一種同時(shí)制備多根耐高溫光纖光柵的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是光纖光柵的制作方法和裝置，屬于光纖無源器件制造領(lǐng)域，涉及一種基 于飛秒激光寫入的同時(shí)制備多根耐高溫光纖光柵的方法及裝置，特別涉及一種利用柱面透 鏡和飛秒激光脈沖在多根光纖上同時(shí)寫入耐高溫光纖光柵的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖光柵通常是指通過紫外光曝光具有光敏性的光纖，使纖芯中產(chǎn)生周期性的折 射率調(diào)制而形成的永久性空間相位光柵，是一種光無源濾波器件，一般可分為反射帶通型 的光纖布拉格光柵和透射帶阻型的長(zhǎng)周期光纖光柵兩種類型。光纖光柵具有抗電磁干擾、 耐腐蝕、體積小、質(zhì)量輕、易組成全光網(wǎng)絡(luò)和可埋入智能材料等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在光纖通信 和光纖傳感等領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的光纖光柵制作方法是利用紫外激光通過相位掩模 法側(cè)面曝光光敏光纖。用這種方法制作的光纖光柵在200°C以上環(huán)境中不能長(zhǎng)久使用，且 在500°C以上環(huán)境中會(huì)很快被擦除。隨著高溫光纖傳感和高功率光纖激光器技術(shù)的不斷發(fā) 展，迫切需要在非光敏材料和特殊結(jié)構(gòu)光纖中寫入高溫下性能穩(wěn)定的光纖光柵。近十多年 發(fā)展起來的飛秒激光寫入方法，可在絕大多數(shù)類型光纖中直接寫入具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光纖光 柵，并具有很好的高溫穩(wěn)定性。1999年，Y. Kondo等采用飛秒激光和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)法在摻鍺單模 光纖中成功寫入了長(zhǎng)周期光纖光概（Y. Kondo, K. Nouchi, T. Mitsuyu, et al.，F(xiàn)abrication of long-period fiber gratings by focused irradiation of infrared femtosecond laser pulses，Opt. Lett.，1999, 24(10) :646-648) D2003年，S. J. Mihailov等米用飛秒激光 和相位掩模法在摻鍺單模光纖中寫入了光纖布拉格光柵（S. J. Mihailov，C. W. Smelser，P. Lu, et al. , Fiber Bragg gratings made with a phase mask and 800-nm femtosecond radiation，Opt. Lett.，2003, 28 (12) : 995-997)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)這類光纖光柵具有很好的耐 高溫特性。
[0004] 然而，采用上述方法制作光纖光柵過程中，每次都只能寫入單根光纖光柵，生產(chǎn)效 率低。1993年，Dong等利用干涉光路在光纖拉制過程中成功寫入了光纖光柵（L. Dong，L. Reekie, J. Russell, et al., Single pulse Bragg gratings written during fibre drawing, Electron. Lett.，1993, 29 (17) : 1577-1578)，大大提高了生產(chǎn)效率，但需要配套 昂貴的光纖拉制設(shè)備。2012年，李科等公開了一種同時(shí)制作多根光纖光柵的方法（李 科，劉增剛，楊立鋒，一次同時(shí)制作多根光纖光柵的方法，中國(guó)發(fā)明專利，【申請(qǐng)?zhí)枴?201210006988. 3)，該方法利用紫外激光同時(shí)曝光置于相位掩模板后近場(chǎng)干涉區(qū)的數(shù)根光 纖，其優(yōu)點(diǎn)是制作的光纖光柵一致性好，缺點(diǎn)是同時(shí)制作光纖光柵的數(shù)量受限于紫外光束 壓縮后的光斑橫向尺寸，生產(chǎn)效率僅提高了數(shù)倍，且制作的光纖光柵不能耐高溫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 要解決的技術(shù)問題
[0006] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于飛秒激光寫入的同時(shí)制備多 根耐高溫光纖光柵的方法及裝置，可將光纖光柵的生產(chǎn)效率提高幾十倍，有效降低制作成 本，并且制作過程簡(jiǎn)單、易于操作，制作的光纖光柵一致性好，同時(shí)還具有良好的耐高溫性 能。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] -種基于飛秒激光寫入的同時(shí)制備多根耐高溫光纖光柵的方法，其特征在于步驟 如下：
[0009] 步驟1 :將飛秒激光束壓縮成片狀飛秒激光束；
[0010] 步驟2 :將片狀飛秒激光束垂直照射在光纖束上，片狀飛秒激光束的長(zhǎng)邊垂直于 光纖束的軸線；所述光纖束中各光纖呈平行排列，且各光纖的纖芯均位于平凸柱面透鏡的 焦線上；
[0011] 步驟3 :使光纖束沿垂直于平凸柱面透鏡的焦線方向勻速移動(dòng)，同時(shí)在多根光纖 中制作出耐高溫光纖光柵。
[0012] 所述光纖束中的光纖根數(shù)力=#，其中，D為飛秒激光束的光束直徑，d為光纖的直 a 徑。
[0013] 所述步驟3的移動(dòng)速度V與所制作的光纖光柵的光柵周期Λ的關(guān)系為1= ^，其 中，f為飛秒激光束的重復(fù)頻率。
[0014] 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~3所述任一項(xiàng)方法的裝置，其特征在于包括飛秒激光系統(tǒng) 1、半波片2、偏振片3、半透半反鏡4、光功率計(jì)5、平凸柱面透鏡6、光纖束8、光纖夾具11、微 位移平臺(tái)12和微位移平臺(tái)控制器13 ;光纖束8通過兩個(gè)光纖夾具11固定在微位移平臺(tái)12 上，微位移平臺(tái)控制器13控制微位移平臺(tái)12的移動(dòng)速度和移動(dòng)距離；飛秒激光系統(tǒng)1的光 路垂直于光纖束8的軸線，在此光路上自飛秒激光系統(tǒng)1開始依次設(shè)有半波片2、偏振片3、 半透半反鏡4和平凸柱面透鏡6 ;其中半透半反鏡4與光路呈45度設(shè)置；光功率計(jì)5相對(duì) 飛秒激光系統(tǒng)1與微位移平臺(tái)12的光路呈90度，且設(shè)置在半透半反鏡4反射光路的軸線 上。
[0015] 在光纖束8的兩端分別設(shè)有寬帶光源9和光譜分析儀10,對(duì)光纖光柵的透過率進(jìn) 行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0016] 所述光纖束8中各光纖平行排列，且各光纖的纖芯均位于平凸柱面透鏡6的焦線 上。
[0017] 有益效果
[0018] 本發(fā)明提出的一種基于飛秒激光寫入的同時(shí)制備多根耐高溫光纖光柵的方法及 裝置，利用一柱面透鏡將飛秒激光束在橫向進(jìn)行壓縮，壓縮后的片狀飛秒激光垂直照射在 平行排列的光纖束上，每根光纖的纖芯均位于柱面透鏡的焦線處，光纖束固定在一高精度 的電控微位移平臺(tái)上，并且可以沿著垂直于激光束入射的方向橫向勻速移動(dòng)；在移動(dòng)過程 中，飛秒激光脈沖同時(shí)在每根光纖的纖芯上誘導(dǎo)出周期性的折射率調(diào)制點(diǎn)，通過設(shè)定飛秒 激光脈沖的脈沖頻率和電控微位移平臺(tái)的移動(dòng)速度及移動(dòng)量，便可以同時(shí)在多根光纖中寫 入光纖光柵。由于采用峰值強(qiáng)度很高的飛秒激光脈沖作為寫入光源，所誘導(dǎo)的折射率調(diào)制 不可恢復(fù)，因而制作的光纖光柵具有很好的耐高溫特性。
[0019] 本發(fā)明方法在光纖光柵制作過程中，無需價(jià)格昂貴且易于損壞的相位掩模板。所 制作光纖光柵的數(shù)量由飛秒激光束的直徑和單根光纖的直徑?jīng)Q定，光纖光柵的折射率調(diào)制 度或者光纖光柵的強(qiáng)度透過率峰值由飛秒激光脈沖的強(qiáng)度決定，光纖光柵的長(zhǎng)度由電控微 位移平臺(tái)的移動(dòng)量決定，光纖光柵的周期由飛秒激光脈沖的重復(fù)頻率和電控微位移平臺(tái)的 移動(dòng)速度決定。通常飛秒激光器系統(tǒng)的重復(fù)頻率固定，可通過調(diào)節(jié)電控微位移平臺(tái)的移動(dòng) 速度方便地調(diào)節(jié)光纖光柵透射譜的中心波長(zhǎng)。另外，飛秒激光脈沖具有很高的峰值強(qiáng)度，在 光纖中誘導(dǎo)出的折射率調(diào)制不可恢復(fù)，所以光纖光柵具有很好的耐高溫性能。因此，該制作 方法和裝置具有制作效率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于批量制作耐高溫的光纖光柵，可廣泛 應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0020] 圖1 :為同時(shí)制作多根耐高溫光纖光柵的飛秒激光寫入實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0021] 圖2 :為片狀飛秒激光脈沖與光纖束的相對(duì)位置示意圖
[0022] 圖3 :為制作的η根光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖
[0023] 其中：1.飛秒激光器系統(tǒng)；2.二分之一波片；3.偏振片；4.半透半反鏡