[发明专利]一种同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及装置

说明书

技术领域

本发明是光纤光栅的制作方法和装置，属于光纤无源器件制造领域，涉及一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及装置，特别涉及一种利用柱面透镜和飞秒激光脉冲在多根光纤上同时写入耐高温光纤光栅的方法和装置。

背景技术

光纤光栅通常是指通过紫外光曝光具有光敏性的光纤，使纤芯中产生周期性的折射率调制而形成的永久性空间相位光栅，是一种光无源滤波器件，一般可分为反射带通型的光纤布拉格光栅和透射带阻型的长周期光纤光栅两种类型。光纤光栅具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、质量轻、易组成全光网络和可埋入智能材料等众多优点，已经在光纤通信和光纤传感等领域得到了极其广泛的应用。

目前应用最多、技术最成熟的光纤光栅制作方法是利用紫外激光通过相位掩模法侧面曝光光敏光纤。用这种方法制作的光纤光栅在200℃以上环境中不能长久使用，且在500℃以上环境中会很快被擦除。随着高温光纤传感和高功率光纤激光器技术的不断发展，迫切需要在非光敏材料和特殊结构光纤中写入高温下性能稳定的光纤光栅。近十多年发展起来的飞秒激光写入方法，可在绝大多数类型光纤中直接写入具有复杂结构的光纤光栅，并具有很好的高温稳定性。1999年，Y.Kondo等采用飞秒激光和点对点法在掺锗单模光纤中成功写入了长周期光纤光栅(Y.Kondo,K.Nouchi,T.Mitsuyu,etal.,Fabricationoflong-periodfibergratingsbyfocusedirradiationofinfraredfemtosecondlaserpulses,Opt.Lett.,1999,24(10):646-648)。2003年，S.J.Mihailov等采用飞秒激光和相位掩模法在掺锗单模光纤中写入了光纤布拉格光栅(S.J.Mihailov,C.W.Smelser,P.Lu,etal.,FiberBragggratingsmadewithaphasemaskand800-nmfemtosecondradiation,Opt.Lett.,2003,28(12):995-997)。实验结果证实这类光纤光栅具有很好的耐高温特性。

然而，采用上述方法制作光纤光栅过程中，每次都只能写入单根光纤光栅，生产效率低。1993年，Dong等利用干涉光路在光纤拉制过程中成功写入了光纤光栅(L.Dong,L.Reekie,J.Russell,etal.,SinglepulseBragggratingswrittenduringfibredrawing,Electron.Lett.,1993,29(17):1577-1578)，大大提高了生产效率，但需要配套昂贵的光纤拉制设备。2012年，李科等公开了一种同时制作多根光纤光栅的方法(李科,刘增刚,杨立锋,一次同时制作多根光纤光栅的方法,中国发明专利，申请号：201210006988.3)，该方法利用紫外激光同时曝光置于相位掩模板后近场干涉区的数根光纤，其优点是制作的光纤光栅一致性好，缺点是同时制作光纤光栅的数量受限于紫外光束压缩后的光斑横向尺寸，生产效率仅提高了数倍，且制作的光纤光栅不能耐高温。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及装置，可将光纤光栅的生产效率提高几十倍，有效降低制作成本，并且制作过程简单、易于操作，制作的光纤光栅一致性好，同时还具有良好的耐高温性能。

技术方案

一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将飞秒激光束压缩成片状飞秒激光束；

步骤2：将片状飞秒激光束垂直照射在光纤束上，片状飞秒激光束的长边垂直于光纤束的轴线；所述光纤束中各光纤呈平行排列，且各光纤的纤芯均位于平凸柱面透镜的焦线上；

步骤3：使光纤束沿垂直于平凸柱面透镜的焦线方向匀速移动，同时在多根光纤中制作出耐高温光纤光栅。

所述光纤束中的光纤根数其中，D为飞秒激光束的光束直径，d为光纤的直径。

所述步骤3的移动速度v与所制作的光纤光栅的光栅周期Λ的关系为其中，f为飞秒激光束的重复频率。