[发明专利]一种硫系玻璃光纤的激光直写制备方法

说明书

本发明公开的硫系玻璃光纤的激光直写制备方法，通过搭建包括飞秒激光器、扩束系统、衰减系统、电子快门、分束镜、光功率计、双色镜、光束整形系统、聚焦物镜、三维移动平台、CCD检测系统和计算机的飞秒激光直写装置，通过光功率计检测激光脉冲的功率，精准控制衰减后的激光脉冲达到最合适的功率；通过计算机控制的光束整形系统和聚焦系统控制激光光斑的尺寸及三维移动平台的移动和电子快门的启闭，在硫系玻璃光纤内部一次性激光直写得到硫系玻璃纤芯，解决传统加工方式的工艺复杂、容易引入杂质等问题，同时可实现对激光直写过程的实时监测，且激光直写能够精确定位到光纤内部，适用于快速制备各种高精度的单模光纤、多模光纤和光子晶体光纤。

技术领域

本发明涉及硫系玻璃光纤的制备技术领域，具体是一种硫系玻璃光纤的激光直写制备方法。

背景技术

硫系玻璃光纤是由硫系玻璃制成的传光介质，具有极宽的红外工作范围、极高的非线性和良好的物理化学稳定性，在中红外波段的光纤激光器、光纤传感器、光纤开关等领域均具有重要的应用价值。

硫系玻璃光纤的制备和传统的石英光纤有着明显的区别。现阶段所使用的石英光纤的制备主要是通过化学气相沉积(CVD)工艺获得高纯度的光纤预制棒。而硫系玻璃通常是先通过原料合成玻璃，再利用套管法、挤压法获得预制棒后拉制成光纤，除此之外，也可以采用双坩埚方法直接拉制硫系玻璃光纤。

预制棒拉制技术需要首先制备硫系玻璃的预制棒，用于拉制硫系玻璃光纤的预制棒一般由芯棒玻璃和包层玻璃组成，包层玻璃的折射率小于芯棒的折射率。套管法是制备硫系玻璃光纤预制棒最常用方法，该方法十分容易控制纤芯和包层的外径比，难点在于需要先制备出具有高光学质量的芯棒和套管。硫系玻璃的套管一般采用旋管法和钻孔法获得，旋管法的优点是获得的玻璃管内壁光滑，无损伤和划痕，这种方法存在的主要问题是难以精确控制内孔直径大小，且难以制备内外径比较小的玻璃管，此外，套管法这种加工工艺容易对界面引入杂质或缺陷，从而对光纤损耗产生负面影响。挤压法利用特殊设计的模具将纤芯和包层玻璃直接挤压成预制棒，可以解决纤芯和包层玻璃界面的缺陷，但是该方法对纤芯和包层玻璃的热学稳定性具有较高的要求，且在挤压过程中容易因为受力不均匀和形成折射率缺陷而增加光纤的损耗，而且挤压法对于多个纤芯的光子晶体光纤的制备存在很大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种低成本、高效率的硫系玻璃光纤的激光直写制备方法，可直接将硫系玻璃预制棒拉制成硫系玻璃裸丝，在硫系玻璃光纤内部一次性激光直写得到硫系玻璃纤芯，解决了传统加工方式的工艺复杂、容易引入杂质等问题，同时可实现对硫系玻璃裸丝的激光直写过程的实时监测，并且激光直写能够精确定位到光纤内部，适用于快速制备各种高精度的单模光纤、多模光纤和光子晶体光纤。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硫系玻璃光纤的激光直写制备方法，包括如下步骤：

(1)搭建一飞秒激光直写装置，该飞秒激光直写装置包括飞秒激光器、扩束系统、衰减系统、电子快门、分束镜、光功率计、双色镜、光束整形系统、聚焦物镜、三维移动平台、CCD检测系统和计算机，在光学平台上沿主光路方向搭建依次设置的所述的飞秒激光器、扩束系统、衰减系统、电子快门、分束镜、双色镜、光束整形系统、聚焦物镜和三维移动平台，将所述的光功率计与所述的分束镜连接，从所述的分束镜射出的激光脉冲经所述的双色镜反射后射入所述的聚焦物镜，所述的CCD检测系统包括CCD光源、Z轴CCD检测装置和X轴CCD检测装置，将所述的Z轴CCD检测装置设置在所述的双色镜的正上方，并在所述的Z轴CCD检测装置与所述的双色镜之间设置凸透镜，将所述的X轴CCD检测装置设置在所述的三维移动平台的正前方，将所述的CCD光源设置在所述的三维移动平台的正下方，所述的电子快门、所述的三维移动平台、所述的光束整形系统和所述的CCD检测系统分别与所述的计算机相连，所述的三维移动平台上架设有滑轮组，所述的滑轮组包括两个从动轮和两个主动轮，所述的两个从动轮和所述的两个主动轮分别对称设置在所述的三维移动平台的两侧，所述的两个主动轮分别由马达驱动，所述的两个主动轮的转向相同；