一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法与流程

本发明属于光纤光学和光纤激光器技术领域，特别涉及一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法。

背景技术：

单纵模光纤激光器具有稳定性好、光束质量好、阈值低、效率高等优点，在光纤传感、光纤通信、激光测距等领域中具有广泛的应用。在各种单纵模光纤激光器方案中，采用超短线型腔(超短直腔)的光纤激光器具有体积小、集成度高的优点。为了获得单纵模输出，必须采用尽可能短的腔长。除了窄线宽，很多应用比如非线性混频、相干合束中还需要激光是单偏振的。

通常短直腔单偏振光纤激光器采用保偏有源光纤作为增益介质，高反腔镜和低反腔镜采用保偏光纤布拉格光栅与非保偏的宽带光纤布拉格光栅组合或者一对保偏光纤布拉格光栅组合。由于保偏光纤布拉格光栅具有两个偏振相互正交的两个反射峰，通过光纤布拉格光栅参数选择使得两个光栅中只有一对布拉格反射峰可以重合，从而实现单偏振输出。由于光纤布拉格光栅很难在有源光纤上制备，往往是在无源的保偏光纤上刻写布拉格光栅，然后再与有源光纤熔接构成保偏光纤激光器。由于其中必然包含部分无源光纤，实际增加了激光器的腔长，减小了激光器的增益。此外保偏光纤相对于无源光纤不仅价格高，且在熔接的时候还需要考虑方向性，增加了制作的难度。

近年来，采用飞秒激光可以直接在有源光纤上刻写光纤布拉格光栅制备激光器，避免了熔接以及腔中的无源部分。飞秒激光刻写光纤布拉格光栅包括直写法和相位掩模板法，其中飞秒激光结合相位掩模板光纤布拉格光栅刻写方法具有重复性好、精度高的优点，很适合光纤布拉格光栅的批量制备。但是由于飞秒激光相位掩模板法刻写的光纤布拉格光栅双折射特性弱，两个正交偏振相应的布拉格反射峰波长差很小，很难通过波长选择匹配的方法在非保偏光纤上实现单偏振的光纤激光器。

综上亟需一种新的短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的制备方法，能够在有源光纤上利用飞秒激光相位掩模法直接制作短直腔单偏振单纵模光纤激光器。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，包括：波分复用器、激光泵浦源、光隔离器和有源光纤，所述有源光纤上刻写有第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，所述第一光纤布拉格光栅用于形成高反腔镜，所述第二光纤布拉格光栅用于形成输出腔镜；所述有源光纤刻写有第二光纤布拉格光栅的一端与所述波分复用器的公共端相连接；其中，所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于与前述偏振态相正交的另一偏振态；所述第一光纤布拉格光栅慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，从而所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。

本发明的进一步改进在于，所述波分复用器的泵浦端通过无源光纤与所述激光泵浦源相连接，所述波分复用器的激光端与所述光隔离器相连接，所述波分复用器的公共端通过无源光纤与所述有源光纤刻写有第二光纤布拉格光栅的一端相连接。

本发明的进一步改进在于，所述第一光纤布拉格光栅的反射率≥99％；所述第二光纤布拉格光栅的反射率≥95％。

本发明的进一步改进在于，所述有源光纤为非保偏有源光纤。

本发明一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，利用飞秒激光在有源光纤纤芯刻写第一光纤布拉格光栅，形成光纤激光器的高反腔镜；

步骤2，将步骤1处理后的有源光纤旋转90°，拉伸有源光纤使第一光纤布拉格光栅的布拉格反射峰波长向长波方向偏移预设量后固定；

步骤3，将用于刻写的飞秒激光对准光纤激光器预设输出腔镜位置，利用飞秒激光过度曝光刻写出第二光纤布拉格光栅，形成输出腔镜；所述有源光纤输出腔镜端用于与波分复用器公共端连接形成光纤激光器；

其中，高反腔镜、输出腔镜及两腔镜中间的有源光纤形成谐振腔；所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式a；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于光纤中同一个偏振模式b；偏振模式b与偏振模式a正交；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分别与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，从而所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。

本发明的进一步改进在于，还包括：

步骤4，将有源光纤输出腔镜端尾纤与波分复用器的公共端连接，将波分复用器的泵浦端与激光泵浦源相连接，将波分复用器的激光端连接光隔离器，形成光纤激光器。

本发明的进一步改进在于，所述第一光纤布拉格光栅的曝光时间为20～50s，反射率≥99％；所述第一光纤布拉格光栅的快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.06～0.08nm；

所述第二光纤布拉格光栅的曝光时间为120～300s，反射率≥95％，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.2～0.3nm。

本发明的进一步改进在于，所述飞秒激光的功率为600mw～1000mw，重复频率1khz，波长800nm；所述飞秒激光为线偏振光，偏振方向平行于有源光纤轴。

本发明的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1中，将有源光纤预设位置处长度为1～2cm的涂覆层去除，利用飞秒激光在去除涂覆层的有源光纤纤芯刻写第一光纤布拉格光栅，形成光纤激光器的高反腔镜；

步骤2中，通过三维压电纳米位移台上的可旋转光纤夹具将有源光纤旋转90°，通过拉力调节位移台拉伸使第一光纤布拉格光栅共振波长偏移到所需要的预设波长，然后固定；

步骤3中，通过三维宏动位移台将有源光纤平移腔长预设距离，使飞秒激光焦点对准待刻写输出腔镜位置；利用飞秒激光在有源光纤上通过过度曝光刻写第二光纤布拉格光栅，直至第二光纤布拉格光栅反射率达到所需要的值，完成低反射率输出光纤布拉格光栅的刻写；

步骤4，将第二光纤布拉格光栅端有源光纤尾纤与波分复用器公用端熔接，波分复用器泵浦端连接激光泵浦源尾纤，波分复用器激光端连接光隔离器，形成光纤激光器；

其中，所述第一光纤布拉格光栅的快轴与所述第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态a；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴与所述第二光纤布拉格光栅的快轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态b；偏振模式b与偏振模式a正交；所述第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等；所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。

所述第一光纤布拉格光栅的曝光时间为20～50s，反射率≥99％；所述第一光纤布拉格光栅的快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.06～0.08nm；所述第二光纤布拉格光栅的曝光时间为120～300s，反射率≥95％，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.2～0.3nm。

本发明的进一步改进在于，步骤2中，通过三维压电纳米位移台上的可旋转光纤夹具将有源光纤旋转90°，通过拉力调节位移台拉伸使第一光纤布拉格光栅共振波长偏移到所需要的预设波长；拉伸后第一光纤布拉格光栅的布拉格反射峰波长向长波方向偏移1.0～1.3nm；步骤3中，所述的平移腔长预设距离为5mm～3cm，用于保证单纵模输出；所述过度曝光刻写包括：过度曝光时间120～300s，曝光中刻写的光纤布拉格光栅反射率先达到饱和，然后降低再逐渐上升达到所需要的预设反射率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的短直腔单偏振单纵模光纤激光器，直接在有源光纤上刻写有第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，且第一光纤布拉格光栅的快轴与第二光纤布拉格光栅的慢轴平行，第一光纤布拉格光栅的慢轴与第二光纤布拉格光栅的快轴平行；第一光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分别与第二光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，所述第一光纤布拉格光栅的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。相对于第一和第二光纤布拉格光栅的快慢轴相互平行的结构，本发明在两谐振腔镜对于平行于第一光纤布拉格光栅慢轴方向的偏振光反射峰波长相同的情况下，增大了与其正交偏振光在量谐振腔镜反射峰的分离度，从而使采用较小双折射光纤布拉格光栅的短直腔光纤激光器也能形成单纵模输出。此外，利用飞秒激光过度曝光的方法制备输出腔镜最大限度地提高了相位掩模板法制备光纤布拉格光栅的双折射特性。本发明特别适用于利用飞秒激光相位掩模法这种所制备光纤布拉格光栅双折射特性低的加工方法。

本发明的制备方法，利用飞秒激光在非保偏有源光纤上直接刻写具有双折射特性的光纤布拉格光栅构成激光器谐振腔；刻写时使作为高反和低反腔镜的两个光纤布拉格光栅之间快轴和慢轴方向相互正交，并通过施加拉力改变光纤布拉格光栅周期方法使高反射率的光纤布拉格光栅慢轴相应的反射峰与第二光纤布拉格光栅快轴相应的反射峰匹配，其它两个反射峰相对分离增大。由于第一光纤布拉格光栅慢轴与第二光纤布拉格光栅的快轴对应光纤中同一偏振模式，第一光纤布拉格光栅快轴与第二光纤布拉格光栅的慢轴对应光纤中同一偏振模式，因此前者由于波长相匹配形成谐振，产生激光；后者两个反射峰由于分离增大，无法形成激光。本发明实现了在非保偏有源光纤上利用飞秒激光相位掩模法直接制作短腔单偏振光纤激光器，相对于现有的采用保偏光纤以及保偏光纤布拉格光栅的方法成本更低，加工方法更为简单。此外采用第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅快慢光轴相互正交的结构，由于在光纤中某一偏振模式谐振腔镜反射峰对波长相匹配的条件下，与其正交偏振模式、不形成激光输出的布拉格反射峰对波长间隔增大，所能选择的腔长也相应增加，从而激光器增益增加。

本发明的制备方法，利用飞秒激光在有源光纤上刻写第一光纤布拉格光栅作为高反腔镜；再将光纤旋转90°，采用过曝光的方式在有源光纤相应位置制备出第二光纤布拉格光栅作为输出腔镜；两布拉格光栅的快慢轴方向相互旋转90°，形成光纤激光器的有源谐振腔。利用飞秒激光在非保偏有源光纤中刻写的光纤布拉格光栅具有双折射特性；第一光纤布拉格光栅快轴和慢轴对应的布拉格反射峰的波长分别为λ1f和λ1s(λ1f<λ1s)，第二光纤布拉格光栅快轴和慢轴对应的布拉格反射峰的波长分别为λ2f和λ2s(λ2f<λ2s)，过曝光的加工方法可增强光纤布拉格光栅的双折射特性即两个正交偏振模式对应的反射峰λ2f和λ2s的差；过曝光刻写的第二光纤布拉格光栅与第一光纤布拉格光栅相比，相应的快慢轴相应的布拉格反射峰波长要大：λ1f<λ2f，λ1s<λ2s。在刻写第二光纤布拉格光栅前，拉伸光纤使第一光纤布拉格光栅慢轴布拉格反射峰波长λ1s与待制备输出腔镜的慢轴布拉格反射峰波长λ2f相匹配，由于第一光纤布拉格光栅慢轴与第二光纤布拉格光栅快轴对应于相同的偏振模式，形成激光谐振；则另一正交偏振模式对应的两光栅布拉格反射峰波长λ1f和λ2s则远远分离，无法谐振形成激光。由此形成了激光器谐振腔的偏振输出选择。由于第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅快慢轴的正交设置，使得光纤激光器的两个腔镜对光纤一个偏振态反射峰对匹配的条件下，与其正交偏振态的反射峰对分离增大，相对于第一和第二光纤布拉格光栅快慢轴一致的情况更容易实现偏振选择。

本发明的制备方法中，将有源谐振腔输出腔镜端尾纤与波分复用器公共端连接，激光器泵浦源与波分复用器的泵浦端相连，波分复用器激光端接光隔离器，形成光纤激光器的完整结构，完成单纵模单偏振光纤激光器制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的制备方法制备的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法的流程示意图；

图3是本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法所用的加工装置示意图；

图4是本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器中的传输光电场偏振方向与光纤布拉格光栅的快轴和慢轴方向示意图；

图5是本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的快慢轴相应偏振模式的反射光谱相对关系示意图；

图6是本发明实施例中，制备的第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅p光和s光相应的透射光谱示意图；

图7是本发明实施例中，光纤激光器输出的单纵模、单偏振激光光谱示意图；

图中，1为激光泵浦源；2为无源光纤；3为有源光纤；4为第一光纤布拉格光栅；5为第二光纤布拉格光栅；6为波分复用器；7为光隔离器；8为可旋转光纤夹具；9为三维压电纳米位移台；10为三维宏动位移台；11为飞秒激光；12为柱透镜；13为相位掩模板；14为可变衰减器；15为宽带光源点；16为光谱分析仪；17为刻写的光纤光栅；18为光开关；19为拉力调节位移台；

20为刻写的第一光纤布拉格光栅的慢轴布拉格反射谱(p偏振)；21为刻写的第一光纤布拉格光栅的快轴布拉格反射谱(s偏振)；22为刻写的第二光纤布拉格光栅的慢轴布拉格反射谱(s偏振)；23为刻写的第二光纤布拉格光栅的快轴布拉格反射谱(p偏振)。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明的制作的光纤激光器结构示意图，其由有源光纤3、有源光纤3上的第一光纤布拉格光栅4、第二光纤布拉格光栅5、波分复用器6、激光泵浦源1、光隔离器7以及连接尾纤构成。本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器，包括：波分复

用器6、激光泵浦源1、光隔离器7和有源光纤3；有源光纤3上刻写有第一光纤布拉格光栅4和第二光纤布拉格光栅5，第一光纤布拉格光栅4用于形成高反腔镜，第二光纤布拉格光栅5用于形成输出腔镜；有源光纤3刻写有第二光纤布拉格光栅5的一端与波分复用器6的公共端相连接；其中，第一光纤布拉格光栅4的快轴与第二光纤布拉格光栅5的慢轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态a；第一光纤布拉格光栅4的慢轴与第二光纤布拉格光栅5的快轴平行，对应于光纤中传输光的同一偏振态b；偏振模式b与偏振模式a正交；第一光纤布拉格光栅4的慢轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅5的快轴对应的布拉格反射峰波长相等，第一光纤布拉格光栅4的快轴对应的布拉格反射峰波长与第二光纤布拉格光栅5的慢轴对应的布拉格反射峰波长分离。

优选的，有源光纤3为非保偏有源光纤3，包括非保偏掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤和掺铥光纤。激光泵浦源1为半导体激光泵浦源。

优选的，第一光纤布拉格光栅4曝光时间为20s-50s，反射率≥99％，双折射率较第二光纤布拉格光栅5小，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.06nm～0.08nm。作为输出腔镜的第二光纤布拉格光栅5采用过曝光加工方法制备，曝光时间为120s-300s，具有高双折射特性，反射率≥95％，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.2nm～0.3nm。

本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括：利用飞秒激光11在有源光纤3纤芯直接刻写第一光纤布拉格光栅4，形成光纤激光器的高反腔镜，将光纤旋转90°，拉伸光纤使第一光纤布拉格光栅4的布拉格反射峰波长向长波方向偏移确定量后固定，移动光纤使刻写飞秒激光11对准光纤激光器输出腔镜相应的位置，利用飞秒激光11过度曝光刻写出第二光纤布拉格光栅5，将有源光纤3输出镜端尾纤与波分复用器6公共端连接，波分复用器6泵浦端连接单模激光泵浦源1，波分复用器6激光端连隔离器，形成光纤激光器。

优选的，作为光纤激光器高反腔镜和输出腔镜的光纤布拉格光栅均在有源光纤3中利用飞秒激光11直接制备，且具有双折射特性，即每个光栅具有两个布拉格反射峰对应于相互正交的两个偏振态，第一光纤布拉格光栅4快轴、慢轴方向与作为输出腔镜的第二光纤布拉格光栅5快轴、慢轴方向相互正交。

本发明上述实施例公开了一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的备方法，利用飞秒激光相位掩模法在非保偏有源光纤上刻写第一光纤布拉格光栅作为高反腔镜，将光纤旋转90°并拉伸光纤再利用飞秒激光通过过曝光在有源光纤上直接刻写出低反射率的第二光纤布拉格光栅，高低反射率布拉格光栅快慢轴方向相互正交，且第一光纤布拉格光栅的慢轴布拉格反射峰波长与低反第二光纤布拉格光栅快轴布拉格反射峰波长一致。将输出端有源光纤尾纤与波分复用器公共端连接，半导体激光泵浦源与波分复用器泵浦端连接，波分复用器复用器信号端连接光隔离器，形成单纵模单偏振的短直腔光纤激光器。本发明在非偏振有源光纤中制备出具有偏振输出特性的短直腔光纤激光器，解决了利用飞秒激光相位掩模法在非保偏光纤中刻写布拉格光栅快慢轴反射峰间隔太小很难进行偏振选择问题，具有价格低、加工方法简单、免熔接、无光纤材料选择性、耐高温等优点。

本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，包括以下步骤：

1)将有源光纤3上一段长度为1cm～2cm部分的涂覆层去除，固定在三维压电纳米位移台9上；

2)利用飞秒激光11在有源光纤3去除涂覆层的部分刻写第一光纤布拉格光栅4；

3)将有源光纤3旋转90°，拉伸使第一光纤布拉格光栅4共振波长偏移到所需要的波长，然后固定光纤；

4)利用三维宏动位移台10将光纤平移腔长相应的距离，使飞秒激光11焦点对准待刻写输出腔镜位置；

5)利用飞秒激光11在有源光纤3上通过过度曝光刻写光纤布拉格光栅，直至光纤布拉格光栅反射率达到所需要的值，完成低反射率输出光纤布拉格光栅的刻写；

6)将第二光纤布拉格光栅5端有源光纤3尾纤与波分复用器6的公用端熔接，波分复用器6的泵浦端连接激光器泵浦源尾纤，波分复用器6的激光端连接光隔离器7，形成光纤激光器。

具体实施例的步骤包括：

步骤1)中涂覆层也可以不去除，后续利用飞秒激光11隔涂覆层在光纤纤芯上刻写光栅。

步骤1)中有源光纤3一般一端连接宽带光源，一端连接光谱分析仪16，使用光谱分析仪16测量透射光谱监测光纤布拉格光栅的刻写过程。

步骤2)中所述的第一光纤布拉格光栅4曝光时间为20s-50s，反射率≥99％，双折射率较第二光纤布拉格光栅5小，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.06nm～0.08nm；也即刻写的第一光纤布拉格光栅4具有弱双折射特性。

步骤3)中将有源光纤3旋转90°后，拉伸的目标是使第一光纤布拉格光栅4的慢轴相应的布拉格反射峰与第二光纤布拉格光栅5快轴相应的布拉格反射峰相匹配，因此，第一光纤布拉格光栅4快轴与高双折射第二光纤布拉格光栅5慢轴对应的光纤布拉格反射峰分离增加，拉伸后第一光纤布拉格光栅4的布拉格反射峰波长向长波方向偏移1.0～1.3nm。具体的，在光纤布拉格光栅透射谱测量系统监测下进行，第一光纤布拉格光栅4拉伸标准为拉伸后其慢轴相应的布拉格反射峰与刻写出的高双折射第二光纤布拉格光栅的快轴相应的布拉格反射峰相对应。

步骤4)中所述的光纤平移腔长相应的距离为5mm-3cm，以保证单纵模输出。

步骤5)中所述的作为输出腔镜的第二光纤布拉格光栅5采具有高双折射特性，反射率≥95％，快轴和慢轴对应的布拉格反射峰波长差为0.2nm～0.3nm。

步骤5)中所述的过度曝光时间120s～300s，在曝光中刻写的光纤布拉格光栅反射率先达到饱和，然后降低再逐渐上升达到所需要的反射率，布拉格波长过度曝光后相比于饱和状态红移。采用过曝光的方法制备第二光纤布拉格光栅5是为了提高其双折射特性。

本发明实施例中，刻写所使用的飞秒激光11功率在600mw～1000mw，重复频率1khz，波长800nm，飞秒激光11为线偏振光，偏振方向平行于光纤轴。

本发明实施例中，所述短腔单纵模单偏振光纤激光器的谐振波长由第一光纤布拉格光栅4的慢轴和第二光纤布拉格光栅5的快轴的布拉格反射峰决定，两者布拉格反射峰波长相同，对应同样的偏振模式。与其正交偏振模式对应于第一光纤布拉格光栅4的快轴和高双折射第二光纤布拉格光栅5慢轴，两者相应的布拉格反射峰波长差增加，反射峰分离增加，无法形成激光。本发明实施例中，通过将第一光纤布拉格光栅4慢轴和第二光纤布拉格光栅5快轴方向以及相应偏振模式布拉格反射峰波长一致的方法，使另一正交偏振模式相应的两布拉格光栅的布拉格反射峰波长分离量增大，控制两光纤布拉格光栅间距，即光纤激光器谐振腔腔长，使在非保偏光纤内实现了单纵模、单偏振的光纤激光输出。采用飞秒激光11相位掩模法在有源光纤3刻写光纤布拉格光栅，避免了熔接且适用于各种不同的有源光纤3，该方法不需要昂贵的双折射熔接机等复杂设备，且在价格低廉的普通非保偏光纤即可实现单纵模、单偏振的光纤激光，具有操作简单、腔镜免熔接、价格低、稳定性好的优点。

请参阅图2，本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，是一种在非保偏有源光纤3上直接制备短腔单偏振单纵模光纤激光器的方法，包括：

将一段有源光纤3两端熔接传输用无源光纤2，并将有源光纤3涂覆层剥除一段；

在光谱分析仪16检测下，利用飞秒激光11在有源光纤3一端刻写第一光纤布拉格光栅4，再将光纤旋转90°，并通过施加拉力使刻写的第一光纤布拉格光栅4的慢轴反射峰波长位置偏移至与待制备第二光纤布拉格光栅5快轴反射峰波长相对应(相等)；

利用飞秒激光11通过过曝光方式在输出腔镜位置刻写低反射率高双折射光纤布拉格光栅，由此制备出短腔光纤激光器谐振腔；

将输出腔镜端有源光纤3尾纤与波分复用器6的公共端连接，波分复用器6的泵浦端连激光泵浦源1，波分复用器6的激光端连接光隔离器7，形成短腔光纤激光器。

请参阅图2和图3，本发明实施例的一种短直腔单偏振单纵模光纤激光器的制备方法，通过图3所述的装置实施，具体包括以下步骤：

1)将一段有源光纤3一端与宽带光源点15输出尾纤连接，一端与连接光谱分析仪16的跳线熔接，再利用剥线钳将有源光纤3涂覆层剥除1cm～2cm长，将有源光纤3利用可旋转光纤夹具8固定在三维压电纳米微位移台上，并将三维压电纳米微位移台固定在三维宏动位移台10上；

2)利用三维宏动位移台10将有源光纤3待刻写高反射率腔镜位置对准飞秒激光11，设定飞秒激光11功率，三维压电纳米微位移台的扫描速率以及曝光时间，利用飞秒激光11在有源光纤3上刻写出饱和的第一光纤布拉格光栅4。

3)将有源光纤3旋转90°，并通过拉力装置拉伸有源光纤3，使其慢轴相应的布拉格反射峰波长向长波方向偏移一定量，以和待刻写的低反射率高双折射第二光纤布拉格光栅5的快轴布拉格反射峰波长一致。其中，拉力装置可以采用拉力调节位移台19。

4)利用飞秒激光11相位掩模法在光纤布拉格光栅通过过曝光的方法制备出第二光纤布拉格光栅5，该光纤布拉格光栅具有更高的双折射特性，刻写光纤布拉格光栅的反射率利用宽带光源和光谱分析仪16进行检测。

5)将制备的光纤激光器谐振腔与宽带光源和光谱分析仪16连接点断开，第二光纤布拉格光栅5端尾纤与波分复用器6公共端连接，波分复用器6泵浦端与激光器泵浦源输出尾纤连接，波分复用器6信号端连接光隔离器7，形成短腔光纤激光器系统。

请参阅图3，用于实现本发明的制备方法的加工装置由可旋转光纤夹具8、三维压电纳米位移台9、三维宏动位移台10、飞秒激光11、柱透镜12、相位掩模板13、可变衰减器14、宽带光源、光谱分析仪16、光开关18和拉力调节装置组成。图3中的装置用于在有源光纤3加工出刻写的光纤光栅17。

请参阅图4和图5，图4示出了为短腔光纤激光器的中传输光电场与光纤布拉格光栅的快轴和慢轴。

请参阅图1至图7，本发明实施例以在利用飞秒激光11在掺镱光纤中制作的短腔单纵模单偏振光纤激光器为例，如图3所示，具体如下：

原始材料：掺铒光纤liekkier80-8/125、980nm/1550nm波分复用器、976nm半导体激光单模泵浦源。

本发明实施例的一种短直腔单纵模单偏振光纤激光器制备步骤详细阐述如下：

(1)将一段有源光纤3一端熔接宽带光源输出光纤，一端与光谱分析仪16跳线熔接，将有源光纤3涂覆层去除1cm～2cm，再利用可旋转光纤夹具8固定在三维压电纳米位移台9上；

(2)利用三维宏动位移台10将有源光纤3待刻写高反射率腔镜位置对准飞秒激光11的焦点，设定飞秒激光11功率为600mw，沿x轴扫描范围20μm，扫描周期9s，曝光时间30s，在有源光纤3上刻写出饱和的第一光纤布拉格光栅4，光纤布拉格光栅的刻写状态利用ase宽带光源和光谱分析仪16进行监测。刻写出的第一光纤布拉格光栅4的p光和s光的透射光谱如图6所示，分别对应于其快轴和慢轴布拉格反射峰。

(3)利用可旋转光纤夹具8将有源光纤3旋转90°，在光谱分析仪16监测下通过拉力调节装置拉伸有源光纤3，使第一光纤布拉格光栅4慢轴相应的反射峰波长向长波方向偏移，以和待刻写的第二光纤布拉格光栅5的快轴反射峰波长一致。

(4)利用三维宏动位移台10将有源光纤3沿z轴平移5mm，并使待刻写低反射率腔镜位置位置对准飞秒激光11的焦点，设定飞秒激光11功率为600mw，沿x轴扫描范围20μm，扫描周期9s，曝光时间220s，利用飞秒激光11相位掩模法在光纤布拉格光栅通过过曝光的方法制备出第二光纤布拉格光栅5，该光纤布拉格光栅具有更高的双折射特性，在有源光纤3上刻写出饱和的第一光纤布拉格光栅4。光纤布拉格光栅的刻写过程利用ase光源和光谱分析仪16进行监测。刻写出的第二光纤布拉格光栅5的p光和s光的透射光谱如图6所示，分别对应于其慢轴和快轴布拉格反射峰。

(5)将刻写好光纤布拉格光栅的有源光纤3低反射率端尾纤与波分复用器6公共端尾纤熔接，再将波分复用器6的泵浦端与半导体激光泵浦源1的输出尾纤熔接，波分复用器6的信号端连接光隔离器7，形成短直腔单纵模单偏振光纤激光器。激光器的输出光谱如图7所示

本发明实施案例中，第二光纤布拉格光栅5通过过度曝光的加工方法使其具有高双折射增加了其两个反射峰的波长间隔。特别地由于第一光纤布拉格光栅4和第二光纤布拉格光栅5的快轴和慢轴相互正交，第一光纤布拉格光栅4慢轴反射峰和第二光纤布拉格光栅5快轴反射峰相对应，形成与偏振与该方向一致的偏振模式的谐振，输出激光；第一光纤布拉格光栅4的快轴反射峰和第二光纤布拉格光栅5的慢轴反射峰分离增加，无法形成激光，由此形成单偏振输出。

综上所述，本发明的目的在于提供一种在非保偏有源光纤上利用飞秒激光相位掩模法直接制作短直腔单偏振单纵模光纤激光器的方法，以克服现有技术存在的问题。本发明的制备方法是利用飞秒激光在普通有源光纤上刻写第一光纤布拉格光栅作为高反腔镜，再将光纤旋转90°，采用过曝光的方式在有源光纤相应位置制备出第二光纤布拉格光栅作为输出腔镜，两布拉格光栅的快慢轴方向相互旋转90°，形成光纤激光器的有源谐振腔。利用飞秒激光在非保偏有源光纤中刻写的光纤布拉格光栅具有双折射特性，第一光纤布拉格光栅快轴和慢轴对应的布拉格反射峰的波长分别为λ1f和λ1s(λ1f<λ1s)，第二光纤布拉格光栅快轴和慢轴对应的布拉格反射峰的波长分别为λ2f和λ2s(λ2f<λ2s)。过曝光的加工方法则增强了光纤布拉格光栅的双折射特性即两个正交偏振模式对应的反射峰λ2f和λ2s的差。且过曝光刻写的第二光纤布拉格光栅与第一光纤布拉格光栅相比，快慢轴相应的布拉格反射峰波长要大：λ1f<λ2f，λ1s<λ2s。在刻写第二个光纤布拉格光栅前，拉伸光纤使第一光纤布拉格光栅，使其慢轴布拉格反射峰波长λ1s与待制备输出腔镜的慢轴布拉格反射峰波长λ2f相对应，由于第一光纤布拉格光栅慢轴轴与第二光纤布拉格光栅快轴对应于相同的偏振模式，形成激光谐振；则另一正交偏振模式对应的两光栅布拉格反射峰波长λ1f和λ2s则远远分离，无法形成激光谐振。由此形成了激光器谐振腔的偏振输出选择。将有源谐振腔输出腔镜端尾纤与波分复用器公共端连接，激光器泵浦源与波分复用器的泵浦端相连，波分复用器激光端接光隔离器，形成光纤激光器的完整结构，最终输出单纵模单偏振光纤激光器。本发明通过将第一光纤布拉格光栅慢轴和第二光纤布拉格光栅快轴方向以及相应布拉格反射峰波长一致的方法，使另一正交偏振模式相应的两布拉格光栅的布拉格反射峰波长分离量增大，控制两光纤布拉格光栅间距，在非保偏光纤内实现了单纵模、单偏振的光纤激光输出。采用飞秒激光相位掩模法在有源光纤刻写光纤布拉格光栅，避免了熔接且适用于各种不同的有源光纤，该方法不需要昂贵的双折射熔接机等复杂设备，且在价格低廉的普通非保偏光纤即可实现单纵模、单偏振的光纤激光，具有操作简单、腔镜免熔接、价格低、稳定性好的优点。本发明的制备方法，在利用飞秒激光在非保偏有源光纤上直接刻写具有双折射特性的光纤布拉格光栅构成激光器谐振腔，刻写时使作为高反和低反腔镜的两个光纤布拉格光栅之间快轴和慢轴方向相互正交，并通过施加拉力改变光纤布拉格光栅周期方法使高反射率的光纤布拉格光栅慢轴相应的反射峰与第二光纤布拉格光栅快轴相应的反射峰匹配以形成谐振，其它两个反射峰分离增大，无法形成激光。将有源谐振腔通过波分复用器与泵浦源相连接组成激光器，最终实现单纵模、单偏振的光纤激光器。本发明实现了在非保偏有源光纤上直接制作短腔单偏振光纤激光器，相对于现有的采用保偏光纤以及保偏光纤布拉格光栅的方法成本更低，加工方法更为简单。此外采用第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅快慢光轴相互正交的结构，由于不形成激光的布拉格反射峰对波长间隔增大，所能选择的腔长也相应增加，从而激光器增益增加。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。