硫系光纤光栅的飞秒激光全息光刻装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种全息光刻装置，特别是设及一种硫系光纤光栅的飞秒激光全 息光刻装置。
【背景技术】
[0002] 随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为现代科技的发展提供了平 台，而光纤技术的发展成为了当今和未来信息科学的重要支柱，而光纤光栅运个新兴的光 纤器件，是光纤技术的新进展，其具有体积小，烙接损耗小，与光纤全兼容，抗电磁干扰能力 强，化学稳定和电绝缘等特点，对全光纤器件的制作和发展起着重要的作用。近年来，用于 通信波段的石英光纤光栅的研究取得了重大进展，主要集中于光纤光栅的紫外光照射生长 动力学、光学特性和成栅技术的研究;石英玻璃光纤光栅的制备技术日趋成熟，现阶段则主 要集中于非均匀周期的光纤光栅的制作、光纤光栅光学特性及其在光纤激光器及光纤传感 中的应用研究。
[0003] 受石英材料红外截止特性的限制，目前常用的石英光纤光栅无法应用于2微米W 上的中红外波段。然而中红外波段是包含十分重要的大气红外窗口，而且覆盖了绝大多数 分子的指纹区，如:二氧化硫、一氧化碳等有毒气体，TNT炸药、沙林神经毒气等危险品，中红 外的光纤激光源和光纤传感探测等应用对此波段的光纤光栅提出了强烈的需求。硫系玻璃 是W元素周期表VIA族中S ,Se ,Te为主，并引入一定量的其它类金属元素(Ga、Ge、As、Sb等） 所形成的无氧玻璃，其在中远红外具有很宽的透过范围和极小的吸收，而在可见光区域的 带边吸收带具有特殊的光敏特性。
[0004] 硫系玻璃光纤具有较宽的红外透明区域（1.2um-12um)，有利于多信道的复用，而 且硫系玻璃光纤具有较宽的光学间隙，自由电子跃迁造成的能量吸收较小，而且溫度对损 耗的影响较小，其损耗水平在6微米波长处为0.2地/m,是非常有前途的光纤。而且，硫系玻 璃光纤具有很大的非线性系数，用它制作的非线性器件可W有效地提高光开关的速率，开 关速率可W达到数百加/sW上。因此，制备的硫系玻璃光纤光栅可W被应用于中红外的光 纤传感，用于各种生物分子探测。此外，中红外的光纤激光也是目前人们研究的热点，在中 红外光纤激光中，必须要有高质量的光纤光栅作为光纤激光的布拉格反射镜。
[000引目前利用飞秒激光器刻写硫系光纤光栅的基本方法有:传统的全息干设法、相位 掩膜板法、直接逐点刻写法。传统的飞秒激光全息干设法的优点是突破了纵向驻波法对光 栅中屯、反射波长的限制，使人们可W充分利用最需要的波段;其缺点是对光源的空间相干 性和时间相干性都有很高的要求，对工作环境要求严格，而且对光路调节有极高的精度要 求。传统的飞秒激光相位掩膜法的优点是稳定，重复性好，对光源的相干性要求较低，适于 大规模生产。缺点是每块模板只能制作固定或稍有差异周期的光纤光栅，且须严格控制相 位模板的刻蚀深度和占空比，高质量的模板造价高。传统的直写逐点刻写法因为飞秒激光 作用光纤的过程是一个非线性过程，其对于光强、加工时间、脉冲个数等都不易控制难W刻 写出所需的光栅。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是提出一种无需模板、不依赖于光纤的光敏性， 通过聚焦飞秒激光光束，在固定飞秒激光焦点不动的情况下，利用计算机编程灵活的控制 待加工光纤的移动的硫系光纤光栅的飞秒激光全息光刻装置。
[0007] 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种硫系光纤光栅的飞秒激 光全息光刻装置，包括飞秒激光光源，其特征在于:还包括位于飞秒激光光源后的消色差1/ 2波片，位于光路上消色差1/2波片后的偏振分光棱镜，位于偏振分光棱镜后的快口，位于快 口后的物镜，位于物镜后方的小孔光阔，位于小孔光阔后的凸透镜，位于凸透镜后的可调光 阔，位于可调光阔后的反射镜，反射镜反射的光入射到=棱镜上，所述=棱镜的底面位于待 加工的硫系光纤的侧面，从反射镜出射的光分别入射到该=棱镜的另外两边上进而在待加 工的硫系光纤的侧面产生干设场。
[0008] 为了便于调节待加工的硫系光纤的位置，所述待加工的硫系光纤的一端连接至宽 带光源，另一端连接至光谱仪，并且该待加工的硫系光纤固定设于一=维调节平台上，=维 调节平台设于一二维移动平台上，并且通过计算机控制该二维移动平台和=维移动平台的 移动可W使得该待加工的硫系光纤移动 J
[0009] 优选地，所述=棱镜的顶角满足W下公式： 其中 Ag为所刻写的光栅的周期，Ao为飞秒激光光源的波长，n为=棱镜的折射率。
[0010] 为了减少激光的反射对刻写光栅的不利影响，待加工的硫系光纤与=维移动平台 之间还设有载玻片，所述载玻片上设有折射率匹配液，折射率匹配液的折射率与=棱镜相 同。
[0011] 优选地，所述凸透镜为将非平行光转化为平行光平凸透镜。
[0012] 优选地，所述的宽带光源的波长范围800nm-2500nm，光谱仪的测量范围1000 nm-2500nm。
[0013] 为了调节光阔的孔径大小来决定刻写光栅的长度，所述的可调光阔是连续可调 的。
[0014] 优选地，所述反射镜是反射波长范围覆盖飞秒激光光源的波长的宽带介质膜高反 射镜。
[0015] 所述的飞秒激光光源的波长为800nm，重复频率为化化，且无热效应。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于该硫系光纤光栅的飞秒激光全息光刻装 置，充分利用飞秒激光脉冲极高的瞬时功率，极短的持续时间，无需昂贵的掩模板，由于飞 秒激光的瞬时能量密度非常高，它与光纤介质作用形成光栅的过程是一个非线性过程，不 依赖于光纤的光敏性，因此也不需要光敏光纤，耗时短，降低成本，并且可W通过更换=棱 镜来改变刻写的光栅的周期，简单易操作。
【附图说明】
[0017] 图I为本实用新型实施例的光纤结构的示意图。
[0018] 图2为本实用新型实施例的硫系光纤光栅的飞秒激光全息光刻装置的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0019] W下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0020] 本实用新型的硫系光纤光栅的飞秒激光全息光刻装置，如图2所示，包括飞秒激光 光源1，W及位于飞秒激光光源1后的消色差1/2波片2，W及位于光路上消色差1/2波片2后 侧的偏振分光棱镜3,和位于偏振分光棱镜3后的快口4, W及位于快口4后的物镜5,和位于 物镜5后方的小孔光阔6,位于小孔光阔6后的凸透镜7, W及位于凸透镜7后的可调光阔8,位 于可调光阔8后的反射镜9,反射镜9反射的光入射到=棱镜10上，=棱镜10位于待加工的硫 系光纤12的侧面，待加工的硫系光纤12的一端连接至宽带光源11，另一端连接至光谱仪13， 并且该待加工的硫系光纤12固定设于一=维调节平台15上，=维调节平台15设于一二维移 动平台17上，并且通过计算机14控制该二维移动平台17和=维移动平台15的移动可W使得 该待加工的硫系光纤12移动。并且待加工的硫系光纤12与=维移动平台15之间还设有载玻 片16,其上设有折射率匹配液，该载玻片16和折射率匹配液使得光纤更加稳定，且折射率匹 配液可W减少激光的反射对刻写光栅的不利影响，其折射率等于=棱镜的折射率。上述= 棱镜10的底面位于待加工硫系光纤12的侧面，从反射镜9反射的光入射到该=棱镜10的另 外两边上。进而在待加工的硫系光纤12的侧面产生干设场
[0021] 其中的凸透镜7为平凸透镜，使得出射的光变为平行光。上述消色差1/2波片2和偏 振分光棱镜3实现飞秒激光的功率的连续调节。上述的物镜5和小孔光阔6构成