本发明专利技术涉及一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及装置，利用一柱面透镜将飞秒激光束在横向进行压缩，压缩后的片状飞秒激光垂直照射在平行排列的光纤束上，每根光纤的纤芯均位于柱面透镜的焦线处，光纤束固定在一高精度的电控微位移平台上，并且可以沿着垂直于激光束入射的方向横向匀速移动；在移动过程中，飞秒激光脉冲同时在每根光纤的纤芯上诱导出周期性的折射率调制点，通过设定飞秒激光脉冲的脉冲频率和电控微位移平台的移动速度及移动量，便可以同时在多根光纤中写入光纤光栅。由于采用峰值强度很高的飞秒激光脉冲作为写入光源，所诱导的折射率调制不可恢复，因而制作的光纤光栅具有很好的耐高温特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是光纤光栅的制作方法和装置，属于光纤无源器件制造领域，涉及一种基 于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及装置，特别涉及一种利用柱面透 镜和飞秒激光脉冲在多根光纤上同时写入耐高温光纤光栅的方法和装置。
技术介绍
光纤光栅通常是指通过紫外光曝光具有光敏性的光纤，使纤芯中产生周期性的折 射率调制而形成的永久性空间相位光栅，是一种光无源滤波器件，一般可分为反射带通型 的光纤布拉格光栅和透射带阻型的长周期光纤光栅两种类型。光纤光栅具有抗电磁干扰、 耐腐蚀、体积小、质量轻、易组成全光网络和可埋入智能材料等众多优点，已经在光纤通信 和光纤传感等领域得到了极其广泛的应用。 目前应用最多、技术最成熟的光纤光栅制作方法是利用紫外激光通过相位掩模 法侧面曝光光敏光纤。用这种方法制作的光纤光栅在200°C以上环境中不能长久使用，且 在500°C以上环境中会很快被擦除。随着高温光纤传感和高功率光纤激光器技术的不断发 展，迫切需要在非光敏材料和特殊结构光纤中写入高温下性能稳定的光纤光栅。近十多年 发展起来的飞秒激光写入方法，可在绝大多数类型光纤中直接写入具有复杂结构的光纤光 栅，并具有很好的高温稳定性。1999年，Y. Kondo等采用飞秒激光和点对点法在掺锗单模 光纤中成功写入了长周期光纤光概（Y. Kondo, K. Nouchi, T. Mitsuyu, et al.，Fabrication of long-period fiber gratings by focused irradiation of infrared femtosecond laser pulses，Opt. Lett.，1999, 24(10) :646-648) D2003年，S. J. Mihailov等米用飞秒激光 和相位掩模法在掺锗单模光纤中写入了光纤布拉格光栅（S. J. Mihailov，C. W. Smelser，P. Lu, et al. , Fiber Bragg gratings made with a phase mask and 800-nm femtosecond radiation，Opt. Lett.，2003, 28 (12) : 995-997)。实验结果证实这类光纤光栅具有很好的耐 高温特性。 然而，采用上述方法制作光纤光栅过程中，每次都只能写入单根光纤光栅，生产效 率低。1993年，Dong等利用干涉光路在光纤拉制过程中成功写入了光纤光栅（L. Dong，L. Reekie, J. Russell, et al., Single pulse Bragg gratings written during fibre drawing, Electron. Lett.，1993, 29 (17) : 1577-1578)，大大提高了生产效率，但需要配套 昂贵的光纤拉制设备。2012年，李科等公开了一种同时制作多根光纤光栅的方法（李 科，刘增刚，杨立锋，一次同时制作多根光纤光栅的方法，中国专利技术专利，【申请号】 201210006988. 3)，该方法利用紫外激光同时曝光置于相位掩模板后近场干涉区的数根光 纤，其优点是制作的光纤光栅一致性好，缺点是同时制作光纤光栅的数量受限于紫外光束 压缩后的光斑横向尺寸，生产效率仅提高了数倍，且制作的光纤光栅不能耐高温。
技术实现思路
要解决的技术问题 为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于飞秒激光写入的同时制备多 根耐高温光纤光栅的方法及装置，可将光纤光栅的生产效率提高几十倍，有效降低制作成 本，并且制作过程简单、易于操作，制作的光纤光栅一致性好，同时还具有良好的耐高温性 能。 技术方案 -种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法，其特征在于步骤 如下： 步骤1 :将飞秒激光束压缩成片状飞秒激光束； 步骤2 :将片状飞秒激光束垂直照射在光纤束上，片状飞秒激光束的长边垂直于 光纤束的轴线；所述光纤束中各光纤呈平行排列，且各光纤的纤芯均位于平凸柱面透镜的 焦线上； 步骤3 :使光纤束沿垂直于平凸柱面透镜的焦线方向匀速移动，同时在多根光纤 中制作出耐高温光纤光栅。 所述光纤束中的光纤根数力=#，其中，D为飞秒激光束的光束直径，d为光纤的直 a 径。 所述步骤3的移动速度V与所制作的光纤光栅的光栅周期Λ的关系为1= ^，其 中，f为飞秒激光束的重复频率。 一种实现权利要求1~3所述任一项方法的装置，其特征在于包括飞秒激光系统 1、半波片2、偏振片3、半透半反镜4、光功率计5、平凸柱面透镜6、光纤束8、光纤夹具11、微 位移平台12和微位移平台控制器13 ;光纤束8通过两个光纤夹具11固定在微位移平台12 上，微位移平台控制器13控制微位移平台12的移动速度和移动距离；飞秒激光系统1的光 路垂直于光纤束8的轴线，在此光路上自飞秒激光系统1开始依次设有半波片2、偏振片3、 半透半反镜4和平凸柱面透镜6 ;其中半透半反镜4与光路呈45度设置；光功率计5相对 飞秒激光系统1与微位移平台12的光路呈90度，且设置在半透半反镜4反射光路的轴线 上。 在光纤束8的两端分别设有宽带光源9和光谱分析仪10,对光纤光栅的透过率进 行实时监测。 所述光纤束8中各光纤平行排列，且各光纤的纤芯均位于平凸柱面透镜6的焦线 上。 有益效果 本专利技术提出的一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法及 装置，利用一柱面透镜将飞秒激光束在横向进行压缩，压缩后的片状飞秒激光垂直照射在 平行排列的光纤束上，每根光纤的纤芯均位于柱面透镜的焦线处，光纤束固定在一高精度 的电控微位移平台上，并且可以沿着垂直于激光束入射的方向横向匀速移动；在移动过程 中，飞秒激光脉冲同时在每根光纤的纤芯上诱导出周期性的折射率调制点，通过设定飞秒 激光脉冲的脉冲频率和电控微位移平台的移动速度及移动量，便可以同时在多根光纤中写 入光纤光栅。由于采用峰值强度很高的飞秒激光脉冲作为写入光源，所诱导的折射率调制 不可恢复，因而制作的光纤光栅具有很好的耐高温特性。 本专利技术方法在光纤光栅制作过程中，无需价格昂贵且易于损坏的相位掩模板。所 制作光纤光栅的数量由飞秒激光束的直径和单根光纤的直径决定，光纤光栅的折射率调制 度或者光纤光栅的强度透过率峰值由飞秒激光脉冲的强度决定，光纤光栅的长度由电控微 位移平台的移动量决定，光纤光栅的周期由飞秒激光脉冲的重复频率和电控微位移平台的 移动速度决定。通常飞秒激光器系统的重复频率固定，可通过调节电控微位移平台的移动 速度方便地调节光纤光栅透射谱的中心波长。另外，飞秒激光脉冲具有很高的峰值强度，在 光纤中诱导出的折射率调制不可恢复，所以光纤光栅具有很好的耐高温性能。因此，该制作 方法和装置具有制作效率高、操作方便等优点，适用于批量制作耐高温的光纤光栅，可广泛 应用于光纤通信和光纤传感系统中。【附图说明】 图1 :为同时制作多根耐高温光纤光栅的飞秒激光写入实验装置结构示意图 图2 :为片状飞秒激光脉冲与光纤束的相对位置示意图 图3 :为制作的η根光纤光栅结构示意图 其中：1.飞秒激光器系统；2.二分之一波片；3.偏振片；4.半透半反镜当前第1页1 2&nbs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于飞秒激光写入的同时制备多根耐高温光纤光栅的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将飞秒激光束压缩成片状飞秒激光束；步骤2：将片状飞秒激光束垂直照射在光纤束上，片状飞秒激光束的长边垂直于光纤束的轴线；所述光纤束中各光纤呈平行排列，且各光纤的纤芯均位于平凸柱面透镜的焦线上；步骤3：使光纤束沿垂直于平凸柱面透镜的焦线方向匀速移动，同时在多根光纤中制作出耐高温光纤光栅。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜亚军，赵建林，杨德兴，李东，徐健，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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