[发明专利]使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置及方法

说明书

本发明公开了一种使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置及方法，涉及光纤光栅制备技术领域，解决了光纤光栅制备不够灵活，材料损耗大的技术问题，其技术方案要点是通过半波片、格兰激光棱镜、光阑、空间滤波器和扩束准直透镜组对飞秒激光器输出的激光进行质量测试、光束的滤波、准直、扩束、聚焦以及对准，确保实现高性能光纤光栅的刻写；再利用任意切趾模块进行光纤变迹调制，利用激光衍射成像检测刻写光纤和相位掩模板的相对位置，利用白光源往返经过显微聚焦物镜对激光逐线直写结构进行成像监控，利用端面成像实现单模光纤和多模光纤对准的监测，使用光纤光谱仪对光纤光栅模式特性、光谱特性、热稳定性等进行全面表征测试，确保获得性能优良的光纤光栅。

技术领域

本公开涉及光纤光栅制备技术领域，尤其涉及一种使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置及方法。

背景技术

飞秒激光不仅可以在很多特殊材料、特殊结构和特殊尺寸的光纤上刻写光纤光栅，而且还可以进一步提升现有光栅的性能，具有很强的先进性和广泛的通用性，越来越受到学术界和工业界的重视，尤其是，这种光源有望生产出全光纤化高功率和特殊波段光纤激光器所需的超高功率光纤光栅、以及耐超高温光纤光栅等特种光纤光栅。

飞秒激光刻写光纤光栅，目前常用的方法有两种，其一是使用聚焦的飞秒激光在纤芯上打点，也叫激光直写法，例如公告号为CN209231557U的中国实用新型专利。该方法的优点在于不需要相位掩模板，也不需要光敏光纤；相对普通紫外准分子激光刻写方法获得的光折射率调制度更大、折射率变化的阶跃性更明显；具有极高的热稳定性，可以在接近1000℃时稳定工作；具有一定的偏振相关性；可以不去涂覆层直接刻写等。但该方法需要精确的聚焦与定位系统，现有设备的商业化设备的精度很难达到，而且操作过程非常复杂。

公告号为CN203573000U的中国实用新型专利保护了一种中红外布拉格光纤光栅制备装置，该装置是使用相位掩模板的特殊构造，使用相位掩模板产生的衍射光干涉光纤的折射率改变成栅。其优点在于，光纤一般不需要任何增敏；制作的光纤光栅折射率调制大；有较好的温度稳定性，可以在450℃稳定工作；光栅周期与入射激光无关，仅由相位掩模板决定等。其缺点在于，过分的依赖相位掩模板，降低了制作光栅的灵活性；高强度飞秒激光对相位掩模板有潜在的损伤，可能会打坏相位掩模板造成损失。因而如何结合激光直写法和相位掩模板两种方法的优点来制备光纤光栅是值得研究的问题。

发明内容

本公开提供了一种使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置及方法，技术目的是无需精确的聚焦与定位系统，且不过分依赖相位掩模板，实现逐线刻写光纤光栅。

本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置，包括依序连接的飞秒激光器、第三反射镜、半波片、格兰激光棱镜、光阑、空间滤波器、扩束准直透镜组、任意切趾模块、第一反射镜、第二反射镜和刻写光束成形模块；

所述任意切趾模块、刻写光束成形模块均与数据采集及驱动控制模块连接，所述数据采集及驱动控制模块还连接有光束质量分析系统、光谱光纤仪、第一调整架、第二调整架、第三调整架和第四调整架；所述光束质量分析系统与所述第三反射镜连接；

所述第一调整架连接有第一单模光纤，所述第二调整架连接有第二单模光纤，所述第三调整架、第四调整架连接有特殊光纤，所述第一单模光纤、第二单模光纤均与所述特殊光纤连接，所述第一单模光纤与所述光谱光纤仪连接。

进一步地，所述刻写光束成形模块包括线聚焦模块、相位掩模板和显微聚焦物镜，所述相位掩模板、显微聚焦物镜均与所述线聚焦模块连接。

进一步地，所述相位掩模板连接有第五调整架，所述显微聚焦物镜连接有第六调整架，所述第五调整架、第六调整架均与所述数据采集及驱动控制模块连接。

进一步地，所述相位掩模板还连接有衍射成像设备，且所述衍射成像设备与所述数据采集及驱动控制模块连接；