；5.光功 率計；6.柱面透鏡；7.片狀飛秒激光脈沖；8.光纖束；9.寬帶光源；10.光譜分析儀；11.光 纖夾具；12.電控微位移平臺；13.電控微位移平臺控制器。
【具體實施方式】
[0024] 現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：
[0025] 從飛秒激光系統(tǒng)輸出的飛秒激光脈沖首先經由二分之一波片和偏振片的組合來 調節(jié)其強度，然后再通過一塊半透半反鏡分束；自半透半反鏡反射的激光束由一光功率計 接收，用于監(jiān)測飛秒激光脈沖的平均功率；自半透半反鏡透射的激光束經柱面透鏡壓縮，壓 縮后的片狀飛秒激光脈沖垂直照射在水平放置且沿縱向平行排列的光纖束上，光纖束中各 光纖的纖芯均位于柱面透鏡的焦線處，由兩個光纖夾具將光纖束固定在一高精度的電控微 位移平臺上，并以一定的速度使光纖束沿光纖軸向勻速移動；在電控微位移平臺移動過程 中，飛秒激光脈沖會在每根光纖的纖芯中誘導出周期性的折射率調制點，形成光纖光柵。
[0026] 設飛秒激光脈沖的光束直徑為D，重復頻率為f，入射波長為λ，剝除涂敷層的光 纖直徑為d，則同時制作光纖光柵的根數(shù)η為
[0027]
⑴.
[0028] 設柱面透鏡的焦距為F，則焦線處光束的寬度ω為
[0029] ω λ F/ ( π D)。 （2)
[0030] 設電控微位移平臺的移動速度為V，則光纖光柵的光柵周期Λ為 VJ·
[0031] A = J' (3)
[0032] 光纖光柵透射譜的中心波長λ 8為
[0033]
(4)
[0034] 其中，nrff為纖芯的有效折射率，m為光纖光柵的階數(shù)。
[0035] 如圖1所示的裝置，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。
[0036] 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。
[0037] 由飛秒激光器系統(tǒng)1產生中心波長λ為800nm，脈沖寬度τ為35fs，重復頻率f 為IKHz，光束直徑D為8mm的飛秒激光脈沖，剝除涂敷層的普通單模光纖的直徑為125 μ m， 由式（1)可知，可在64根光纖中同時寫入光纖光柵。用二分之一波片2和偏振片3組合來 調節(jié)飛秒激光脈沖的強度，再由半透半反鏡4分束，自半透半反鏡4反射的飛秒激光由光功 率計5接收，用于監(jiān)測其平均功率。
[0038] 將透過半透半反鏡的飛秒激光脈沖強度調節(jié)為700 μ J，并由焦距F = 40mm的柱面 透鏡6在橫向進行壓縮，形成片狀飛秒激光脈沖7,由式（2)可知在柱面透鏡焦線處片狀飛 秒激光脈沖7的寬度約為4 μ m。壓縮后的片狀飛秒激光脈沖7垂直照射在水平放置且沿縱 向平行排列的光纖束8上，每根光纖的纖芯均位于柱面透鏡6的焦線處，如圖2所示。該光 纖無需載氫或摻雜等增敏處理，可以是普通單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、 純硅光纖、稀土摻雜光纖和塑料光纖等。
[0039] 光纖束8由兩個光纖夾具11固定在高精度的電控微位移平臺12上，電控微位移 平臺12受控于電控微位移平臺控制器13,使光纖束8沿垂直于激光束入射的方向橫向勻速 移動。在光纖束移動過程中，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 率調制點，形成光柵結構。對于G. 652D型普通單模光纖，纖芯的有效折射率neff= 1. 4679， 由式（3)和（4)可知，在1550nm波長處形成一階、二階和三階光纖布拉格光柵所對應的電 控微位移平臺的速度分別為0. 528mm/s、l. 056mm/s和I. 584mm/s。
[0040] 在制作耐高溫的光纖光柵過程中，可采用寬帶光源9和光譜分析儀10實時監(jiān)測光 纖光柵的透射譜。
[0041] 在實際應用中，根據需求選擇不同的飛秒激光脈沖強度、柱面透鏡的焦距、電控微 位移平臺的移動速度和移動量，以實現(xiàn)不同折射率調制度、不同周期和不同長度的光纖光 柵制作。因此，本發(fā)明具有廣泛的應用價值。
【主權項】
1. 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，其特征在于步驟如 下： 步驟1:將飛秒激光束壓縮成片狀飛秒激光束； 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； 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。2. 根據權利要求1所述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：所述光纖束中的光纖根數(shù)I其中，D為飛秒激光束的光束直徑，d為光纖的 直徑。3. 根據權利要求1所述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：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A的關系為 其中，f為飛秒激光束的重復頻率。4. 一種實現(xiàn)權利要求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⑷反射光路的軸線上。5. 根據權利要求4所述的裝置，其特征在于：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。6. 根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于：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。
【專利摘要】本發(fā)明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，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，所誘導的折射率調制不可恢復，因而制作的光纖光柵具有很好的耐高溫特性。
【IPC分類】G02B6/02
【公開號】CN105137532
【申請?zhí)枴緾N201510623337
【發(fā)明人】姜亞軍, 趙建林, 楊德興, 李 東, 徐健
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月25日