飞秒激光烧蚀石英光纤和直写光纤光栅的研究

摘要

近年来，利用飞秒激光具有超衍射极限、“冷”加工等优势在玻璃、晶体中制作微光学器件取得长足发展，而用飞秒激光直写光纤光栅方法具有无掩模、设计灵活、无需载氢、结构稳定等诸多优势。本文在系统研究飞秒激光烧蚀光纤材料阈值、形貌基础上，研究了飞秒激光在光子晶体光纤中直写光纤端面光栅，以及在单模光纤纤芯中写入长周期光纤光栅的方法，并测试分析了光纤光栅的光学特性。主要研究内容如下： ⑴总结分析了飞秒激光烧蚀透明材料的物理机理，重点介绍了石英材料烧蚀理论，并对飞秒激光直写长周期光纤光栅(LPFG) 谐振波长与光栅周期之间的关系进行了理论分析。 ⑵实验研究了飞秒激光烧蚀石英光纤材料的损伤阈值，得出了单脉冲情况下光纤材料的烧蚀面积和飞秒激光能量密度呈线性关系的结论，并发现了多脉冲烧蚀累积效应。用场发射扫描电镜(SEM)对烧蚀形貌进行了分析，为优化飞秒激光直写参数、制作光纤光栅提供了实验依据。 ⑶利用飞秒激光在大模场光子晶体光纤纤芯端面写入了d=2mm的光栅结构，用CCD成像技术得到了光栅对白光光源衍射的0级、±1级图样。初步研究了长周期光纤光栅的制作方法和成栅原理，实验研究了飞秒激光在单模光纤纤芯中直接写入长周期光纤光栅结构，并通过测试得到光栅的透射光谱，分别得到了915nm和1550nm波段的带通滤效应。