一种红外体布拉格光栅及其制备方法与装置与流程

本发明涉及光学元件制造，具体涉及一种红外体布拉格光栅及其制备方法与装置。

背景技术：

1、红外激光在科学研究、通信、军事等领域具有重要的意义，尤其在分析分子、原子和晶体的结构和振动、长距离高速数据传输红外对抗中发挥着重要作用。目前红外半导体激光器存在一个普遍的缺点是光谱质量差，波长随着工作电流和热沉温度的变化导致漂移较大，光谱线宽较宽，造成红外半导体激光的中心波长与被抽运的增益材料吸收峰失配，影响红外半导体激光器的输出效率和质量。为了使得红外半导体激光器达到宽激光窄线、更好激光光束质量、激光共振腔内纵模与横模选择、更高激光器工作温度稳定性的需求，亟需使用红外的体布拉格光栅作为这些红外半导体激光器或固体激光器的腔镜。

2、但是，目前体布拉格光栅的制备一般是采用双光束干涉技术将光栅条纹写入光热敏折变(photothermal refractive,ptr)玻璃中，而这种玻璃在400nm-2700nm范围内具有较好的透过率，但在红外波段透过率很低，不适合被应用于中长波激光领域。2004年，上海光机所赵全忠等人在caf2红外晶体中制备了体布拉格光栅，形成的光栅衍射效率极低，且并未详细报告其研制装备。2013年英国赫瑞瓦特大学maclachlan等人采用1064纳米飞秒激光刻蚀技术在硫系玻璃中获得了中红外体布拉格光栅，在2640纳米中红外波段一级衍射效率为24％，但使用该技术很难制备大尺寸的体光栅。2017年英国卢瑟福阿普尔顿国家实验室butcher等采用1030纳米飞秒激光刻蚀技术，在商用硫系玻璃中制备了可用于3～5微米中红外波段的透射式体布拉格光栅，其在3微米中红外波段的一级衍射效率为44％。2019年，杨志勇等人研制了用于中红外体布拉格光栅制备的中红外光热敏折变玻璃，但后续并未出现商用产品。

3、目前尚未见针对长波段可实用化的体布拉格光栅制备方法和装备、波段的高折射率调制度和高工作稳定性的光热折变材料的报道。

4、因此，现有技术仍有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种红外体布拉格光栅及其制备方法与装置，旨在解决现有体布拉格光栅制备采用的光热敏折变玻璃在红外波段透过率很低，不适合被应用于中长波激光领域的问题。

2、本发明的第一方面，提供一种用于制备红外体布拉格光栅的装置，其中，所述装置包括飞秒激光器、半波片、偏振片、扩束准直镜、反射镜、聚焦镜、红外激光器、红外功率计、二维精密移动台和一维精密移动轨道，所述聚焦镜安装于所述一维精密移动轨道上，

3、所述飞秒激光器发出的激光依次经过半波片、偏振片、扩束准直镜和反射镜后，再经过聚焦镜聚焦到位于所述二维精密移动台的待加工样品上进行加工刻写，实现红外体布拉格光栅的制备。

4、可选地，所述装置还包括功率计，所述功率计用于对经过所述偏振片的激光功率进行监测。

5、可选地，所述装置还包括ccd相机(charge coupled device，简写为ccd)和照明光，所述ccd和照明光用于对刻写的线条进行实时观测。

6、可选地，所述反射镜的数量为3。

7、可选地，所述装置还包括一个位置可调的狭缝，所述狭缝安置于所述聚焦镜上方，所述狭缝用于对经过反射镜后的激光光束进行整形，所述整形后的激光光束入射至所述聚焦镜。

8、可选地，所述扩束准直镜为一凸一凹的透镜构成的伽利略望远系统。

9、可选地，所述装置还包括上位机，所述上位机分别与飞秒激光器、二维精密移动台、一维精密移动轨道、半波片、ccd、红外激光器、红外功率计之间通信连接。

10、本发明的第二方面，提供一种采用本发明所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置制备红外体布拉格光栅的方法，其中，包括步骤：

11、将待加工样品固定在二维精密移动台上；

12、将飞秒激光器发出的激光依次经过半波片、偏振片、扩束准直镜和反射镜后，再经过聚焦镜聚焦到所述待加工样品上进行加工刻写，得到红外体布拉格光栅。

13、可选地，所述制备红外体布拉格光栅的方法，具体包括步骤：

14、打开所述用于制备红外体布拉格光栅的装置开关，

15、将待加工样品固定在二维精密移动台上，调节二维精密移动台和一维精密移动轨道至聚焦点在待加工样品上，编码好刻线的区域和刻线的路线，将飞秒激光器发出的激光依次经过半波片、偏振片、扩束准直镜和反射镜后，再经过聚焦镜聚焦到待加工样品上，对待加工样品进行加工刻写，得到所述红外体布拉格光栅。

16、可选地，采用红外激光器和红外功率计实时测量样品在中心波长附近的透过率，以获得红外体布拉格光栅的中心波长、效率及带宽信息。

17、本发明的第三方面，提供一种红外体布拉格光栅，其中，采用本发明所述的制备红外体布拉格光栅的方法制备得到。

18、有益效果：本发明公开了一种红外体布拉格光栅及其制备方法与装置，所述装置包括飞秒激光器、半波片、偏振片、扩束准直镜、反射镜、聚焦镜、中红外激光器、中红外功率计。本发明采用飞秒激光器将光线线条直接写进具有对红外光高透过率的材料体内，通过二维精密移动台和聚焦镜高精度一维上下移动实现周期性线条的排列和深度方向的拼接。同时，采用红外激光器和红外功率计实时测量样品在中心波长附近处的透过率，来反馈红外体布拉格光栅的中心波长、效率及带宽。本发明基于高功率飞秒激光改变材料折射率的机理，在红外波段高透过率的材料里实现体布拉格光栅的研制，以支持红外激光系统的发展。

技术特征：

1.一种用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置包括飞秒激光器、半波片、偏振片、扩束准直镜、反射镜、聚焦镜、红外激光器、红外功率计、二维精密移动台和一维精密移动轨道，所述聚焦镜安装于所述一维精密移动轨道上，

2.根据权利要求1所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置还包括功率计，所述功率计用于对经过所述偏振片的激光功率进行监测。

3.根据权利要求1所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置还包括ccd和照明光，所述ccd和照明光用于对刻写的线条进行实时观测。

4.根据权利要求1所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述反射镜的数量为3。

5.根据权利要求1所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置还包括一个位置可调的狭缝，所述狭缝安置于所述聚焦镜上方，所述狭缝用于对经过反射镜后的激光光束进行整形，所述整形后的激光光束入射至所述聚焦镜。

6.根据权利要求3所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置，其特征在于，所述装置还包括上位机，所述上位机分别与飞秒激光器、二维精密移动台、一维精密移动轨道、半波片、ccd、红外激光器、红外功率计之间通信连接。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置制备红外体布拉格光栅的方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置制备红外体布拉格光栅的方法，其特征在于，所述制备红外体布拉格光栅的方法，具体包括步骤：

9.根据权利要求7或8所述的用于制备红外体布拉格光栅的装置制备红外体布拉格光栅的方法，其特征在于，采用红外激光器和红外功率计实时测量样品在中心波长附近的透过率，以获得红外体布拉格光栅中心波长、效率及带宽。

10.一种红外体布拉格光栅，其特征在于，采用权利要求7-9任一项所述的方法制备得到。

技术总结
本发明涉及光学元件制造技术领域，具体涉及一种红外体布拉格光栅及其制备方法与装置。制备红外体布拉格光栅的装置包括飞秒激光器、半波片、偏振片、扩束准直镜、反射镜、聚焦镜、红外激光器、红外功率计、二维精密移动台和一维精密移动轨道，所述飞秒激光器发出的激光依次经过半波片、偏振片、扩束准直镜和反射镜后，再经过聚焦镜聚焦到样品上进行加工刻写。本发明采用飞秒激光器将线条直接写进具有对红外光高透过率的材料体内，通过二维精密移动台和聚焦镜高精密一维上下移动实现周期性线条的排列和深度方向的拼接。采用红外激光器和红外功率计实时测量样品在中心波长附近的透过率，来实时反馈红外体布拉格光栅制备的中心波长、效率及带宽。

技术研发人员：关珮雯,胡红雷,晋帅,沈文浩,宋学智,嵇舒豪
受保护的技术使用者：杭州拓致光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17