制备光纤光栅的装置及光纤光栅的制备方法

摘要

本申请公开一种制备光纤光栅的装置以及光纤光栅的制备方法，通过在光敏光纤上预设温度分布，在预设精确控制的区域分布升长量的光敏光纤上使用相位模板法制作线性啁啾光栅，制作完成后，关闭二氧化碳激光器，则光敏光纤温度恢复均匀，温度变化过程使得光纤发生非线性收缩，从而实现非线性啁啾光栅的制备。采用申请提出的制备光纤光栅的装置以及光纤光栅的制备方法，能降低制备光栅的工艺难度，操作简单、成本低且兼容性好。

说明书

技术领域

本申请涉及光信息技术领域，具体涉但不限于一种制备光纤光栅的装置及光纤光栅的制备方法。

背景技术

啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)系统的出现，使得激光聚焦功率密度实现了飞跃式的提升。光纤光栅是啁啾脉冲放大系统中的重要光学器件。制备光纤光栅有多种方法，其中相位模板法是目前常用的方法之一。但为了补偿系统中的三阶色散，通常需要使用非线性啁啾技术。目前主要采用在线性啁啾光栅上施加预定应力/非均匀分布温度场，或非线性啁啾的相位模板两种方法制备光栅。前者对产品的工艺及可靠性均有影响，长期使用过程中精确控制难度较大；而后者制作成本较高，且同一相位模板只能制作预设色散量的光栅，兼容性差。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种制备光纤光栅的装置及光纤光栅的制备方法，旨在采用光敏光纤和激光器等部件实现光栅的刻写，从而降低制备光栅的工艺难度，且操作简单、成本低以及兼容性好。

第一方面，本申请实施例提供了一种制备光纤光栅的装置，包括：紫外激光器、光束整形系统、反射镜、柱透镜、相位模板、光敏光纤和二氧化碳激光器；所述紫外激光器形成输出光束；所述输出光束经过光束整形系统，并整形为光斑纯净的准直光束；所述准直光束经过所述反射镜反射，并入射到所述柱透镜；所述聚透镜对所述准直光束进行聚焦并形成聚焦光线；所述聚焦光线透过所述相位模板后，形成干涉条纹；所述干涉条纹照射到所述光敏光纤；所述二氧化碳激光器输出激光束，且所述激光束照射到所述光敏光纤。

第二方面，本申请实施例提供了一种光纤光栅的制备方法，包括：去除光敏光纤待刻写区域的涂覆层；清洁所述光敏光纤的表面；将所述光敏光纤设置到相位模板后，并与所述相位模板刻线成90°；通过二氧化碳激光器的扫描振镜使激光束在光敏光纤沿轴扫描；通过紫外激光器以及反射镜来回扫描实现光栅的切趾；待所述反射镜进行一个或多个周期的扫描后，完成光栅制备。

本申请提出的制备光纤光栅的装置以及光纤光栅的制备方法，通过在光敏光纤上预设温度分布/升长量，在预设精确控制的区域分布升长量的光敏光纤上使用相位模板法制作线性啁啾光栅，制作完成后，关闭二氧化碳激光器，则光敏光纤温度恢复均匀，温度变化过程使得光纤发生非线性收缩，从而实现非线性啁啾光栅的制备。采用申请提出的制备光纤光栅的装置以及制备方法，能降低制备光栅的工艺难度，操作简单、成本低且兼容性好。

附图说明

图1是本申请实施例制备光纤光栅的装置；

图2是本申请实施例光纤光栅制备方法的流程图；

图3是本申请二氧化碳激光器及其工作一示意图；

图4是本申请二氧化碳激光器及其工作另一示意图；

图5是本申请二氧化碳激光器扫描振镜沿轴向扫描速度示意图。

附图标记：

紫外激光器-1；光束整形系统-2；反射镜-3；柱透镜-4；相位模板-5；光敏光纤-6；二氧化碳激光器-7；二氧化碳激光器主体-71；扫描振镜-72。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的在一种可能的实施方式中实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。另外，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请实施例中的具体含义。

参见图1，图1是本申请一实施例提供的一种制备光纤光栅的装置。如图1所示，该制备光纤光栅的装置，至少包括：紫外激光器1、光束整形系统2、反射镜3、柱透镜4、相位模板5、光敏光纤6、二氧化碳激光器7。

开启紫外激光器，产生输出光束，输出光束L1入射到光束整形系统2。光束整形系统2对输出光束L1进行整形后输出准直光束L2。准直光束L2入射到反射镜3，并经反射镜3反射后射向柱透镜4。准直光束L2经过柱透镜4并形成聚焦光线L3。聚焦光线L3射向相位模板5，透过相位模板5后，±1级衍射光形成干涉条纹。光敏光纤6置于相位模板5后方并设置在干涉条纹区域中。二氧化碳激光器7输出激光束L4并经过扫描振镜后照射到光敏光纤6上。

其中，反射镜3通过镜片座固定到电控平移台上，以使反射镜3根据制备需要沿准直光束L2轴向变速扫描，从而实现光纤光栅切趾。

其中，扫描振镜可编程控制。通过对扫描振镜的编程控制，使激光束L4在光敏光纤6沿轴向来回快速扫描，从而实现对光敏光纤6的加热。激光束L4在不同位置的扫描速度不同，从而使得光敏光纤6沿着轴向达到预设的温度分布条件。

在一种可能的实施方式中，紫外激光器1可以为准分子激光器或固体激光器。紫外激光器1激光发射波长可以为193nm～355nm之间任一波长，优选193nm、213nm、248nm、266nm、355nm；相干长度大于1.5mm，光束质量M

在一种可能的实施方式中，光束整形系统2包括透镜、光阑、狭缝、小孔等必要光学元件，将紫外激光器1输出光束L1整形为直径0.5mm～6mm，光斑纯净的准直光束L2。

在一种可能的实施方式中，反射镜3的反射面与入射的准直光束L2成45°角，并将准直光束L2转90°后出射到柱透镜4。

在一种可能的实施方式中，柱透镜4为蒸镀有对应波长的增透膜或者无镀膜的紫外石英柱透镜，以实现将准直光束聚焦成水平的光线。

在一种可能的实施方式中，透过相位模板5后所形成的干涉条纹，其条纹周期为相位模板周期的一半，优选为啁啾条纹。

在一种可能的实施方式中，对光敏光纤6进行折射率调制，以适应刻写需求。

在一种可能的实施方式中，二氧化碳激光器7为输出激光束L4的激光波优选10.6um。

参见图2，图2是本申请另一实施例提供的一种光纤光栅制备方法的流程图。如图2所示，该制备方法包括：

210：取合适尺寸的光敏光纤6，将待刻写光栅的区域的涂覆层去除；

220：清洁光纤表面；

230：将光敏光纤6放置在相位模板5后，并使待刻写区域与相位模板刻线成90°；

240：采用二氧化碳激光器7的扫描振镜使激光束L4在光敏光纤6沿轴扫描；

250：采用紫外激光器1以及反射镜3来回扫描实现光栅的切趾；

260：待所述反射镜进行一个周期的扫描后，完成光栅制备。

在一种可能的实施方式中，通过化学腐蚀或者机械剥除方式去除涂覆层。

在一种可能的实施方式中，待刻写区域与相位模板间距50um～100um。

在一种可能的实施方式中，激光束L4在光敏光纤6沿轴扫描，其扫描区域的长度覆盖刻写长度；进一步地，扫描速度呈抛物线线性变化，中心位置速度最快，优选约为300mm/s，两侧速度逐渐下降。因此中心位置温度最低，光纤不同区域伸长量不同，形成非线性伸长。

在一种可能的实施方式中，紫外激光器1以及反射镜3来回扫描实现光栅的切趾，其扫描方式可根据升余弦切趾的需要设置。优选中心区域匀速扫描，扫描速度1mm/min～5mm/min；刻写区域两端扫描速度较快，速度变换满足升余弦函数。

为进一步详细描述本申请制备光纤光栅的装置及其制备方法，以下对本申请制备装置或制备方法一种具体实施方式的举例说明。

参见图3、4，图3、4是本申请实施例提供的二氧化碳激光器及其工作示意图。图3、4示出二氧化碳激光器主体71、扫描振镜72、激光束L4、光敏光纤6等部件。

在本具体的实施方式中，二氧化碳激光器主体71发出波长10.6um的准直激光束L4，光斑直径约0.5mm～1mm。准直激光束L4经过扫描振镜72对传输方向进行调节。其中，激光束L4可以照射到光敏光纤6的任意位置。在本具体的实施方式中，激光束L4沿着光敏光纤6待刻写的区域快速往返扫描。精确光敏光纤6使光敏光纤6与相位模板5无任何接触，避免加热或损伤相位模板5。由于石英对二氧化碳激光7有较高的吸收效率，在激光束L4照射下，光敏光纤6吸收激光束L4并发热升温。通过扫描振镜72控制光敏光纤6在不同位置的照射时间，使光敏光纤6在不同位置吸收不同热量，从而达到精确控制光敏光纤6温度分布的目的。通过石英光纤热胀系数5.5×10-7/℃，可计算出此时光敏光纤6各区域的升长量。反之，根据色散补偿需求计算出了需要预设的升长量后，可以通过激光束L4照射量对升长量进行精确控制。

为进一步详细描述本申请制备光纤光栅的装置及光纤光栅的制备方法，以下对本申请制备装置或制备方法另一种具体实施方式的举例说明。

在本具体的实施方式中，使用紫外激光器1为工作波长为266nm的固体激光器，经过光束整形系统2后获得准直光束L2直径为3mm，光束质量M

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。