[发明专利]利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置和方法

说明书

利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置和方法，属光纤传感器的制作技术领域，该装置包括飞秒激光光源、第一、第二准直光阑、消色差二分之一波片、偏振分光棱镜、快门、反射镜、第一、第二凸透镜、柱面透镜、第一、第二精密移动平台、位相光栅、待加工光纤、电控三维精密移动平台、宽带光源、光谱仪、计算机。该发明基于泰伯效应，利用飞秒激光照射位相光栅在光栅后面预定分数泰伯距离处形成稳定的明暗相间光强分布，经柱面透镜线聚焦辐照在待加工光纤上，待加工光纤与飞秒激光相互作用发生非线性吸收，折射率发生周期性改变，从而实现长周期光纤光栅的制备。本发明具有结构简单、飞秒激光利用率高、加工时间短、制作成本低的优点。

技术领域

本发明属于光纤光栅的制作领域，特别是一种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置和方法。

背景技术

光纤光栅由于具有易于微型化和集成化、易于实现多参数传感测量、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布式测量等优点，已经成为最具有发展前景、应用最为广泛的光纤无源器件之一。长周期光纤光栅是近十几年才出现的一种新型的光纤光栅，现已在光纤通信和光纤传感等方面发挥越来越重要的作用。传统的利用紫外激光制备的长周期光纤光栅温度稳定性较差，特别在高温条件下可能会导致光纤的光栅特性的完全消失，不能在高温条件下使用。由于飞秒激光具有超快时间特性和超高峰值功率特性，在与材料相互作用时它能快速，准确地将能量作用在某特定的区域内，引起了材料结构的永久损伤，实现对材料折射率的调制。利用飞秒激光制备的长周期光纤光栅不存在温度稳定性差的缺点。利用飞秒激光制备长周期光纤光栅的方法大致分为两种，一种方法是利用飞秒激光直写技术加工长周期光纤光栅，如作者为Y.Kondo、K.Nouchi、T.Mitsuyu、M.Watanabe、P.G.Kazansky和K.Hirao、文献名称为Fabrication of long-period fiber gratings by focused irradiation ofinfrared femtosecond laser pulses(Optics Letters,Vol.24,No.10,pp646-648,1999)的文献中记载了这种方法，该方法通过聚焦飞秒激光光束，在固定飞秒激光焦点不动的情况下，利用计算机编程控制待加工光纤移动，从而制备长周期光纤光栅。此方法虽然灵活，但该方法非常耗时，而使用飞秒激光光源的成本十分昂贵，因此这种方法不利于批量生产和工业应用。另一种方法利用了飞秒激光照射振幅掩模板(参见文献Femtosecond UVlong-period fibre grating fabrication with amplitude mask techniqueOpticsCommunications,Vol.284,No.24,pp5650-5654,2011，作者为B.J.O'Regan和D.N.Nikogosyan)，即利用掩模板周期性遮挡入射飞秒激光辐照区域，实现长周期光纤光栅的制备。但该方法存在一个缺点，飞秒激光照射振幅掩模板时，部分飞秒激光能量被掩膜板遮挡住，飞秒激光的利用效率不高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种利用飞秒激光泰伯效应制备长周期光纤光栅的装置和方法。本发明基于泰伯阵列照明器原理，利用飞秒激光照射一维纯位相光栅，在光栅后面预定分数泰伯距离处实现阵列照明，形成稳定的明暗相间光强分布，经柱面透镜线聚焦辐照在待加工光纤上，待加工光纤与飞秒激光相互作用发生非线性吸收实现对材料折射率的调制，从而制备长周期光纤光栅。本发明是利用纯位相二阶光栅分数泰伯效应获得明暗相间光强分布，该过程衍射效率为100％，克服了现有技术飞秒激光能量利用率不高的缺点；同时，本发明在制备长周期光纤光栅时一次性完成曝光，相比利用飞秒激光直写技术加工长周期光纤光栅的技术大大缩减了加工时间，降低了制作成本。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：