[發明專利]一種一體化光纖諧振腔及其制作方法和應用

在審

• 申請號: 202011312925.1
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112421360A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉峰;宋立;張心賁;童維軍
• 申請（專利權）人: 長飛(武漢)光系統股份有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 湖北天領艾匹律師事務所 42252
• 代理人: 楊建軍

本發明公開了一種一體化光纖諧振腔及其制作方法和應用，包括有源光纖，所述有源光纖的中間部分作為增益介質，所述有源光纖的兩端通過飛秒激光直接寫入高反射率光柵和低反射率光柵。本發明直接在有源光纖的兩端通過飛秒激光直接寫入高反射率光柵和低反射率光柵，減少了光柵和有源光纖的兩個熔接點，同時由于是使用飛秒激光刻寫布拉格光纖光柵，故省去了常規光纖光柵制作過程中的載氫、開窗和二次涂覆的步驟，這些步驟不僅耗費時間，且可能給光纖的結構帶來不可見的損傷，這樣會給光纖光柵的實際應用帶來隱患，尤其是在高功率光纖激光器應用中，當光纖中傳輸的功率過高時，會使得結構損傷部位出現熱點，嚴重的情況下直接損壞激光器諧振腔。

技術領域

本發明涉及激光器加工技術領域，尤其涉及一種一體化光纖諧振腔及其制作方法和應用。

背景技術

諧振腔內模式的分布決定了激光器輸出光束的質量。目前，研究諧振腔內模式分布的方法較多，其中麥克斯韋方程組是最基本的方法，但分析過程繁瑣、復雜；ABCD矩陣雖然原理簡單，但只適用于近軸系統；Collins公式分析的前提是要知道入射光的光場分布；迭代法在菲涅爾數很大時，對低階模式能很好的分析，但對高階模式分析時誤差較大。

目前，激光器的種類很多，但它們的基本原理均相同，都是基于愛因斯坦的受激輻射理論。但為了使激光器輸出具有方向性好、單色性好、高亮度的光束，大多數激光器必須包括三大部分：泵浦源、光學諧振腔、工作物質，這樣才能實現粒子數的反轉以及使增益大于損耗，同時在某一方向上讓光束得以限制。光學諧振腔也是一種諧振器，其作用主要是提供光學正反饋和模式選擇。對大多數激光工作物質，諧振腔的結構直接影響激光器輸出光束的質量，對諧振腔進行優化設計是十分必要的。

光纖光柵是近年來發展最為迅速和應用最為廣泛的光纖無源器件之一，尤其在光纖傳感和光通信中具有重要的作用。高功率光纖激光器作為新一代激光器，以其散熱性能好、轉換效率高、抽運閾值低、光束質量好、維護成本低等顯著優勢，受到廣泛的關注。由光纖光柵組成的光學諧振腔在光纖激光器中具有諧振放大和濾波選頻的作用，對光纖激光器的全光纖化具有極其重要的意義。

現有的光纖諧振腔是使用無源光纖，通過載氫、開窗、刻柵、二次涂覆、封裝等一系列工序制成的一對高低反光柵，用于光纖激光器還需要在中間熔接一段有源光纖作為增益介質，這其中另外涉及到的工序還包括有源光纖與無源光纖、無源光纖與無源光纖的熔接操作，至少要形成4個溶解點，這些熔接點對于光纖激光器的功率會產生損耗，且在激光器運行時有燒斷的風險。為此，我們提出一種一體化光纖諧振腔及其制作方法和應用。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種一體化光纖諧振腔及其制作方法和應用，具有減少了光柵和有源光纖的兩個熔接點，簡化了制作步驟的優勢，解決了現有光纖諧振腔形成的熔接點多，熔接點對于光纖激光器的功率會產生損耗，且在激光器運行時有燒斷的風險的問題。

本發明提供如下技術方案：一種一體化光纖諧振腔，包括有源光纖，所述有源光纖的中間部分作為增益介質，所述有源光纖的兩端通過飛秒激光直接寫入高反射率光柵和低反射率光柵。

一種利用飛秒激光制作一體化光纖諧振腔的方法，包括如下步驟：直接在有源光纖的兩端通過飛秒激光直接寫入高反射率光柵和低反射率光柵，有源光纖兩端的高反射率光柵和低反射率光柵與作為增益介質的有源光纖的中間部分形成一體化光纖諧振腔。

優選的，所述飛秒激光加工光路采用光纖飛秒激光器作為激光源，光纖飛秒激光器出射的激光受到半波片和格蘭棱鏡組成的衰減器進行功率衰減，經過衰減之后的激光將通過光快門，光快門上設有快門控制器，快門控制器對激光加工時間精確到ms級的控制，激光通過光路中放置在分束鏡之后的CCD對加工過程進行實時成像，激光最后經過一個顯微物鏡聚焦，聚焦之后的光束束腰半徑為5微米，其中快門控制器和CCD與計算機電連接。