[实用新型]基于机器学习图像识别的飞秒激光直写光纤光栅制备装置

说明书

本实用新型公开了一种基于机器学习图像识别的飞秒激光直写光纤光栅制备装置，包括有飞秒激光直写光路系统、可见光实时成像系统、定位模块和图像识别程序控制模块，飞秒激光直写光路系统、可见光实时成像系统和定位模块均和图像识别程序控制模块电性连接，根据待刻光纤的待刻图片，图像识别程序控制模块通过定位模块对待刻光纤进行定位，并通过飞秒激光直写光路系统对定位后的待刻光纤进行刻写，同时通过可见光实时成像系统观察刻写后的待刻光纤的成像图片。本实用新型可以定位光纤布拉格光栅轨迹，实现由微米量级到米级范围内任意长度的光纤光栅，也可以实现任意类型的布拉格光纤光栅。

技术领域

本实用新型涉及飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅技术领域，尤其涉及一种基于机器学习图像识别的飞秒激光直写光纤光栅制备装置。

背景技术

光纤光栅具有体积小、波长选择性好、易于与光纤器件及系统耦合集成、便于使用和维护等特点，是光纤通信、光纤激光器和光纤传感等领域非常重要的光纤器件。光纤光栅的制备方法主要有基于紫外波段激光的双光束干涉法和相位掩膜板制备法，以及基于近红外飞秒激光的直写法和相位掩膜板制备法。前者需要光纤纤芯具有一定的光敏性，后者克服了前者在光纤方面的局限性，可以在任意类型的石英玻璃光纤中制备出光纤光栅。此外，相位掩膜板制备法所得的光纤光栅长度和类型取决于所用相位掩膜板的长度和类型，制备成本较高。然而，基于近红外飞秒激光的直写制备法避免了相位掩膜板的限制，通过精确控制光纤或者飞秒激光聚焦光束的移动速度和飞秒激光的重复频率，可以灵活地制备出不同长度和任意类型的光纤光栅，且成本低。因此，近年来，近红外飞秒激光直写光纤光栅制备技术越来越受到国内外工业界和学术界的关注和青睐。

飞秒激光直写法制备光纤光栅是将入射飞秒激光束聚焦到光纤纤芯内部，并沿着光纤轴向进行逐点曝光，使得纤芯的折射率沿轴向形成周期性分布的光栅结构。利用可见光成像技术和高精度XYZ三维位移平台控制技术，聚焦光束能够精确地聚焦到纤芯中央，同时通过高精度移动激光束或光纤，在纤芯中形成遵循一定轨迹的光栅结构。当该光栅轨迹与光纤中心轴线相重合，光栅的耦合效率最高且背光损耗最低。当光栅轨迹偏离光纤中心轴线时，会导致光栅的耦合效率低、产生不必要的包层模和光栅插入损耗等问题。因此，光栅轨迹的精确准直是飞秒激光直写法制备高质量光纤光栅的重要前提。

实用新型内容

实用新型目的：针对飞秒激光直写法制备光纤光栅技术中，现有的基于两点固定法得到光纤的实际轨迹是非线性的，从而导致光栅耦合效率低、重复性差，甚至无法制备出一定长度的光纤光栅的问题，本实用新型提出一种基于机器学习图像识别的飞秒激光直写光纤光栅制备装置。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于机器学习图像识别的飞秒激光直写光纤光栅制备装置，所述飞秒激光直写光纤光栅制备装置包括有飞秒激光直写光路系统、可见光实时成像系统、定位模块和图像识别程序控制模块，所述飞秒激光直写光路系统、可见光实时成像系统和定位模块均和图像识别程序控制模块电性连接，根据待刻光纤的待刻图片，所述图像识别程序控制模块通过定位模块对待刻光纤进行定位，并通过所述飞秒激光直写光路系统对定位后的待刻光纤进行刻写，同时通过所述可见光实时成像系统观察刻写后的待刻光纤的成像图片。

进一步地讲，所述待刻光纤包括有纤芯、包层和涂敷层，所述纤芯设置在待刻光纤的中心，所述包层设置在纤芯的外部，所述涂敷层设置在包层的外部，同时所述纤芯和包层的材料折射率范围均为：1.44-2.5。

进一步地讲，所述飞秒激光直写光路系统包括有近红外飞秒激光器或放大器、电子快门、组合透镜、二向色镜和聚焦透镜，所述近红外飞秒激光器或放大器发出飞秒激光光束，所述飞秒激光光束通过电子快门和组合透镜发送至二向色镜中进行高反，所述高反后的飞秒激光光束通过聚焦透镜聚焦在待刻光纤中，对所述待刻光纤进行刻写。