专利名称：相移分布反馈光纤激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤相移分布反馈激光器，特别是一种相移分布反馈光纤激光器的制作方法。
背景技术：
光纤光栅的研究得到了广泛的关注和迅速的发展，相移光栅由于可在反射谱阻带中打开线宽极窄的一个或多个透射窗口，使光栅对某一波长或多个波长有更高的选择性，该特点使相移光栅在滤波、波分复用、单频光纤激光器等领域有重要作用。在光纤激光器领域当中，相移分布反馈光纤激光器由于线宽窄、单纵模特性好、受温度的影响小、容易得到高输出功率、低噪音、kHz的窄线宽以及与光纤兼容等特点，在许多领域比半导体分布反馈激光器有更大的优越性。但是长期以来，制作相移分布反馈光纤激光器的成功率很低。其问题表现在下列两个方面1、制作相移分布反馈光纤激光器的方法①直接利用λ/4相位板的方法，这种方法同样涉及到在制作过程中的监控问题，据文献报道，即使是采用这种方法，随着紫外光对光纤光栅的曝光，光纤光栅的反射谱阻带中的透射窗口会逐渐消失，所以用监控光纤光栅的透射谱来制作相移分布反馈光纤激光器的成功率是比较低的，而且也不利于相移分布反馈光纤激光器的优化。
②两次曝光法它是直接利用均匀分布的相位板来制作相移光纤分布反馈激光器，先制做均匀有源光纤光栅，然后在光纤光栅的某一部位进行集中曝光，从而得到相移分布反馈激光器。但是在目前利用二次曝光法制作相移分布反馈光纤激光器的成功率非常低，而且工艺非常繁琐，需要大量的时间和物力，由于紫外光致损耗的影响，我们很难判断需要多大的调制深度才能最优化我们的分布反馈光纤激光器的输出，即在制作光纤光栅时，由于是先制作均匀光纤光栅，因此在制作相移之前，光纤光栅的调制深度已经确定了，这就使得很难判断对于所制作的光纤，所得到的调制深度是否是该相移分布反馈光纤激光器能够得到最佳输出的调制深度。
2、监控手段在通常的制作过程中，监控手段所采用的是监控相移光纤光栅的透射谱的方法，即观察所制作的相移光纤光栅的透射谱是否具有相移光纤光栅的特征，来判定我们的制作成功与否，或者说判定我们终止制作的时间。因为对于长度较长的相移光纤光栅，或者是耦合系数比较大的相移光纤光栅，光纤光栅的反射谱的中间所出现的透射带的带宽非常窄，对于现有的光谱分析仪，大多是无法测得的。而且，监控光纤光栅的透射谱，也不利于相移光纤分布反馈激光器的优化。这是由于即使是同一系列的掺杂光纤，在制作的过程中，由于紫外光致损耗，以及掺杂浓度的不均匀等，能够达到增益阈值和达到最佳输出的光纤光栅的耦合系数都是不同的。
因此采用监控相移光纤光栅的透射谱的方法，制作光纤相移分布反馈激光器的成功率是非常低的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种相移分布反馈光纤激光器的制作方法，以提高相移分布反馈光纤激光器的成品率，并且尽可能的使制作方法简单、有效、节省时间，并减少准分子气体的消耗。
本发明的技术解决方案如下一种相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特点在于它是采用遮挡法一次性制作相移分布反馈光纤激光器，并采用直接监测激光器的输出特性的办法来控制激光的曝光时间而实现的。
所述的遮挡法，即在制作光纤光栅时，遮挡住照射光纤光栅的紫外光的一部分，使在整个一段光纤受到紫外曝光的同时，有一小部分光纤并未受到紫外光致折射率调制。由于遮挡法是在制作光纤光栅的同时就可得到相移光纤分布反馈激光器，所以它属于一次性制作，而且制作起来非常方便，操作也很简单。
所述的采用直接监控激光器的输出特性的办法，即在制作相移分布反馈光纤激光器的同时，用泵浦源通过波分复用器泵浦有源光纤光栅，该制作中的相移分布反馈光纤激光器的正向输出端和反向输出端都接了隔离器，以防端面反射。光纤光栅的正向输出接入光谱仪，用以测试激光器的输出波长，反向输出端，经固定F-P干涉仪、CCD相机，由监控器监控激光器的模式输出情况。
本发明的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，具体包括以下步骤①取一光纤，将其中一段固定在光纤夹具上，紧贴一相位板，并在光纤夹具的该光纤段上加盖一遮光物；②该光纤的反向输出端通过一隔离器接一光谱仪；该光纤的反向输出端通过一隔离器，经F-P干涉仪、棱镜接一CCD相机，再接监控器；该光纤还通过一波分复用器接一半导体激光器泵浦源；③开启准分子激光器，使其发出的激光束通过一准直扩束系统变成平行光再经相位板和遮光物照射位于光纤夹具上的光纤段，进行曝光；同时开启半导体激光器通过波分复用器泵浦该光纤光栅；④开启光谱仪，监测相移分布反馈光纤激光器输出的激光波长；⑤通过监控器观测激光模式的运行情况；⑥当光谱仪中所测的激光功率最大、或开始减小、或监控器监控相移分布反馈光纤激光器输出的干涉环亮度开始减小时，停止曝光，即完成相移分布反馈光纤激光器的制作。
所述的准分子激光器是氟化氩准分子激光器。
所述的光纤是掺镱Yb3+光纤。
所述的半导体激光器是波长为980nm的半导体激光器。
采用遮挡法制作相移光纤光栅，光纤光栅的相移可多次达到λ/4，但是在我们的相关实验和理论研究中发现，考虑到紫外光致光纤损耗，光纤光栅的相移第一次达到λ/4时，激光器的输出是最大的。
所以在制作的过程中，当激光器一开始出现激光，接着达到最佳状态时，这就是该激光器的最佳输出。考虑到光纤光栅的退化，可以稍微过度曝光。
所述的第⑥步中，最好是第一次达到最佳状态时，即停止曝光。
本发明的技术效果1、以使用均匀分布的相位板，采用遮挡制作法完全可以用均匀分布的相位板代替相移相位板，节省了成本。而且操作非常简单，方便。
2、以一次性制作成功。所以极大的节省了时间，减少了准分子气体的消耗。
3、由于是一次性制作，所以可以直接监控激光输出，得到最佳输出的相移分布反馈光纤激光器。
4、直接监控激光输出特性，避免了制作的盲目性，解决了通常采用荧光来测试透射谱特性时，观察不到相移光纤光栅特征的问题。
5、该方法考虑到了紫外光致光纤损耗的问题，因此可得到最佳输出的光纤相移分布反馈激光器。
6、实验结果表明，我们采用直接监控激光器输出特性的监控手段，可使激光器的成品率达到100％。
图1是本发明用于制作相移分布反馈光纤激光器的装置简2为Yb3+光纤在经过紫外光一个小时的曝光后，在相移分布反馈光纤激光器的反向输出端，监控器所测得的干涉环。
图3为光纤相移分布反馈激光器在出激光后，又经过10分钟的曝光后，所测得的干涉环。
图4为我们用检偏棱镜来检验，旋转棱镜，得到的内环最亮，外环消失的干涉图。
图5为我们用检偏棱镜来检验，旋转棱镜，得到的外环最亮，内环消失的干涉图。
图6是采用国产Yb3+光纤，所制得的相移分布反馈光纤激光器的输出功率特性曲线。
图中1-准分子激光器及其发出的紫外光束；2-准直扩束系统；3-经过准直扩束后的紫外激光； 4-遮光物；5-相位板 6-待制作或已制作的光纤光栅的光纤段 7-光谱仪；8-半导体激光器泵浦源 9-波分复用器10-隔离器；11-固定F-P干涉仪；12-棱镜；13-CCD相机；14-监控器15-光纤。
具体实施例方式
先请参阅图1，图1是本发明用于制作相移分布反馈光纤激光器的装置简图。本发明相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于具体包括以下步骤①取一光纤15，将其中一段6固定在一光纤夹具上，紧贴一相位板5，并在光纤夹具的光纤段6上加盖一遮光物4；②该光纤15的正向输出端通过一隔离器10接一光谱仪7；该光纤15的反向输出端通过一隔离器10，经F-P干涉仪11、棱镜12接CCD相机13，再接监控器14；该光纤15还通过一波分复用器9接一半导体激光器泵浦源8；③开启准分子激光器1，使其发出的激光束1通过一准直扩束系统2变成平行光3，再经相位板5和遮光物4照射位于光纤夹具上的光纤段6，进行曝光；同时开启半导体激光器8通过波分复用器9泵浦光纤光栅6；④开启光谱仪7，监测相移分布反馈光纤激光器输出的激光波长；⑤通过监控器14观测激光模式的运行情况；⑥当光谱仪7中所测的激光功率最大、或开始减小、或监控器14监控相移分布反馈光纤激光器输出的干涉环亮度开始减小时，停止曝光，完成相移分布反馈光纤激光器的制作。
在本实施例中，所述的准分子激光器是氟化氩准分子激光器，出射的193nm的光通过准直扩束系统2，经过周期为724nm相位板5，照射在10cm掺Yb3+光纤段6上，该光纤段6紧贴相位板5。掺Yb3+光纤15共长45cm，在10cm的光纤的中间，加盖一遮光物4遮挡5mm。
我们所用的光纤是中国武汉邮电科学院制作的Yb3+掺杂光纤，光纤芯径为6.10μm，截止波长为907nm，在975nm处的吸收为68dB/m。
在紫外光照射光纤段6的同时，用980nm的半导体激光器8通过波分复用器9泵浦掺Yb3+光纤，泵浦光的输出功率为50mW。在正向输出端和反向输出端都加了隔离器10，以防端面反射。正向输出接入光谱仪7来监控激光的波长，反向输出经过固定F-P干涉仪11、棱镜12，进入CCD相机13，通过监控器14来观测激光模式的运行情况。
准分子激光的能量为16mJ，重复频率为5Hz。我们采用图1所示的装置直接监控激光的输出情况。在经过一个小时的曝光后，光纤光栅的正向输出端开始出现激光，同一时刻，在光纤光栅的反向输出端开始出现干涉环，而且只有一套干涉环，这时干涉环的亮度不大，如图2所示。随着曝光量的增加，干涉环向内收缩，这说明激光波长在向长波漂移。也就是说，随着曝光量的增加，光纤的折射率也在增加。同时干涉环的亮度也在增加。再经过10分钟的曝光后，出现第二套环，如图3所示。
我们用检偏棱镜来检验，旋转棱镜，首先得到内环模，外环模消失，如图4所示；接着继续旋转棱镜90度后，内环模消失，外环模得到最亮输出，如图5所示。这说明这两套干涉环为两个相互垂直的偏振模。
继续曝光光纤，直到两套干涉环的亮度最大，以及光谱仪中所测的激光功率最大，当光功率开始减小或者干涉环的亮度开始减小时，停止曝光，完成相移分布反馈光纤激光器的制作。
相移分布反馈激光器的输出为双偏振输出，这是由于我们所采用的Yb3+光纤为低双折射光纤，因此对应于同一纵模的两个偏振模的增益阈值相差很小的缘故。
我们采用光纤功率计测试了该光纤激光器的功率输出特性，如图6所示，当泵浦功率为50mW时，激光器的输出功率为4.37mW。
权利要求
1.一种相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于它是采用遮挡法制作相移分布反馈光纤激光器，并采用直接监测激光器的输出特性的办法来控制激光的曝光时间。
2.根据权利要求1所述的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于具体包括以下步骤①取一光纤(15)，将其中一段(6)固定在一光纤夹具上，紧贴一相位板(5)，并在盖光纤段(6)上加盖一遮光物(4)；②该光纤(15)的正向输出端通过一隔离器(10)接一光谱仪(7)；该光纤(15)的反向输出端通过一隔离器(10)，经F-P干涉仪(11)、棱镜(12)接CCD相机(13)，再接监控器(14)；该光纤(15)还通过一波分复用器(9)接一半导体激光器泵浦源(8)；③开启准分子激光器(1)，使其发出的激光束(1)通过一准直扩束系统(2)变成平行光(3)，再经相位板(5)和遮光物(4)照射位于光纤夹具上的光纤段(6)，进行曝光；同时开启半导体激光器(8)通过波分复用器(9)泵浦光纤光栅(6)；④开启光谱仪(7)，监测相移分布反馈光纤激光器输出的激光波长；⑤通过监控器(14)观测激光模式的运行情况；⑥当光谱仪(7)中所测的激光功率最大、或开始减小、或监控器(14)监控相移分布反馈光纤激光器输出的干涉环亮度开始减小时，停止曝光。
3.根据权利要求1所述的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于所述的准分子激光器(1)是氟化氩准分子激光器。
4.根据权利要求1所述的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于所述的光纤(15)是掺镱Yb3+光纤。
5.根据权利要求1所述的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于所述的半导体激光器(8)是激光波长为980nm的半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的相移分布反馈光纤激光器的制作方法，其特征在于所述的第⑥步中，最好是第一次达到最佳状态时，即停止曝光。
全文摘要
一种相移分布反馈光纤激光器的制作方法，具体步骤①取一光纤，将其中段固定在光纤夹具上，紧贴一相位板，并在该光纤段上加盖一遮光物；②该光纤的反向输出端通过一隔离器接一光谱仪，反向输出端通过一隔离器，经F－P干涉仪、棱镜接一CCD相机，再接监控器；该光纤还通过一波分复用器接一半导体激光器泵浦源；③开启准分子激光器，对光纤段进行曝光；同时开启半导体激光器泵浦该光纤；④开启光谱仪，监测相移分布反馈光纤激光器输出的激光波长；⑤通过监控器观测激光模式的运行情况；⑥当光谱仪中所测的激光功率最大时停止曝光，即完成制作。本发明方法具有操作简单、成本低、输出最佳和产品的成品率100％等特点。
文档编号H01S3/00GK1529390SQ20031010806
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月21日 优先权日2003年10月21日
发明者范薇, 范 薇 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所