[发明专利]光栅刻写方法、光栅刻写装置、光纤及光纤激光器

权利要求书

1.一种光栅刻写方法，其特征在于，所述方法包括：

采用传播常数近似计算公式确定传播常数，所述传播常数近似计算公式包括：λ为指定模式的波长，n₁为纤芯的折射率，N为光波模式的阶数，V为光纤在所述指定模式的波长下的归一化频率；

基于所述传播常数，采用光束耦合系数公式确定光束耦合系数，所述光束耦合系数公式包括：u和v代表LP_u1和LP_v1两种模式，所述指定模式为LP_u1和LP_v1中的一种，k为传播系数，δn为刻写光源照射光纤光敏区域产生的折射率变化，δn随指定介质掺杂直径的变化而变化，e为电场分布，A为横向模场分布区域；

基于所述光束耦合系数，采用峰值反射率计算公式确定光纤光栅在所述指定介质掺杂直径取不同值时对所述指定模式的光束的反射率，所述峰值反射率计算公式包括：R_max＝tanh(κL)²，L为光栅的栅区长度；

基于所述反射率建立激光器模型；

基于所述激光器模型中所述指定模式的光束的光功率与光纤光栅的纤芯中的所述指定介质掺杂直径的对应关系，确定使所述激光器模型中所述指定模式的光束在所述光纤光栅中光功率为零的所指定介质掺杂直径范围；

从所述指定介质掺杂直径范围中选取第一直径，将以所述纤芯的横截面的圆心为圆点、直径为所述第一直径的圆作为光敏提升区域，所述纤芯除所述光敏提升区域外的区域作为补偿区域；

基于不同掺杂浓度分别对所述光敏提升区域和所述补偿区域进行指定介质掺杂；

对指定介质掺杂后的所述光纤进行光栅刻写。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器模型包括泵浦光演化方程和信号光演化方程，所述基于所述反射率建立所述激光器模型，包括：

将所述反射率代入所述泵浦光演化方程和所述信号光演化方程，将所述泵浦光演化方程和所述信号光演化方程作为所述激光器模型；

所述泵浦光演化方程包括：I_p为泵浦光的光功率分布，z为归一化坐标，t为时间，是增益介质的泵浦吸收截面，是泵浦光发射截面，n_u为上能级粒子，N_Yb为增益光纤的掺杂浓度，r为极坐标系半径；

所述信号光演化方程包括：为m阶模式信号光的光功率分布，为极坐标角度，Φ^m是m阶模式激光的光强空间分布因子，是信号光吸收截面；是信号光发射截面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于激光器模型中指定模式的光束的光功率与光纤光栅的纤芯中的指定介质掺杂直径的对应关系，确定使所述激光器模型中所述指定模式的光束在所述光纤光栅中光功率为零的指定介质掺杂直径范围，包括：

将不同取值的所述指定介质掺杂直径对应的所述反射率分别代入所述激光器模型，获得所述不同取值的所述指定介质掺杂直径与所述指定模式的光束的光功率的对应关系；

基于所述对应关系，确定使所述激光器模型中所述指定模式的光束在所述光纤光栅中光功率为零的指定介质掺杂直径范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将不同取值的所述指定介质掺杂直径对应的所述反射率分别代入所述激光器模型，获得所述不同取值的所述指定介质掺杂直径与所述指定模式的光束的光功率的对应关系，包括：

将所述指定介质掺杂直径作为横坐标，将所述指定模式的光束的光功率作为纵坐标，建立坐标系；

根据不同取值的所述指定介质掺杂直径，以及不同取值的所述指定介质掺杂直径对应的所述反射率，在所述坐标系中获取所述指定模式的光束的光功率随所述指定介质掺杂直径变化而变化的函数曲线，作为所述对应关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述光纤进行光栅刻写，包括：

在所述光纤中通过高温高压载入氢气；

通过紫外光源或者飞秒脉冲光源照射所述光纤的所述纤芯，完成光栅在所述纤芯的横截面区域上的写入。