提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法及装置

本发明主要涉及到光纤光栅刻写，尤其是一种提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法及装置。

背景技术：

1、飞秒激光相位掩模版法刻写光纤光栅(fbg)具有制备周期短、性能良好、适用于大规模生产等优点，具有广阔的应用前景。此外，该方法对光纤的光敏性没有要求，可以直接在增益光纤中制备光纤光栅。

2、目前为了提高纤芯增益介质对泵浦光的吸收效率，很多增益光纤的内包层形状不是标准的圆形，而是八边形、六边形、d形等。在实际生产过程中，光纤包层的顶点处会形成圆弧结构，如图1所示，这是一种八边形光纤(高功率情况下最常用的包层结构)。此时，飞秒激光只有从特定的角度入射，才能恰好聚焦在光纤纤芯之中，如果角度发生偏差，则由于像差等因素，会影响焦点的位置与光强，进而严重影响所刻写的光纤光栅的光学性能，甚至无法刻写光纤光栅。因此在包层形状不是标准的圆形的光纤中刻写光纤光栅非常困难，而目前尚没有方法可以确定飞秒激光与双包层光纤的相对角度关系，这就导致每次刻写的光栅性能并不相同，成品率极低，无法适应大规模生产的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法及装置。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法，利用飞秒激光在双包层光纤上刻写光纤光栅，其中所述双包层光纤包括纤芯、内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形且所述多边形中至少一个转角为弧形转角；所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯进行光纤光栅的刻写，能够提高所刻写出的光纤光栅透射谱深度。

4、进一步地，所述双包层光纤为双包层掺杂光纤，所述双包层掺杂光纤的纤芯中掺杂有稀土离子。

5、进一步地，所述内包层的横截面为六边形或八边形或d形。

6、进一步地，所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处轮廓线的中心位置入射至纤芯。

7、另一方面，本发明提供一种飞秒激光刻写光纤光栅的方法，包括：

8、取双包层光纤，所述双包层光纤包括纤芯、内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形且所述多边形中至少一个转角为弧形转角；

9、飞秒激光从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯，完成光纤光栅的刻写。

10、进一步地，所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处轮廓线的中心位置入射至纤芯。

11、另一方面，提供一种飞秒激光刻写光纤光栅的装置，包括飞秒激光器、激光扫描振镜、柱透镜、相位掩模板、双包层光纤、光纤夹具、三维移动平台，一对所述光纤夹具设置在三维移动平台上；

12、所述双包层光纤由一对光纤夹具夹持固定，所述双包层光纤包括纤芯、内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形且所述多边形中至少一个转角为弧形转角；

13、通过三维移动平台以及光纤夹具调整好双包层光纤的夹持位置以及夹持角度，使所述飞秒激光器输出的飞秒激光经激光扫描振镜、柱透镜、相位掩模板后从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯进行光纤光栅的刻写。

14、进一步地，所述双包层光纤为双包层掺杂光纤，所述双包层掺杂光纤的纤芯中掺杂有稀土离子；所述装置还包括ase光源、模式匹配器、光谱仪、滤波片以及荧光光谱仪，所述双包层光纤的一端经滤波片后接在第一光谱仪上探测飞秒激光在纤芯中激发的荧光光谱，所述双包层光纤的另一端通过模式匹配器连接ase光源和光谱仪，利用第二光谱仪探测所刻写的光纤光栅的反射谱或透射谱。

15、进一步地，所述飞秒激光刻写光纤光栅的装置还包括可调谐衰减器和光阑，所述飞秒激光器输出的飞秒激光经可调谐衰减器和光阑入射至扫描振镜；所述光纤夹具均为可旋转的光纤夹具。

16、进一步地，飞秒激光刻写光纤光栅的装置刻写光纤光栅时，先保持飞秒激光器处于低功率状态，使其输出的飞秒激光功率低于荧光激发阈值，通过三维位移平台并旋转夹持在所述光纤夹具上的双包层光纤，使所述飞秒激光器输出的飞秒激光经激光扫描振镜、柱透镜、相位掩模板后能够从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯，完成双包层光纤夹持位置以及夹持角度的初调；

17、接着，增大飞秒激光器功率，使其输出的飞秒激光功率高于荧光激发阈值，低于光栅刻写阈值；利用第一光谱仪上探测飞秒激光在纤芯中激发的荧光光谱，在所述内包层的弧形转角处轮廓线范围内旋转双包层光纤，微调双包层光纤的夹持角度，使第一光谱仪探测到的荧光最强，完成双包层光纤夹持位置以及夹持角度的精调；

18、然后继续增大飞秒激光器功率，使其输出的飞秒激光功率高于光栅刻写阈值，完成光纤光栅的刻写。

19、本发明的有益效果在于：

20、针对内包层形状不是标准的圆形的光纤，飞秒激光可能从内包层的弧形转角处或平面轮廓处入射，这两种状态的聚焦位置以及焦点处的光强分布相差很大，所刻光栅性能也不相同，无法适应大规模生产要求。本发明利用飞秒激光在双包层光纤上刻写光纤光栅，通过测量飞秒激光在纤芯中激发的荧光强度，结合光纤的旋转与移动，可以精确调整飞秒激光与光纤的相对位置，使其从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯进行光纤光栅的刻写。由于重聚焦效应，飞秒激光在焦点处的强度变化更加剧烈。因此在同等飞秒激光功率下，从弧形转角处入射更容易达到飞秒激光的刻栅阈值，所刻写的光纤光栅的折射率调制深度更大。本发明中光纤光栅的性能参数严格可控，稳定性好，适用于大规模制备，可以广泛应用在光纤激光器中。

技术特征：

1.提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法，其特征在于，利用飞秒激光在双包层光纤上刻写光纤光栅，其中所述双包层光纤包括纤芯、内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形且所述多边形中至少一个转角为弧形转角；所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯进行光纤光栅的刻写，能够提高所刻写出的光纤光栅透射谱深度。

2.根据权利要求1所述的提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法，其特征在于，所述双包层光纤为双包层掺杂光纤，所述双包层掺杂光纤的纤芯中掺杂有稀土离子。

3.根据权利要求1或2所述的提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法，其特征在于，所述内包层的横截面为六边形或八边形或矩形或d形。

4.根据权利要求1所述的提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法，其特征在于，所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处轮廓线的中心位置入射至纤芯。

5.飞秒激光刻写光纤光栅的方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的飞秒激光刻写光纤光栅的方法，其特征在于，所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处轮廓线的中心位置入射至纤芯。

7.飞秒激光刻写光纤光栅的装置，其特征在于，包括飞秒激光器、激光扫描振镜、柱透镜、相位掩模板、双包层光纤、光纤夹具、三维移动平台，一对所述光纤夹具设置在三维移动平台上；

8.根据权利要求7所述的飞秒激光刻写光纤光栅的装置，其特征在于，所述双包层光纤为双包层掺杂光纤，所述双包层掺杂光纤的纤芯中掺杂有稀土离子；所述装置还包括ase光源、模式匹配器、光谱仪、滤波片以及荧光光谱仪，所述双包层光纤的一端经滤波片后接在第一光谱仪上探测飞秒激光在纤芯中激发的荧光光谱，所述双包层光纤的另一端通过模式匹配器连接ase光源和光谱仪，利用第二光谱仪探测所刻写的光纤光栅的反射谱或透射谱。

9.根据权利要求8所述的飞秒激光刻写光纤光栅的装置，其特征在于，还包括可调谐衰减器和光阑，所述飞秒激光器输出的飞秒激光经可调谐衰减器和光阑入射至扫描振镜；所述光纤夹具均为可旋转的光纤夹具。

10.根据权利要求8或9所述的飞秒激光刻写光纤光栅的装置，其特征在于，刻写光纤光栅时，先保持飞秒激光器处于低功率状态，使其输出的飞秒激光功率低于荧光激发阈值，通过三维位移平台并旋转夹持在所述光纤夹具上的双包层光纤，使所述飞秒激光器输出的飞秒激光经激光扫描振镜、柱透镜、相位掩模板后能够从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯，完成双包层光纤夹持位置以及夹持角度的初调；

技术总结
本发明提出一种提高飞秒激光刻写光纤光栅透射谱深度的方法及装置，利用飞秒激光在双包层光纤上刻写光纤光栅，其中所述双包层光纤包括纤芯、内包层和外包层，所述内包层的横截面为多边形且所述多边形中至少一个转角为弧形转角；所述飞秒激光从所述内包层的弧形转角处入射至纤芯进行光纤光栅的刻写，能够提高所刻写出的光纤光栅透射谱深度。基于本发明能够确定找到在双包层光纤上刻写光纤光栅时飞秒激光的最佳入射角度，能够实现高效刻写性能良好的光纤光栅。

技术研发人员：王泽锋,叶新宇,李昊,王蒙,武柏屹,赵蓉,陈子伦,路欣达,李智贤,周智越,杨林永,熊峰,陈金宝
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25