[发明专利]一种光纤光栅及其制备装置和制备方法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅及其制备装置和制备方法，属于光纤技术领域。本发明的光纤光栅制备装置包括光纤、三维精密位移台、飞秒激光光源、反射镜、激光能量调节器、光快门、精密针孔、二向色镜、聚焦物镜、CCD相机以及光谱监测系统，飞秒激光光源发出的飞秒激光光束经反射镜、激光能量调节器、光快门、精密针孔和二向色镜，由聚焦物镜聚焦于光纤的纤芯，用于刻写光纤光栅，精密针孔的中心正对所述飞秒激光光束的正中心，限制进入聚焦物镜的飞秒激光光束的光斑直径，在光纤内形成贯穿纤芯和包层的光滑的丝状光栅条纹。本发明制备的光纤光栅具有低短波损耗、高反射率的特点。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种光纤光栅及其制备装置和制备方法。

背景技术

光纤光栅具有复用能力强、尺寸小、灵敏度高、响应速度快等优点。飞秒激光制备的光纤光栅可耐受超过1000℃高温，在航空航天、核电和冶金等高温环境下参数测量领域具有广泛应用。

在飞秒激光制备光纤光栅的现有方法中，CN111221072A公开了一种使用飞秒激光刻写光纤光栅的装置及方法，CN102699523A公开了一种飞秒激光程控式逐点长周期光纤光栅制备装置。其中，飞秒激光逐点法既不需要相位掩模板，也不特别需要光敏光纤，具有很高的灵活性，是制备光纤光栅的常用方法。该方法制备的光纤光栅通常表现出较大的短波损耗，串联的光栅越多损耗越大，这导致传感光栅数量受到极大限制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够抑制短波损耗的光纤光栅及其制备装置和制备方法。

本发明的一个方面提供一种光纤光栅制备装置，包括光纤、三维精密位移台、飞秒激光光源、反射镜、激光能量调节器、光快门、精密针孔、二向色镜、聚焦物镜、CCD相机以及光谱监测系统，

所述光纤具有纤芯、包层和可透光的涂覆层；

所述三维精密位移台用于固定所述光纤，能够带动所述光纤移动从而调整所述光纤的空间位置；

所述飞秒激光光源用于发出飞秒激光光束，所述飞秒激光光束经所述反射镜、所述激光能量调节器、所述光快门、所述精密针孔和所述二向色镜，由所述聚焦物镜聚焦于所述光纤的纤芯，用于刻写光纤光栅；

所述反射镜用于调整所述飞秒激光光束的方向，使所述飞秒激光光束沿所述聚焦物镜的中心轴向入射；

所述激光能量调节器用于实时监测所述飞秒激光光源的激光功率，调节透射的飞秒激光光束的激光能量；

所述光快门用于控制所述飞秒激光光束的通断；

所述精密针孔位于所述光快门与所述二向色镜之间，所述精密针孔的中心正对所述飞秒激光光束的正中心，所述精密针孔的直径小于所述飞秒激光光束的光斑直径，并且，所述精密针孔的直径与所述光纤的包层的直径满足以下关系：

式中，为所述精密针孔的直径，为光纤的包层的直径，为所述聚焦物镜的焦距，为所述光纤的有效折射率，为所述飞秒激光光束的波长；

所述二向色镜用于将所述飞秒激光光束反射进入所述聚焦物镜，并且将所述聚焦物镜内放大的光纤图像透射进入所述CCD相机；

所述聚焦物镜用于将所述飞秒激光光束聚焦于所述光纤的纤芯以刻写光纤光栅，并且形成放大的光纤图像；

所述CCD相机用于透过所述二向色镜采集所述聚焦物镜放大的光纤图像，用于监测光纤的空间位置和所刻写的光纤光栅的形态；

所述光谱监测系统用于监测所刻写的光纤光栅的反射光谱、透射光谱和性能指标。

优选地，所述光纤光栅制备装置还包括上位机，所述上位机与所述三维精密位移平台和所述光快门连接，用于控制所述三维精密位移平台的移动以及所述光快门的打开和关闭。