專利名稱：全光纖激光器光纖光柵諧振腔的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光諧振腔的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到光纖激光器中光纖光柵諧振腔的制備方法。
背景技術(shù)：
光纖激光器是一種新型的激光光源，現(xiàn)在成為各國爭先研究的熱點。隨著摻稀土元素的雙包層光纖介質(zhì)的成功研制和包層泵浦技術(shù)的成熟，光纖激光器得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)已成為下一代激光器的發(fā)展方向。以往的光纖激光器的增益諧振腔采用雙透鏡或光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)。由于全光纖型激光器思想的產(chǎn)生，提出在光纖上直接制作出不同反射率的光纖光柵反射鏡來形成諧振腔的構(gòu)想。這樣Bragg光纖光柵的制備成為關(guān)鍵。
現(xiàn)在采用的制備諧振腔的方法是在非摻雜單包層單模光纖上寫入Bragg光纖光柵，將兩個不同反射率Bragg光纖光柵熔接到增益介質(zhì)的光纖兩端形成諧振腔。
中國專利NO99109269.4一種多包層光纖，在光纖上寫入的長周期光纖光柵和寫入方法。該方法包括為引導(dǎo)光用的有Ge-SiO做成的芯，由F-Si做成內(nèi)包層，該包層包裹于芯且他們折射率小于芯的折射率。由二氧化硅作成內(nèi)包層，其包裹內(nèi)包層且折射率小于芯的折射率大于內(nèi)包層的折射率。通過調(diào)整摻入內(nèi)包層的F含量、內(nèi)包層的厚度、摻入GeO2量、外包層中的SiO2成分和光纖的牽引拉力等參數(shù)之一，來調(diào)整多包層光纖特性。
上述方法只能對長周期光纖光柵進(jìn)行寫入，由于長周期光纖光柵的周期大，周期光纖光柵掩模板對紫外光的色散要求低，Bragg光纖光柵的周期小，Bragg光纖光柵掩模板對紫外光的色散要求大，所以上述方法不能對雙包層光纖中的Bragg光纖光柵進(jìn)行包層腐蝕和寫入處理，且光柵損耗大，光柵的反射率低、諧振腔的穩(wěn)定性和可靠性低等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)上述方法由于Bragg光纖光柵的周期小，Bragg光纖光柵掩模板對紫外光的色散要求大，不能對雙包層光纖中的包層進(jìn)行腐蝕，也不能對Bragg光纖光柵進(jìn)行寫入處理，且它也存在光柵的反射率低、諧振腔的穩(wěn)定性和可靠性低等缺點。本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)直接在雙包層光纖上寫入Bragg光柵，增加光耦合效率、提高光柵的反射率、提高諧振腔的穩(wěn)定性和可靠性，滿足全光纖激光器的要求，形成全光纖型激光器的諧振腔，將要提供一種雙包層或多包層光纖Bragg光纖光柵諧振腔的制備方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)在雙包層光纖直接寫入光柵的方法如下首先將雙包層光纖的一端安裝在腐蝕控制裝置導(dǎo)軌的平臺上，利用腐蝕控制裝置中的計算機控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速來控制移動平臺的運動速度，并將一段雙包層光纖置于腐蝕溶液中并逐漸移動進(jìn)行腐蝕外包層，則制備成裸露內(nèi)包層光纖；利用高壓增敏裝置將裸露內(nèi)包層光纖進(jìn)行高壓、高溫的氫氣擴散制備出光敏包層光纖；沿光纖夾具的U形淺槽的軸線方向平行固定放置清洗后的光敏包層光纖；利用相位掩模板放在上述光敏包層光纖上，相位掩模板中的掩模方向與所寫光敏包層光纖方向垂直；利用高能紫外光束的輻射經(jīng)柱體透鏡聚焦成窄線光斑，在窄線光斑的軸線方向通過相位掩模對光敏包層光纖進(jìn)行曝光，使光敏包層光纖纖芯的折射率按相位掩模板的周期發(fā)生改變，從而在光敏包層光纖的兩端制成兩個不同折射率的光纖光柵，則制成全光纖激光器的光纖光柵諧振腔。
高壓增敏裝置采用金屬瓶，金屬瓶的氫氣壓強為80atm-200atm，將裸露內(nèi)包層光纖和高壓氫氣放進(jìn)金屬瓶中并將金屬瓶的蓋密封并將其置于60℃-100℃的溫度環(huán)境中96小時以上，將密封金屬瓶的蓋打開取出制成的光敏包層光纖。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明利用腐蝕溶液對雙包層光纖進(jìn)行包層處理，根據(jù)腐蝕溶液的濃度、包層光纖的直徑及寫入光柵的長度來控制腐蝕時間、腐蝕長度，以達(dá)到單包層光纖同樣的光纖結(jié)構(gòu)。這樣可以實現(xiàn)在這段腐蝕處理后的裸光纖上寫入光柵的要求。由于本發(fā)明采用了掩模板解決了Bragg光纖光柵色散要求大周期小的需要。由于本發(fā)明利用腐蝕控制裝置將雙包層光纖置于腐蝕溶液中并逐漸移動進(jìn)行腐蝕外包層，解決了雙包層光纖包層腐蝕的問題。由于本發(fā)明利用高能紫外光束和相位掩模對光敏包層光纖進(jìn)行曝光解決了雙包層光纖寫入Bragg光纖光柵的問題。由于本發(fā)明利用高能紫外光束對光敏包層光纖進(jìn)行曝光解決了背景技術(shù)光柵的反射率低的問題。由于本發(fā)明采用了利用高能紫外光束對光敏包層光纖進(jìn)行曝光形成對溫度、應(yīng)力不敏感的光纖光柵，解決了諧振腔的穩(wěn)定性和可靠性低等缺點。本發(fā)明可用于光通訊、激光器技術(shù)領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明實施例的腐蝕控制裝置立體示意2是本發(fā)明實施例的高壓增敏裝置立體示意3是本發(fā)明實施例的光纖光柵曝光寫入裝置示意圖
具體實施例方式如圖1所示的腐蝕控制裝置包括雙包層光纖1、石蠟槽2、墊木3、平行導(dǎo)軌4、移動平臺5、步進(jìn)電機6、步進(jìn)電機控制電源7、轉(zhuǎn)動絲杠8。
雙包層光纖1采用fibercore的準(zhǔn)圓形摻Y(jié)b3+雙包層石英光纖。石蠟槽2采用石蠟制成，其長10厘米、寬為8厘米、高為5厘米，其內(nèi)壁和底壁厚為1.5厘米。墊木3采用木制結(jié)構(gòu)制成。平行導(dǎo)軌4采用碳鋼材料制成。移動平臺5采用碳鋼材料制成。步進(jìn)電機6采用35HS26DS01型號，步距角1.8°，電壓12V，電流0.4A，電阻13Ω，電感4.8mH，靜力矩330g.cm，定位力矩50g.cm，轉(zhuǎn)動慣量11g.cm2。步進(jìn)電機控制電源7，輸出電壓110V，電流0-2A。轉(zhuǎn)動絲杠8采用碳鋼材料制成。
如圖2所示的高壓增敏裝置包括瓶帽9、螺紋區(qū)10、瓶體11、氣壓閥12、壓力表13。
瓶帽9采用不銹鋼材料制成。螺紋區(qū)10采用錐型螺紋。瓶體11采用不銹鋼材料制成。氣壓閥12采用不銹鋼材料制成。壓力表13采用Y-60型氫氣表。
如圖3光纖光柵曝光寫入裝置包括準(zhǔn)分之激光器14、紫外激光光束15、全反射鏡16、柱透鏡17、相位掩模板18、光敏包層光纖19、耦合器20、發(fā)光二極管21、光譜分析儀22。
準(zhǔn)分之激光器14采用Lumonics公司PM886krF(248nm)的準(zhǔn)分子激光器，準(zhǔn)分子激光器14產(chǎn)生紫外激光光束15。全反射鏡16采用JGS-1石英玻璃材料制成。柱透鏡17采用JGS-1石英玻璃材料制成。相位掩模板18采用Lasiris公司熔融石英制成。光敏光纖19采用fibercore的準(zhǔn)圓形摻Y(jié)b3+雙包層石英光纖。耦合器20采用WDM-980/1060型單模光纖波分復(fù)用器。發(fā)光二極管21采用1070型超輻射發(fā)光二極管。光譜分析儀22采用日本ANDO公司6315A型。
1)本發(fā)明首先選取一根摻Y(jié)b3+的雙包層光纖1作為激光器的增益介質(zhì)，其中在這個雙包層光纖1的內(nèi)包層為五瓣梅花形，外包層為圓形。在雙包層光纖1的一端適當(dāng)位置處距光纖尾端約10cm處，剝除一小段涂覆層，大約5cm長，在將這段雙包層光纖1經(jīng)過二個纖細(xì)的小孔通過石蠟槽2，將剝?nèi)ネ扛矊拥倪@小段雙包層光纖1逐漸進(jìn)入石蠟槽2，在石蠟槽2中盛有氫氟酸溶液。將通過石蠟槽2的雙包層光纖1的一端利用雙面膠沾劑粘接到移動平臺上5，這個移動平臺為長5厘米、寬3厘米、厚為1厘米，并且安裝在兩根平行導(dǎo)軌上4。在導(dǎo)軌4的下面裝有扭距絲杠8與移動平臺5相連，通過步進(jìn)電機6帶動絲杠8轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對移動平臺5的移動控制。采用計算機程序控制驅(qū)動步進(jìn)電機6的控制電源實現(xiàn)整個腐蝕過程的監(jiān)控。移動平臺帶動雙包層光纖1逐步的通過氫氟酸溶液。通過計算機控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速來控制移動平臺5的運動速度.現(xiàn)在以5轉(zhuǎn)/秒步進(jìn)速度得到0.02厘米/秒的平臺運動速度。當(dāng)雙包層光纖1部分通過氫氟酸溶液時，開始記時經(jīng)過10分鐘實現(xiàn)了對雙包層光纖1直徑的有效腐蝕，腐蝕速度控制在3微米/分鐘，得到直徑在80微米的裸露內(nèi)包層光纖。
2)將經(jīng)過1)處理得到裸露內(nèi)包層光纖裝入直徑為15厘米、長為35厘米的金屬瓶體11里，其中金屬瓶工作壓力為15Mpa，耐壓實驗壓力為25Mpa，出廠實驗壓力為18Mpa，殼體壁厚測定大于等于14mm以上。在金屬瓶工作壓力為80atm或120atm或200atm，溫度在60℃或80℃或100℃的氫氣和B2O3粉末容器內(nèi)擴散96小時或120小時或150小時以上進(jìn)行光纖增敏處理。這樣實現(xiàn)了氫離子擴散到光纖中增加了光纖的光敏性，得到光敏包層光纖。
3)將經(jīng)過2)處理得到的光敏包層光纖從金屬瓶體11中取出，在剝除涂覆層后腐蝕掉外包層的光敏包層光纖利用乙酸進(jìn)行清洗，再利用丙酮進(jìn)行第二次清洗，保證光敏包層光纖處無灰塵粘附。另準(zhǔn)備光纖夾具，將經(jīng)過清洗處理過的這一小段光敏包層光纖沿光纖夾具的U淺槽的軸線方向中平行放入其中，并固定在光纖夾具的U淺槽上。保證這一小段光敏包層光纖光纖在夾具上位置固定。
4)把相位掩模板18直接放在固定好的光敏包層光纖上面，保證相位掩模板中的掩模方向與所寫光敏包層光纖方向垂直。采用光源是Lumonics公司PM886krF(248nm)的準(zhǔn)分子激光器14，其高壓觸發(fā)范圍28.0kv～39.0kv，觸發(fā)頻率0～50Hz，光斑面積30×15nm2。使用中典型參數(shù)為觸發(fā)電壓為30KV，觸發(fā)頻率8Hz，單個脈沖能量為900～300mJ。所用相位掩模板18是Lasiris公司生產(chǎn)，這是高質(zhì)量的熔融石英光柵上的一維表面浮雕光柵，并且為一種消零級掩模板。利用±1衍射光的干涉進(jìn)行光柵的寫入，對248nm激光其零級衍射小于1.5％，+1和-1級衍射分別占39.9％和39.1％。
5)利用248nm的準(zhǔn)分子激光器14所發(fā)出的紫外激光束15經(jīng)柱透鏡17準(zhǔn)直系統(tǒng)后會聚后形成成15×2nm2的窄線條光斑。紫外光沿光斑的軸線方向通過相位掩模18對光敏包層光纖進(jìn)行曝光，準(zhǔn)分子激光器14所發(fā)出的紫外光的能量900毫焦，頻率為8Hz，高壓觸發(fā)范圍30.0kv寫入時間為4分鐘，從而改變了沿著所述芯區(qū)的縱向上的光敏包層光纖預(yù)定暴露部分的芯區(qū)的折射率，這樣在光纖上形成與相位掩模同樣周期的波導(dǎo)機構(gòu)的光柵，其周期為743.5nm，通過利用二極管20、耦合器21和光譜分析儀22組成實時監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測光纖光柵的中心波長及反射率特征。光譜分析儀22觀察光線光柵的反射率，控制得到反射率為99％、反射波長為1062納米的Bragg光纖光柵，半高寬為2納米。這里光譜分析儀22為日本ANDO公司6315A型，其掃描范圍為350nm～175nm，波長分辨率為0.05～10nm，我們選用0.1nm，其強度精確到0.3dB，掃描間隙時間＜0.5s。
同樣在這根光敏包層光纖的另一端適當(dāng)位置處距光敏包層光纖前面寫入光柵的位置25米處。重復(fù)操作上述1)-5)過程制作得到反射率在10％、反射波長為1065納米的Bragg光纖光柵。這樣在同一根光纖上就形成了光纖光柵諧振腔。
除上述實施例外，還可在多包層光纖上制備光纖光柵也屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.全光纖激光器光纖光柵諧振腔的制備方法，其特征在于首先將雙包層光纖的一端安裝在腐蝕控制裝置導(dǎo)軌的平臺上，利用腐蝕控制裝置中的計算機控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速來控制移動平臺的運動速度，并將一段雙包層光纖置于腐蝕溶液中并逐漸移動進(jìn)行腐蝕外包層，則制備成裸露內(nèi)包層光纖；利用高壓增敏裝置將裸露內(nèi)包層光纖進(jìn)行高壓、高溫的氫氣擴散制備出光敏包層光纖；沿光纖夾具的U形淺槽的軸線方向平行固定放置清洗后的光敏包層光纖；利用相位掩模板放在上述光敏包層光纖上，相位掩模板中的掩模方向與所寫光敏包層光纖方向垂直；利用高能紫外光束的輻射經(jīng)柱體透鏡聚焦成窄線光斑，在窄線光斑的軸線方向通過相位掩模對光敏包層光纖進(jìn)行曝光，使光敏包層光纖纖芯的折射率按相位掩模板的周期發(fā)生改變，從而在光敏包層光纖的兩端制成兩個不同折射率的光纖光柵，則制成全光纖激光器的光纖光柵諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖激光器光纖光柵諧振腔的制備方法，其特征在于高壓增敏裝置采用金屬瓶，金屬瓶的氫氣壓強為80atm-200atm，將裸露內(nèi)包層光纖和高壓氫氣放進(jìn)金屬瓶中并將金屬瓶的蓋密封并將其置于60℃-100℃的溫度環(huán)境中96小時以上，將密封金屬瓶的蓋打開取出制成的光敏包層光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖光柵諧振腔的制備方法。利用腐蝕裝置將一段雙包層光纖進(jìn)行腐蝕制備成裸露內(nèi)包層光纖；利用增敏裝置將裸露內(nèi)包層光纖進(jìn)行氫擴散制備出光敏包層光纖；利用高能紫外光束通過相位掩模制成兩個不同折射率的光纖光柵，形成光纖激光器的諧振腔。利用腐蝕溶液對雙包層光纖進(jìn)行處理形成單包層光纖。采用掩模板解決了Bragg光纖光柵色散要求大周期小的問題。利用高能紫外光束和相位掩模對光敏包層光纖進(jìn)行曝光解決寫入Bragg光纖光柵的問題。采用高能紫外光束對光敏包層光纖進(jìn)行曝光解決光柵的反射率低問題。由于利用高能紫外光束對光敏包層光纖進(jìn)行曝光形成對溫度、應(yīng)力不敏感的光纖光柵，解決了諧振腔的穩(wěn)定性和可靠性低等缺點。
文檔編號H01S3/08GK1671013SQ200410010968
公開日2005年9月21日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者張亮, 秦莉, 王立軍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所