一种中红外布拉格光纤光栅制备装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于飞秒激光器发出高能量的飞秒激光，经过准直透镜准直，并由小孔光阑调整激光光斑大小，经过1/2波片和格兰棱镜调节激光脉冲能量，后经反射镜入射到平凸柱透镜上，再经过布拉格相位掩模板产生级衍射光，+1级和-1级衍射光在重叠区域产生干涉条纹，光纤架设在精密位移平台上，光纤一端连接宽带光源，另一端连接光谱测量仪，本实用新型实现了一种制备中红外光纤光栅的方法，光学系统简单，除了具有传统UV准分子激光写光栅的优点外，此种方法对光纤的光敏性没有要求，制备的光纤光栅具有优异的温度稳定性。
【专利说明】一种中红外布拉格光纤光栅制备装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤光栅制备技术,尤其是一种基于相位掩模法和飞秒激光的中红外布拉格光纤光栅制备装置。
【背景技术】
[0002]中红外光纤激光器可广泛应用于医学，传感，国防等领域。但受限于中红外光纤光栅，目前的中红外光纤激光器大多都使用了许多诸如光学透镜，反色镜等自由空间光学器件(bulk optics)，无法实现全光纤化，这大大限制了中红外光纤激光器的应用范围。因此，制备高质量中红外光纤光栅具有重要价值。
[0003]高能量飞秒激光凭借超高峰值功率及超快作用时间，作用于材料时，通过多光子电离引起稠化作用，导致绝缘材料在光爆炸后的局部融化和快速淬火，改变材料的折射率。因此高能量飞秒激光可作用于玻璃光纤，对玻璃光纤纤芯的折射率进行周期性调制，实现光栅效应。
[0004]我们提出一种基于飞秒激光及相位掩膜法制备中红外光纤光栅的方法和装置，刻写出的中红外光纤布拉格光栅可应用于中红外全光纤激光器的研制，也可用于中红外光纤光栅传感器的研制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于相位掩模法和飞秒激光的中红外布拉格光纤光栅制备装置。
[0006]本发明可以通过以下技术方案实现。
[0007]—种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于由飞秒激光器1、准直透镜2、小孔光阑3、1/2波片4、格兰棱镜5、反射镜6、平凸柱透镜7、布拉格相位掩模板8、光纤9、精密位移平台10、宽带光源11、光谱测量仪12组成，飞秒激光器I发出高能量的飞秒激光，经过准直透镜2准直，并由小孔光阑3调整激光光斑大小，经过1/2波片4和格兰棱镜5调节激光脉冲能量，后经反射镜6入射到平凸柱透镜7上，再经过布拉格相位掩模板8产生±1级衍射光，+1级和-1级衍射光在重叠区域产生干涉条纹，光纤9架设在精密位移平台10上，通过精密位移平台调整光纤位置，使上述+1级和-1级衍射光发生干涉的重叠区域在光纤纤芯上，从而干涉条纹能够诱导光纤纤芯折射率发生周期性的变化，形成光纤布拉格光纤光栅，在线制备过程中光纤一端连接宽带光源11，另一端连接光谱测量仪12，通过透射光谱观察光栅反射率的实时增长情况。
[0008]本发明所述的飞秒激光器I为掺钛蓝宝石飞秒激光再生放大器，工作波长是800nm，重复频率是IKHz，最大脉冲能量为2.2mJ ；
[0009]本发明所述的写制出的布拉格光纤光栅反射谱中心波长位于2-5 U m的中红外波段，由布拉格相位掩模板的周期决定，具体如下:XpneffAtj ; Atj= APM/2 ;其中，Xb为布拉格光纤光栅反射谱中心波长，Iiejff是光纤纤芯有效折射率，Ae为布拉格光纤光栅折射率调制周期，Apm为相位掩模板周期。
[0010]本发明所述的光纤9可以是石英光纤(Silicon Fiber)，或是氟化物光纤(Fluoride Fiber),或是错化物(Germanate Fiber),或是硫化物光纤(ChalcogenideFiber)。
[0011]本发明所述的光纤9可以是无源光纤，也可以是纤芯掺杂了稀土离子的有源光纤。
[0012]本发明所述的光纤9可以是单包层光纤，也可以是双包层光纤。
[0013]本发明所述的宽带光源11可以是基于自发辐射放大(ASE)的宽带光源，也可以是基于超连续(Supercontinuum Generation)效应的宽带光源，宽带光源覆盖了所写制的光纤布拉格光栅的中心波长。
[0014]本发明具有结构简单，易于操作等优点，制备的中红外布拉格光纤光栅温度稳定性好、不易被擦除，可应用于中红外全光纤激光器，中红外光纤光栅传感器的研制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种结构示意图。
[0016]图中标记:飞秒激光器1，准直透镜2，小孔光阑3，1/2波片4，格兰棱镜5，反射镜6，平凸柱透镜7，布拉格相位掩模板8，光纤9，精密位移平台10，宽带光源11，光谱测量仪12。
【具体实施方式】
[0017]结合附图对本发明作进一步的描述:
[0018]如图1所不,一种中红外布拉格光纤光栅(FBG)制备装置,包括飞秒激光器I,准直透镜2,小孔光阑3,1/2波片4,格兰棱镜5,反射镜6,平凸柱透镜7,布拉格相位掩模板8,光纤9，精密位移平台10，宽带光源11，光谱测量仪12，其特征在于飞秒激光器I发出高能量的飞秒激光，经过准直透镜2准直，并由小孔光阑3调整激光光斑大小，经过1/2波片4和格兰棱镜5调节激光脉冲能量，后经反射镜6入射到平凸柱透镜7上，再经过布拉格相位掩模板8产生±1级衍射光，+1级和-1级衍射光在重叠区域产生干涉条纹，光纤9架设在精密位移平台10上，通过精密位移平台调整光纤位置，使上述+1级和-1级衍射光发生干涉的重叠区域在光纤纤芯上，从而干涉条纹能够诱导光纤纤芯折射率发生周期性的变化，形成光纤布拉格光纤光栅。在线制备过程中光纤一端连接宽带光源11，另一端连接光谱测量仪12，通过透射光谱观察光栅反射率的实时增长情况。
[0019]所述的飞秒激光器I为掺钛蓝宝石飞秒激光再生放大器，工作波长是800nm，重复频率是IKHz，最大脉冲能量为2.2mJ;
[0020]所述的写制出的布拉格光纤光栅反射谱中心波长位于2-5 U m的中红外波段，由布拉格相位掩模板的周期决定。具体如下:XpneffAtj ; Atj= APM/2 ;其中，Xb为布拉格光纤光栅反射谱中心波长，nrff是光纤纤芯有效折射率，Atj为布拉格光纤光栅折射率调制周期，A PM为相位掩模板周期；
[0021]所述的光纤9可以是石英光纤(Silicon Fiber),或是氟化物光纤(FluorideFiber),或是锗化物(Germanate Fiber),或是硫化物光纤(Chalcogenide Fiber);可以是无源光纤，也可以是纤芯掺杂了稀土离子的有源光纤；可以是单包层光纤，也可以是双包层光纤;
[0022]所述的宽带光源11可以是基于自发辐射放大(ASE)的宽带光源，也可以是基于超连续(Supercontinuum Generation)效应的宽带光源。宽带光源覆盖了所写制的光纤布拉格光栅的中心波长。
【权利要求】
1.一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，包括飞秒激光器，准直透镜，小孔光阑，1/2波片，格兰棱镜，反射镜，平凸柱透镜，布拉格相位掩模板，光纤，精密位移平台，宽带光源，光谱测量仪，其特征在于飞秒激光器发出高能量的飞秒激光，经过准直透镜准直，并由小孔光阑调整激光光斑大小，经过1/2波片和格兰棱镜调节激光脉冲能量，后经反射镜入射到平凸柱透镜上，再经过布拉格相位掩模板产生±1级衍射光，+1级和-1级衍射光在重叠区域产生干涉条纹，光纤架设在精密位移平台上，通过精密位移平台调整光纤位置，使上述+1级和-1级衍射光发生干涉的重叠区域在光纤纤芯上，干涉条纹诱导光纤纤芯折射率发生周期性的变化，形成光纤布拉格光纤光栅，在线制备过程中光纤一端连接宽带光源，另一端连接光谱测量仪，通过透射光谱观察光栅反射率的实时增长情况。
2.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于飞秒激光器I为掺钛蓝宝石飞秒激光再生放大器，工作波长是800nm，重复频率是lKHz，最大脉冲能量为2.2mJ。
3.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于写制出的布拉格光纤光栅反射谱中心波长位于2-5 V- m的中红外波段。
4.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于写制出的布拉格光纤光栅反射谱中心波长由布拉格相位掩模板的周期决定:XB=2nrff Ae ；Ac= apm/2 ;其中，X B为布拉格光纤光栅反射谱中心波长，nrff是光纤纤芯有效折射率，Atj为布拉格光纤光栅折射率调制周期，Apm为相位掩模板周期。
5.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于光纤为石英光纤(Silicon Fiber)或是氟化物光纤(Fluoride Fiber)或是锗化物(GermanateFiber)或是硫化物光纤(Chalcogenide Fiber)。
6.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于光纤是无源光纤或纤芯掺杂了稀土离子的有源光纤。
7.根据权利要求1所述一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于光纤为单包层光纤或双包层光纤。
8.根据权利要求1所述的一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，其特征在于宽带光源是基于自发福射放大(ASE)的宽带光源或是基于超连续(Supercontinuum Generation)效应的宽带光源，宽带光源覆盖了所写制的光纤布拉格光栅的中心波长。
【文档编号】G02B6/02GK203573000SQ201320808501
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月7日 优先权日:2013年12月7日
【发明者】史伟, 房强, 樊景丽 申请人:山东海富光子科技股份有限公司