[发明专利]光栅刻写方法、光栅刻写装置、光纤及光纤激光器

说明书

本申请提供一种光栅刻写方法、光栅刻写装置、光纤及光纤激光器，涉及光纤制造技术领域。所述方法包括：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，确定使模型中指定模式的光束光功率为零的指定介质掺杂直径范围；从该直径范围中选取第一直径，将以纤芯的横截面的圆心为圆点、直径为第一直径的圆作为光敏提升区域，其他纤芯区域作为补偿区域；基于不同掺杂浓度分别对光敏提升区域和补偿区域进行指定介质掺杂，对指定介质掺杂后的光纤进行光栅刻写。通过设定光敏提升区域对纤芯进行非均匀介质掺杂，可以抑制高阶模在激光器中的起振，从而抑制高阶模振荡引起的光束质量退化和效率降低。

技术领域

本申请涉及光纤制造技术领域，具体而言，涉及一种光栅刻写方法、光栅刻写装置、光纤及光纤激光器。

背景技术

光纤激光器作为一种新型的激光器，具有高量子效率和光-光转换效率，同时具有光束质量好、结构紧凑、可靠性高、工作寿命长、性价比高等优点，适用于各种复杂环境下工作。如今的光纤激光器中，常使用光纤布拉格光栅作为激光谐振腔的反射腔镜。光纤光栅是一种广泛应用的无源光纤器件，它是通过一定的方法永久的改变光纤的轴向折射率分布制成的。具体地，其在光纤的纤芯或包层中形成折射率周期性或非周期性的变化，改变特定波长的光束在光纤中的传输特性，使光模式之间发生耦合，从而实现光束的反射或者损耗。

现有的千瓦级高功率光纤激光器主要使用双包层大模场面积光纤布拉格光栅。所谓的大模场面积光纤布拉格光栅，是指使用大模场面积光纤作为材料制成的光纤布拉格光栅。

针对现阶段的大芯径光纤光栅，芯径粗的光纤往往除了可以容纳基模光传播，也可以容纳高阶模在其中传播，在这样的光纤上刻写光栅，那么光栅不仅可以反射基模光，也可以反射高阶模光。从而会使高阶模在光纤激光器中起振，严重限制激光器的输出光束质量和效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种光栅刻写方法、光栅刻写装置、光纤及光纤激光器，以改善现有技术中存在的激光器的输出光束质量和效率不佳问题。

本申请实施例体用了一种光栅刻写方法，所述方法包括：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；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。

在上述实现方式中，将光纤纤芯划分为光敏提升区域和补偿区域，在光敏提升区域和补偿区域中采用不同的介质掺杂浓度，再进行光栅刻写，当光栅刻写的光源照射到非均匀掺杂介质的光纤纤芯上时，折射率会基于光敏性区域的分布和强弱改变，光源对纤芯的折射率调制在横截面上的分布也会受到改变，变成相应的非均匀分布，使用这种光栅搭建的光纤激光振荡器会使基模光的增益显著高于高阶模光，抑制高阶模在激光器中的起振，从而抑制高阶模振荡引起的光束质量退化和效率降低。

可选地，所述方法还包括：基于所述光纤光栅对所述指定模式的光束耦合系数，确定所述光纤光栅对所述指定模式的光束的反射率；基于所述反射率建立所述激光器模型。

在上述实现方式中，基于光栅对指定模式的光束的反射率建立激光器模型，能够表示反射率和激光器模型中各参数的关系，从而能够通过改变指定介质掺杂直径改变指定模式的光束在光栅中的反射率，进而确定反射率对激光器模型的影响，以便确定指定介质掺杂直径与激光器模型中光功率的对应关系。