[发明专利]一种利用飞秒激光直写技术制备啁啾光纤光栅的方法

说明书

本发明公开了一种利用飞秒激光直写技术制备啁啾光纤光栅的方法，属于光纤光栅的制作技术领域，本发明利用飞秒激光在单模光纤内进行逐点刻写，通过控制飞秒激光聚焦在纤芯内的点间距的逐渐改变，可以制造出线性啁啾光纤光栅。由于飞秒激光逐点直写法可以在光纤纤芯内产生较大的折射率调制，可以在较短的光栅结构上获得大半峰宽高反射率的啁啾光纤光栅。本发明基于高功率光子晶体光纤激光器的优良性能，采用A3200Motion Composer软件编写的电控三维精密移动平台(Aerotech ABL10050L‑LN/UPPER and BOCIC MRS100Series)和快门开关联动控制程序，通过设置不同加工参数可在单模光纤内实现不同参数的啁啾光纤光栅的加工。本发明具有低成本、高灵活性、操作简单、自动化程度高等优势，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光直写技术制备啁啾光纤光栅的方法，具体涉及到光纤的预处理，飞秒激光逐点刻写的过程和对制备的光栅进行退火处理，可实现高质量啁啾光栅的高效便捷的制备。

背景技术

啁啾光纤光栅作为光纤光栅的一个重要分支，在光纤传感、光纤激光器和光纤通讯等领域都发挥着十分重要的作用。传统的制造啁啾光纤光栅的方法是相位掩膜法。然而，相位掩膜法需要提前制造相位掩膜版，当需要制造不同参数的啁啾光纤光栅时，必须提前制造相应的不同参数的相位掩膜版来满足特定光栅的制造，因此该方法具有加工步骤复杂、成本高、耗时长等缺点。飞秒激光直写法通过在直接光纤内聚焦激光光束，使纤芯内产生周期性的折射率调制，不再需要借助掩膜版，具有加工效率高、操作简单和灵活性高等优势。特别是随着具有超短脉冲宽度、超强峰值功率等加工性能良好的飞秒激光的出现以及各种精密光学元器件的优化，通过飞秒激光直写法制备高质量的啁啾光纤光栅成为可能。

发明内容

针对现有的制造啁啾光纤光栅的技术中存在的不足，本发明提出了一种利用飞秒激光逐点直写技术在单模光纤上制造啁啾光纤光栅的方法。针对待加工啁啾光纤光栅的光栅周期沿轴向逐渐增大的结构特点，采用变速扫描的方式替代一般加工中的匀速扫描，即可在单模光纤上直写出啁啾光栅结构。其中，啁啾光栅周期与扫描加速度的关系为Λ＝s/f，其中，Λ为啁啾光纤光栅的光栅周期，s为飞秒激光的扫描速度，f为飞秒激光的重频。由于在光纤纤芯内聚焦飞秒激光使激光具有超高的能量密度，飞秒激光与光纤纤芯相互作用区域产生热效应，多光子离子化效应使激光聚焦光纤纤芯位置产生永久性折射率变化，因此得到的啁啾光栅具有高反射率。本发明采用高重频飞秒激光器作为光源，采用A3200Motion Composer软件编写程序控制控制精密三维移动平台的运动，通过精确调控飞秒激光聚焦焦点间距大小的变化，使制造得到的啁啾光纤光栅的周期符合预先设计的程序和方案。此外，本发明采用热退火的方式，释放了在光纤光栅加工过程中的残余应力，优化了啁啾光纤光栅的光学特性。

本发明通过如下技术方案实现：

一种利用飞秒激光直写技术制备啁啾光纤光栅的方法，具体步骤如下：

步骤一：待加工光纤的预处理；

首先截取一段一定长度的单模光纤，用光纤剥线钳去除待加工部位光纤涂覆层，使光纤包层暴露在空气中；依次经过乙醇和去离子水对去除包层的光纤擦拭和冲洗，使光纤表面无涂覆层残留，最后将光纤表面的去离子水吹干，待加工单模光纤预处理完成；

步骤二：通过飞秒激光在光纤中逐点刻写啁啾光栅；

首先，将待加工的光纤固定在三维平台上，使加工部位由镜油浸没以消除光纤圆柱形截面相差；飞秒激光放大器经倍频后出射飞秒激光，激光在经过倍频晶体、扩束准直系统、二向色镜和油浸物镜后聚焦在光纤纤芯内，通过CCD相机可观察激光聚焦位置，同时可以通过调整三维平台来改变激光聚焦位置；随后，在软件中输入预先设置好的加工程序，控制三维平台进行变速运动，沿光纤轴向对其进行变速扫描加工，通过改变加工参数，使激光聚焦在纤芯内的点间距发生具有不同幅度的改变，可制造具有不同啁啾率的啁啾光纤光栅。

步骤三：啁啾光纤光栅的取出及退火；