[發明專利]飛秒激光程控式逐點長周期光纖光柵制備裝置

無效

• 申請號: 201210139260.8
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102699523A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 姜明順;苗飛;隋青美;賈磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及的是一種光纖傳感和光纖光柵制備技術領域的長周期制備系統，具體是一種飛秒激光程控式逐點長周期光纖光柵制備裝置。

背景技術

長周期光纖光柵是一種在光纖上制作的新型光學器件，它是指在光纖上的數十到數百微米的周期性折射率調制形成的透射式光學器件，這種光學器件在光纖通信和光纖傳感上有著重要的用途。長周期光纖光柵具有易于制作、阻帶寬度大，無后向反射、色散低，對外界變化敏感等特性，特別是與光纖系統良好的兼容性，使之成為光纖通信及傳感領域的性能優越的無源光子器件之一。在光纖通信中，主要用作增益均衡器、濾波器、波長選擇及耦合器、光分插復用器、光開關以及模式轉換和色散補償器等。在傳感領域中，主要用于溫度、應變、扭曲、振動等單參數或多參數的測量，近年來在化學、生物傳感領域也獲得了廣泛的應用。

目前，國內外長周期光纖光柵的制備方法有以下幾種：

一是紫外激光照射曝光法。曝光的激光通常是波長為193nm或248nm的紫外光，此法又有逐點曝光法和振幅淹模法之分，逐點曝光法的優點是靈活性高，可制作不同光譜特性的光柵，振幅掩模法的有點事可以實現光纖光柵的批量生產，但不同的光柵使用不同的掩模板，并且會遮擋準分子激光器的大部分激光，降低激光的能量效率。最重要的是采用紫外曝光法寫制的長周期光纖光柵的透射譜不能保持長期穩定，長時間使用或處于高溫環境下時，其利用光纖的氫載光敏性形成的光纖內的折射率調制深度會逐漸被擦除，直至無法滿足長周期光纖光柵的耦合條件。

二是物理變形法，此法又有加熱拉伸和周期性刻槽加壓兩個方面。在加熱拉伸法中，光纖需除去外包層，用電弧加熱光線的局部下斜區段，以電弧的持續時間控制該區段的微彎大小，其優點是長周期光纖光柵具有低的插入損耗和高的熱穩定性（達800℃），缺點是光纖的機械性能下降，工藝條件不易控制，光譜參數不能準確寫制，且不適宜批量生產；周期性刻槽加壓法中，是將光纖放在一塊平板和一塊刻有周期性凹槽的面板之間，向刻有凹槽的底板施加壓力，由于光彈效應，在壓力點產生折射率變化而形成長周期光纖光柵，其缺點是光譜穩定性差，且在不同的溫度下，寫制結構由于溫度變化施加的壓力會產生波動，導致對光纖的折射率調制深度發生變化，光譜不穩定。

三是高頻CO₂激光寫入法。該方法只需普通光纖，不必氫載，并且可隨意改變寫入周期，從而可以寫入不同周期的長周期光纖光柵，成本低，制作周期短。但由于存在熱擴散，所以纖芯基模到包層模的耦合不徹底，存在較大的寫入損耗。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提出了一種飛秒激光程控式逐點長周期光纖光柵制備裝置。它利用設計的程控式控制系統實現飛秒激光對固定在高精度三維位移平臺上光纖上長周期光纖光柵的寫制，這樣制作的長周期光纖光柵折射率調制均勻，通過控制三維位移平臺的移動距離、往復次數可實現諧振波長和諧振峰值可調諧長周期光纖光柵的寫制，且具有寫入損耗小，飛秒激光利用率高的特點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種飛秒激光程控式逐點長周期光纖光柵制備裝置，它包括：超連續白光光源、光纖、三維位移臺、光譜分析儀、監視器、CCD、聚焦透鏡、高反射鏡、顯微物鏡、泵浦光源、飛秒激光振蕩器、激光放大器、全反射鏡、圓形可調節衰減片、可控機械開關及光闌，光纖將超連續白光光源與光譜分析儀連接，監視器、CCD、聚焦透鏡、高反射鏡、顯微物鏡依次連接組成觀察光路；泵浦光源、飛秒激光振蕩器、激光放大器、全反射鏡、圓形可調節衰減片、可控機械開關及光闌依次連接組成寫制光路，光闌的光線經高反射鏡進入顯微物鏡；所述光纖兩端水平夾持在三維位移平臺上；在寫制過程中控制三維位移平臺的水平移動；通過控制三維位移平臺的水平移動次數，實現寫制光柵折射率深度的調制；所述可控機械開關為半圓形遮光片，在程控驅動下勻速轉動，實現對飛秒激光的周期性遮擋，控制占空比為50%，當飛秒激光被遮擋時，激光無法折射到光纖上，此時程控驅動高精度三位位移平臺水平移動，實現寫制光纖的周期性折射率調制。

所述三維位移平臺是微米量級的可控電動位移平臺，它使待寫制的光纖與飛秒激光對準，飛秒激光垂直照射光纖的中心位置，利用CCD成像，并利用監視器觀察。

所述三維位移平臺的水平移動與可控機械開關相結合，使光纖在飛秒激光下的周期性均勻折射率調制，通過控制光纖的水平移動速率，實現不同周期光柵的寫入，實現長周期光纖光柵寫真波長的調諧。

通過控制三維位移平臺的水平移動次數，實現寫制光柵折射率深度的調制，實現長周期光纖光柵諧振峰值調制深度的調諧和選擇。