[发明专利]一种混周期多相移位长周期光纤光栅及其制备方法

说明书

本发明针对自相位调制、四波混频、受激布里渊散射引起的光谱展宽，提出了一种混周期多相移位长周期光纤光栅及其制备方法。所述混周期多相移位长周期光纤光栅通过控制不同周期数的光纤光栅，施加相移及刻蚀域来实现特定的滤波功能。其透射谱具有一个窄通带以及两个宽阻带，窄通带的中心波长对应信号激光的中心波长，宽阻带位于窄通带两侧，宽阻带的波段范围对应自相位调制、四波混频、受激布里渊散射产生的寄生激光波段。它能够将特定波段的光从纤芯模耦合至包层模，同时避免回光损坏后续器件，使在纤芯中只包含信号激光。相比于现有方法，本发明提出的方法具有效果好、成本低、应用范围广等优点。

技术领域

本发明属于高功率光纤激光器领域，具体涉及一种混周期多相移位长周期光纤光栅及其制备方法。

背景技术

目前，高功率激光器激发的非线性效应严重恶化了输出激光的线宽水平，成为了制作具有超窄线宽、高功率特性的单模光纤激光器的难题。其中非线性效应包括受激散射引起的受激拉曼散射、受激布里渊散射，以及非线性折射率调制引起的四波混频、自相位调制和交叉相位调制。受激布里渊散射会在信号光附近产生数GHz的斯托克斯信号光和反斯托克斯信号光，而四波混频与自相位调制是直接导致光纤激光器信号激光光谱展宽的非线性效应。当输出功率过高超过以上所述非线性效应产生阈值时会引起光谱展宽，进而影响激光器的正常运行。由于光纤光栅具有特殊的结构，能够对激光进行纵模调制，因此能够对非线性效应产生的纵模恶化现象进行抑制，并且其具有的全兼容于光纤的特点使基于光纤光栅技术的高功率激光非线性效应抑制方法成为目前最有效的解决途径。

目前已有利用倾斜布拉格光纤光栅抑制受激布里渊散射现象，证明了对后向传输的斯托克斯光有很强的滤除作用，但倾斜布拉格光纤光栅不仅会将纤芯模耦合至后向包层模，在极高功率下这一部分的回光入射到光纤激光器中会造成系统稳定性下降，甚至造成光纤激光器后续器件烧毁；利用啁啾倾斜布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅级联抑制自相位调制效应与四波混频效应，但这些不仅会将寄生激光抑制，同时也会将大部分信号激光滤除，进而造成光纤激光器输出激光功率大幅下降。利用相移长周期光纤光栅来滤除自相位调制效应与四波混频效应，在较低功率时效果显著，在较高功率时自相位调制效应与四波混频效应加剧，进而导致激光器光谱展宽加剧，相移长周期光纤光栅的阻带无法完全覆盖非线性折射效应引起的展宽激光，因此输出光谱主瓣附近将出现残余的非线性折射效应光谱成分，不能达到压窄输出激光光谱线宽的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混周期多相移位长周期光纤光栅及其制备方法，抑制了由于激光功率过高超过非线性效应产生阈值时引起的光谱展宽，实现了高功率光纤激光器的窄线宽输出，同时具有全兼容性、结构紧凑、体积小、高效率、高稳定性等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种混周期多相移位长周期光纤光栅，在光纤上取中段剥除涂覆层作为加工段，在加工段的纤芯上刻蚀若干个不同周期数的长周期光纤光栅，两个相邻的长周期光纤光栅之间的相移均相等，该加工段的包层设有刻蚀域，所述刻蚀域位于两个周期数不同的相邻长周期光纤光栅之间，以及加工段的两端。

所述混周期多相移位长周期光纤光栅的透射谱具有一个窄通带和两个宽阻带，两个宽阻带对称分布在窄通带的两侧，窄通带的中心波长对应信号激光的中心波长，宽阻带的范围对应光纤激光器中受激布里渊散射、四波混频、自相位调制引起的光谱展宽，窄通带的范围小于宽阻带的范围；混周期多相移位长周期光纤光栅能将受激布里渊散射、四波混频、自相位调制引起的主瓣附近的寄生激光从光纤的纤芯模耦合至光纤包层，进而使在纤芯中继续向前传输的激光中只包含信号激光，最终达到优化输出光谱线宽的效果。

一种混周期多相移位长周期光纤光栅的制备方法，利用飞秒激光器与聚焦透镜组的结合进行逐点刻写长周期光纤光栅，利用飞秒激光器与柱透镜组的结合来生成刻蚀域，步骤如下：

步骤1、打开飞秒激光器预热，设置飞秒激光器的平均输出功率。

步骤2、在光纤上取中段剥除涂覆层作为加工段，并进行清洁处理，再将该光纤固定在飞秒激光直写光刻系统的光纤支架上。