[发明专利]一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用

说明书

本发明公开了一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用，包括有源光纤，所述有源光纤的中间部分作为增益介质，所述有源光纤的两端通过飞秒激光直接写入高反射率光栅和低反射率光栅。本发明直接在有源光纤的两端通过飞秒激光直接写入高反射率光栅和低反射率光栅，减少了光栅和有源光纤的两个熔接点，同时由于是使用飞秒激光刻写布拉格光纤光栅，故省去了常规光纤光栅制作过程中的载氢、开窗和二次涂覆的步骤，这些步骤不仅耗费时间，且可能给光纤的结构带来不可见的损伤，这样会给光纤光栅的实际应用带来隐患，尤其是在高功率光纤激光器应用中，当光纤中传输的功率过高时，会使得结构损伤部位出现热点，严重的情况下直接损坏激光器谐振腔。

技术领域

本发明涉及激光器加工技术领域，尤其涉及一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用。

背景技术

谐振腔内模式的分布决定了激光器输出光束的质量。目前，研究谐振腔内模式分布的方法较多，其中麦克斯韦方程组是最基本的方法，但分析过程繁琐、复杂；ABCD矩阵虽然原理简单，但只适用于近轴系统；Collins公式分析的前提是要知道入射光的光场分布；迭代法在菲涅尔数很大时，对低阶模式能很好的分析，但对高阶模式分析时误差较大。

目前，激光器的种类很多，但它们的基本原理均相同，都是基于爱因斯坦的受激辐射理论。但为了使激光器输出具有方向性好、单色性好、高亮度的光束，大多数激光器必须包括三大部分：泵浦源、光学谐振腔、工作物质，这样才能实现粒子数的反转以及使增益大于损耗，同时在某一方向上让光束得以限制。光学谐振腔也是一种谐振器，其作用主要是提供光学正反馈和模式选择。对大多数激光工作物质，谐振腔的结构直接影响激光器输出光束的质量，对谐振腔进行优化设计是十分必要的。

光纤光栅是近年来发展最为迅速和应用最为广泛的光纤无源器件之一，尤其在光纤传感和光通信中具有重要的作用。高功率光纤激光器作为新一代激光器，以其散热性能好、转换效率高、抽运阈值低、光束质量好、维护成本低等显著优势，受到广泛的关注。由光纤光栅组成的光学谐振腔在光纤激光器中具有谐振放大和滤波选频的作用，对光纤激光器的全光纤化具有极其重要的意义。

现有的光纤谐振腔是使用无源光纤，通过载氢、开窗、刻栅、二次涂覆、封装等一系列工序制成的一对高低反光栅，用于光纤激光器还需要在中间熔接一段有源光纤作为增益介质，这其中另外涉及到的工序还包括有源光纤与无源光纤、无源光纤与无源光纤的熔接操作，至少要形成4个溶解点，这些熔接点对于光纤激光器的功率会产生损耗，且在激光器运行时有烧断的风险。为此，我们提出一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用，具有减少了光栅和有源光纤的两个熔接点，简化了制作步骤的优势，解决了现有光纤谐振腔形成的熔接点多，熔接点对于光纤激光器的功率会产生损耗，且在激光器运行时有烧断的风险的问题。

本发明提供如下技术方案：一种一体化光纤谐振腔，包括有源光纤，所述有源光纤的中间部分作为增益介质，所述有源光纤的两端通过飞秒激光直接写入高反射率光栅和低反射率光栅。

一种利用飞秒激光制作一体化光纤谐振腔的方法，包括如下步骤：直接在有源光纤的两端通过飞秒激光直接写入高反射率光栅和低反射率光栅，有源光纤两端的高反射率光栅和低反射率光栅与作为增益介质的有源光纤的中间部分形成一体化光纤谐振腔。

优选的，所述飞秒激光加工光路采用光纤飞秒激光器作为激光源，光纤飞秒激光器出射的激光受到半波片和格兰棱镜组成的衰减器进行功率衰减，经过衰减之后的激光将通过光快门，光快门上设有快门控制器，快门控制器对激光加工时间精确到ms级的控制，激光通过光路中放置在分束镜之后的CCD对加工过程进行实时成像，激光最后经过一个显微物镜聚焦，聚焦之后的光束束腰半径为5微米，其中快门控制器和CCD与计算机电连接。