[发明专利]使用短波长超快脉冲写入耐大功率的布拉格光栅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及布拉格光栅制造领域，并且更具体地涉及使用短波长超快脉冲在用于大功率应用的稀土掺杂玻璃波导中写入布拉格光栅的方法。

背景技术

大功率应用，如大功率光纤激光器，需要能耐受光纤中循环的光的高强度的强布拉格光栅。使用UV-诱导缺陷共振的物理方法(该方法一般用于石英光纤中光纤布拉格光栅(FBG)的写入)获得的光栅受限于光敏光纤，并且通常不能刻在用作激光增益介质的稀土掺杂光纤中。这进而意味着光纤激光器腔将需要激活光纤与光敏光纤之间的熔合接头。这些接头可能导致额外的腔内损耗，并且不适合于某些激活光纤几何形状，尤其是当需要大功率运行时。因此，需要开发制造FBG的新方法以将光栅直接刻入激活光纤中。

由聚焦的飞秒脉冲与玻璃的非线性相互作用导致的折射率变化似乎是上述UV-诱导缺陷共振的物理方法的非常有希望的备选方案。如在M.Bernier，D.Faucher，R.Vallée，A.Saliminia，G.Androz，Y. Sheng和S.L.Chin，“通过800nm的飞秒脉冲在ZBLAN光纤中光诱导的布拉格光栅(Bragg gratings photoinduced in ZBLAN fibers by femtosecond pulses at 800nm)”，Opt.Lett.32，454-456(2007)中所示，操作在1.5μm下的红外飞秒(fs)脉冲与一阶相位掩膜可用于在掺杂的和未掺杂的氟化物光纤中写入有效的FBG。备选地，用使用IR飞秒脉冲的扫描相位掩膜技术写入的FBG也被证明对于掺杂有以下激活离子的石英光纤激光器的开发是至关紧要的：掺杂有铒激活离子(参见E.Wikszak，J.Thomas，J.Burghoff，B.Ortac，J.Limpert，S.Nolte，U.Fuchs和A.Tünnermann，“基于内芯飞秒写入布拉格光栅的铒光纤激光器(Erbium fiber laser based on intracore femtosecond-written fiber Bragg grating)”，Opt.Lett.31，2390-2392(2006))，或者掺杂有镱激活离子(参见E.Wikszak，J.Thomas，S.Klingebiel，B.J.Limpert，S.Nolte，U.Fuchs和A.Tünnermann，“基于内芯飞秒写入布拉格光栅的线偏振铒光纤激光器(Linearly polarized ytterbium fiber laser based on intracore femtosecond-written fiber Bragg gratings)”，Opt.Lett.32，2756-2758(2007))。在后一种情况下，由27％的激光器斜率效率的镱掺杂熊猫(黑白相间)型光纤获得1040nm下的100mW最大输出功率。该实验中涉及的二阶FBG对于每个偏振分别具有65％和45％的峰值反射率。

MIHAILOV等(美国专利6,993,221和7,031,571)讨论了在非光敏性光纤中布拉格光栅使用超短脉冲通过相位掩膜的写入。他们证明，与现有技术的论断相反，可以使用强度高到足以在光纤中产生折射率变化但仍低于相位掩膜的损伤阈值的飞秒脉冲写入光栅。所公开的技术声称缓解了对于将光纤光敏化的需要和对于通过退火等的光栅后处理的需要。MIHAILOV等还倾向于选择具有为了在感兴趣的波长引起高阶布拉格共振而选择的节距的相位掩膜，以限制由低阶相位掩膜引起的长波长写入束的角色散。然而，对于大功率应用，高阶光栅在感兴趣波长的强度可能并不总是足够的。

仍需要特别适用于大功率光纤激光器或类似应用，同时减轻现有技术中的至少一些缺点的写入布拉格光栅的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种在稀土掺杂玻璃光学波导中写入布拉格光栅的方法，所述布拉格光栅反射目标波长下的光。

该方法包括产生超快光脉冲。这些超快光脉冲具有在300nm至700nm范围内的写入波长和足以通过材料致密化引起所述稀土掺杂玻璃波导中折射率变化的强度。

该方法还包括使用相位掩膜衍射所述光脉冲以产生干涉图样，所述干涉图样具有提供对应于所述目标波长的基频布拉格共振的节距。将所述干涉图样投射到所述稀土掺杂玻璃波导的一个区域以在其中写入所述干涉图样，从而给出所述布拉格光栅。

该方法还包括将所述波导含有所述布拉格光栅的所述区域加热到高于约350℃阈值的温度，持续足以基本上消除所述光导的光子暗化效应的预定加热期间。