成至少一个布喇格光栅；

(e)对至少一段施以第二涂层，其中第二涂层可以与加热法可去除涂层相同或不相同。

9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(d)后对光纤进行退火处理。

10．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(e)之后对该段进行标识以识别布喇格光栅。

11．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(e)之后对第二涂层进行固化。

12．如权利要求8所述的方法，其特征在于，第二涂层的颜色与用加热法可去除涂层不同。

13．如权利要求8所述的方法，其特征在于，第二涂层具有与用加热法可去除涂层不同的厚度。

14．如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括对规定段施加至少一个纵向张力。

15．如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中以加热法去除涂层之后，根据FOTP-28测得光纤具有预定的威伯尔模数。

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