一種同時制備多根耐高溫光纖光柵的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[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域，涉及一種基 于飛秒激光寫入的同時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寫入耐高溫光纖光柵的方法和裝置。
【背景技術】
[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)絡和可埋入智能材料等眾多優(yōu)點，已經(jīng)在光纖通信 和光纖傳感等領域得到了極其廣泛的應用。
[0003] 目前應用最多、技術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)境中不能長久使用，且 在500°C以上環(huán)境中會很快被擦除。隨著高溫光纖傳感和高功率光纖激光器技術的不斷發(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對點法在摻鍺單模 光纖中成功寫入了長周期光纖光概（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)。實驗結(jié)果證實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 昂貴的光纖拉制設備。2012年，李科等公開了一種同時制作多根光纖光柵的方法（李 科，劉增剛，楊立鋒，一次同時制作多根光纖光柵的方法，中國發(fā)明專利，【申請?zhí)枴?201210006988. 3)，該方法利用紫外激光同時曝光置于相位掩模板后近場干涉區(qū)的數(shù)根光 纖，其優(yōu)點是制作的光纖光柵一致性好，缺點是同時制作光纖光柵的數(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] 要解決的技術問題
[0006] 為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種基于飛秒激光寫入的同時制備多 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，并且制作過程簡單、易于操作，制作的光纖光柵一致性好，同時還具有良好的耐高溫性 能。
[0007] 技術方案
[0008] -種基于飛秒激光寫入的同時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，同時在多根光纖 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的移動速度V與所制作的光纖光柵的光柵周期Λ的關系為1= ^，其 中，f為飛秒激光束的重復頻率。
[0014] 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1~3所述任一項方法的裝置，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5、平凸柱面透鏡6、光纖束8、光纖夾具11、微 位移平臺12和微位移平臺控制器13 ;光纖束8通過兩個光纖夾具11固定在微位移平臺12 上，微位移平臺控制器13控制微位移平臺12的移動速度和移動距離；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度設置；光功率計5相對 飛秒激光系統(tǒng)1與微位移平臺12的光路呈90度，且設置在半透半反鏡4反射光路的軸線 上。
[0015] 在光纖束8的兩端分別設有寬帶光源9和光譜分析儀10,對光纖光柵的透過率進 行實時監(jiān)測。
[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 的電控微位移平臺上，并且可以沿著垂直于激光束入射的方向橫向勻速移動；在移動過程 中，飛秒激光脈沖同時在每根光纖的纖芯上誘導出周期性的折射率調(diào)制點，通過設定飛秒 激光脈沖的脈沖頻率和電控微位移平臺的移動速度及移動量，便可以同時在多根光纖中寫 入光纖光柵。由于采用峰值強度很高的飛秒激光脈沖作為寫入光源，所誘導的折射率調(diào)制 不可恢復，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度透過率峰值由飛秒激光脈沖的強度決定，光纖光柵的長度由電控微 位移平臺的移動量決定，光纖光柵的周期由飛秒激光脈沖的重復頻率和電控微位移平臺的 移動速度決定。通常飛秒激光器系統(tǒng)的重復頻率固定，可通過調(diào)節(jié)電控微位移平臺的移動 速度方便地調(diào)節(jié)光纖光柵透射譜的中心波長。另外，飛秒激光脈沖具有很高的峰值強度，在 光纖中誘導出的折射率調(diào)制不可恢復，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，適用于批量制作耐高溫的光纖光柵，可廣泛 應用于光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0020] 圖1 :為同時制作多根耐高溫光纖光柵的飛秒激光寫入實驗裝置結(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