[发明专利]一种采用飞秒激光直写技术在无芯光纤上制备M-Z波导结构的方法

说明书

本发明提供一种基于飞秒激光直写技术的制备无芯光纤M‑Z波导结构的方法，该方法采用无芯光纤玻璃棒，使用飞秒激光器，通过逐线刻写方式，加工得到M‑Z结构，该方法不需要昂贵的掩模版，易于制作，可重复性高易于实现器件的批量加工，同时，应用此方法得到的无芯光纤M‑Z波导结构灵敏度高，线性度好，适用于折射率传感领域。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于飞秒激光直写技术的制备无芯光纤M-Z波导结构的方法。

背景技术

马赫增德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)，是用分振幅法产生双光束，以实现干涉的仪器，传统的是在光纤内部制作微结构作为耦合器，将纤芯中的一部分光耦合到包层模中，再把包层模耦合到纤芯中，这两束光在光纤内部再次相遇时因相位差产生了干涉。

随着现代测量技术的不断发展，各种新颖的马赫曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)干涉仪及其制作方法层出不穷，如基于内部具有空腔的微锥形光纤，错位熔接的光纤，光纤光栅和特种光纤等，但是，现有技术中的装置中内置气腔设备脆弱，坚固性差；光纤纤芯错位熔接其重复性难以实现，手动组装需要大量时间；光纤光栅写入过程复杂，成本较高，结构不稳定；特殊光纤价格昂贵，此外，现有技术的自由光谱范围(FSR)难以精确控制，这些都制约了马赫曾德尔的发展。

发明内容

为了克服现有技术中马赫曾德尔干涉仪中存在的缺陷，本发明提供一种基于飞秒激光直写技术的制备无芯光纤M-Z波导结构的方法，具体方案如下：

一种基于飞秒激光直写技术的制备无芯光纤M-Z波导结构的方法，具体如下：采用无芯光纤玻璃棒，先去除无芯光纤的涂覆层，用酒精清洗后，放置在飞秒激光器加工台上，使用飞秒激光器，将激光聚焦在玻璃棒上，垂直于光纤轴向，通过逐线刻写方式，加工得到M-Z结构。

进一步地，所述无芯光纤玻璃棒的直径为125μm。

进一步地，所述飞秒激光器的规格为：中心波长为800nm，脉冲宽度为50fs。

进一步地，所述飞秒激光器运行的参数为：重复频率为0.5-2KHZ，20×透镜，NA＝0.30，单脉冲能量为10μJ，步长Δy＝2μm。

进一步地，所述M-Z结构为柱形。

与现有技术相比较，本发明的有益效果为：

本发明使用飞秒激光技术在无芯光纤上刻写马赫曾德尔波(M-Z)导结构，用于马赫曾德尔干涉装置，该方法操作简单，重复性高，成本较低，可用于批量生产，同时使用该方法在无芯光纤上刻写马赫曾德尔波(M-Z)导结构，不需要昂贵的掩模版，易于制作，所制得结构灵敏度高、稳定性好。

附图说明

图1为普通光纤与本实施例中无芯光纤结构对比图，A为普通光纤，B为无芯光纤；

图2为实施例中无芯光纤马赫曾德尔(M-Z)结构的示意图；

图3为实施例中无芯光纤马赫曾德尔(M-Z)结构干涉原理图；

图4为实施例中飞秒激光加工系统结构示意图；

图5为实施例中马赫曾德尔测试系统示意图；

图6为试验例1中MZI分别放置在水中和空气中的光谱图；

图7为试验例2中不同折射率溶液中MZI波长随溶液折射率变化关系图。

附图标记说明：

101-纤芯，102-包层，103-涂覆层，401-飞秒激光器，402-快门，403-信号衰减器，404-孔径，405-物镜，406-无芯光纤，407-CCD摄像头，408-光学组件，409-CCD摄像头，410-三维加工平台，411-BBS宽带光源。