提供一种飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，包括激光器、射镜Ⅲ、光阑、衰减片、第一CCD摄像头、第二CCD摄像头、待加工光纤、高精度三维运动平台；反射镜Ⅲ为二向色反射镜，待加工光纤固定于高精度三维运动平台且位于反射镜Ⅲ后方，激光器产生的激光脉冲先经光阑整合再经衰减片调节功率到达反射镜Ⅲ，经反射镜Ⅲ的激光光路通过高倍物镜聚焦后照射在待加工光纤上，与反射后激光光路和高倍物镜同轴处设第一CCD摄像头，与第一CCD摄像头轴线呈锐角设有倾斜的第二CCD摄像头。本实用新型专利技术结构紧凑简单，成本低，省去相位掩膜板，无需过载氢处理，提高聚焦精度，高温下性能稳定，有利完成垂直光栅和倾角光栅的刻制，满足多品类光纤布拉格光栅制备需求。
Fabrication Device of Femtosecond Laser Direct Writing Fiber Bragg Grating
【技术实现步骤摘要】
飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置
本技术属于光纤通信技术和使用激光束加工光纤光栅
，具体涉及一种飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置。
技术介绍
光纤光栅是在光纤纤芯内介质折射率呈周期性调制的一种光纤无源器件。按周期分为布拉格光栅和长周期光栅。布拉格光栅(FiberBraggGrating，缩写为FBG)即反射光栅,周期一般小于1μm，通过在激光照射下产生的光折射率变化效应，在纤芯上形成周期性的折射率调制分布，从而对入射波中相位匹配的频率产生相干反射，可以在典型的10-1至10-2nm的带宽内产生反射，反射率可达100％。光纤布拉格光栅的这一重要的波长选择特性使之成为光纤器件中一种重要的无源器件。FBG具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性能好、传感体结构简单，体积小、解调信号不受光强影响。另一方面，由于对光纤光栅功能需求标准的不断提高，新结构、新特性、多功能光纤光栅的研制已经成为开发新型光子器件的必然发展趋势。不同的光纤光栅制备方法得到的光栅光谱特性不完全相同，选择合适的制备方法是至关重要的。如今制备FBG的方法也有很多，例如紫外激光照射法，CO2激光照射法和飞秒激光照射法等。虽然紫外激光制备技术已很成熟，能制备出光谱性好的光栅,但制备之前不但要对光纤进行光敏处理,而且温度稳定性很差，在高于400℃的环境下光栅结构很容易被擦除；CO2激光照射法使得制备的FBG的插入损耗很大，从而限制了它的适用范围；相较而言，飞秒激光器的高强度超短脉冲，在聚焦后功率密度可达到1012～1015w/cm2，写制光栅无需经过载氢处理，且与光纤相互作用时，通过造成永久性损伤改变其折射率，刻写的光栅具有大的折射率调制、窄的线宽、高的温度稳定性等特性，故推广应用的潜在价值更高。但是，利用飞秒激光采用逐点写入法加工FBG，对聚焦系统的定位精度要求很高，需要将μm量级的激光聚焦后光斑聚焦进光纤纤芯，而且在刻写光栅过程中要保证光纤始终与光纤移动方向平行。现有的光纤布拉格光栅制备装置，如公开号为CN102699523B的飞秒激光程控式逐点长周期光纤光栅制备装置，只能实现垂直光栅刻写时的监视，不能完成倾斜光纤光栅的刻写监视；采用先衰减片调节功率，再经光阑整合的过程，不利于光线光谱滤波增益趋于平滑；结构复杂不紧凑，成本高。因此有必要提出改进。
技术实现思路
本技术解决的技术问题：提供一种飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，本技术是一种能对一般光纤刻制光纤布拉格光栅，结构更为紧凑简单，成本更低，能省去相位掩膜板，无需过载氢处理，有利提高聚焦定位精度，在高温条件下性能稳定，且尤其有利完成垂直光栅刻制和倾角光栅刻制的改进型光纤光栅制备装置，满足高品质、性能稳定、低成本投入、多品类的光纤布拉格光栅的制备需求。本技术采用的技术方案：飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，包括激光器、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅲ、光阑、衰减片、高倍物镜、第一CCD摄像头、第二CCD摄像头、待加工光纤、高精度三维运动平台、超连续白光光源、光谱分析仪和计算机；所述待加工光纤通过夹具固定于高精度三维运动平台上，所述待加工光纤一端通过尾纤连接超连续白光光源，所述待加工光纤另一端连接光谱分析仪，所述计算机与高精度三维运动平台通信连接，所述反射镜Ⅲ为二向色反射镜，所述待加工光纤位于反射镜Ⅲ后方，所述激光器与反射镜Ⅲ之间设有光阑和可连续调节功率的衰减片，所述光阑同轴一体式固连于衰减片前端，所述激光器产生的激光脉冲能量经过反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ反射后引入光阑和衰减片，先经所述光阑整合后再经衰减片调节功率到达反射镜Ⅲ，经所述反射镜Ⅲ反射后的激光光路通过高倍物镜聚焦后照射在待加工光纤上；所述与反射镜Ⅲ反射后的激光光路和高倍物镜同轴处设有第一CCD摄像头，与所述第一CCD摄像头轴线和待加工光纤轴线所确定的平面处于同一平面且位于所述待加工光纤轴线上方旁侧并与第一CCD摄像头的轴线呈锐角处设有倾斜的第二CCD摄像头。对上述技术方案的优选方式，所述激光器采用飞秒激光器，所述飞秒激光器包括顺次连接的泵浦光源、飞秒激光振荡器和激光放大器，所述激光器的飞秒激光脉冲功率为4W，中心波长为800nm,脉冲重复频率为1kHz，脉宽为200fs。对上述技术方案的优选方式，所述高精度三维运动平台为微米量级与可控机械系统结合的可控电动移动平台，所述高精度三维运动平台结合shutter开关完成光纤光栅不同参数下写制工作的启停控制，通过控制平台移动速度、移动长度、移动次数实现写制光纤光栅的不同周期、不同长度调制，并通过X轴、Y轴、Z轴的移动实现待加工光纤与激光器飞秒激光的精确对准。对上述技术方案的优选方式，所述高精度三维运动平台的夹具上方设有保证其上方第一CCD摄像头和第二CCD摄像头观测待加工光纤纤芯位置及刻写形态的直流调压光源。对上述技术方案的优选方式，所述第一CCD摄像头和第二CCD摄像头连接监视器且直接将监控画面显示于电脑屏幕上。对上述技术方案的优选方式，所述高倍物镜为100倍显微物镜。对上述技术方案的优选方式，所述待加工光纤为剥去涂覆层且未做载氢处理的标准单模光纤。对上述技术方案的优选方式，所述超连续白光光源采用波长范围为500～2400nm的超宽带连续光源。对上述技术方案的优选方式，所述光谱分析仪采用工作波长范围为1200～1700nm实时监控光谱透射谱的AQ6370B光谱分析仪。本技术与现有技术相比的优点：1、本方案是在同一平面内同时设置了垂直的第一CCD摄像头和和倾斜的第二CCD摄像头，垂直于光纤设置的第一CCD摄像头有利监视垂直光栅的实时刻写监察、监视，与垂直的第一CCD摄像头处于同一平面且呈一定锐角夹角倾斜设置的第二CCD摄像头有利倾斜光纤光栅的刻制监察、监视，因此本装置可满足多品类光纤布拉格光栅的制备需求，应用领域覆盖更广、更全面；而且本方案中将第一CCD摄像头和第二CCD摄像头结合使用时，有利提高激光与光纤聚焦精确度；2、本方案采用无载氢处理的标准单模光纤，可刻写反射率高、线宽窄、光谱更为平滑的光纤布拉格光栅；3、本方案衰减片前端同轴一体式固连光阑的结构改进，无需设置多个光阑，以及光阑与衰减片分体式设计的结构更为精简和紧凑；尤其使飞秒激光先经光阑整形，再经衰减片调节功率的过程，较现有技术中先经衰减片调节功率，再经光阑整形的过程，更有利光线光谱滤波增益趋于平滑；加之，反射镜Ⅲ为二向色反射镜的结构改进共同作用，较现有技术中经两次反射后再写制光纤光栅的结构更为精简；使装置在有利降低光纤写制对焦的难度，整体结构精简紧凑的同时，保留了装置刻制光纤布拉格光栅具有的设计灵活、高温性能稳定，以及设置不同的周期与栅距加工任意参数的布拉格光栅光谱特性优势，装置整体成本更低；4、本方案通过将飞秒激光与高精度三维位移平台结合，既减少了紫外光可卸式所需的掩模板，又克服了由于使用高频CO2激光器和准分子激光器而带来的光栅极性出现漂移退化等缺陷，一方面简化了装置，另一方面又保证了其具有好的性能稳定性；5、本方案使用飞秒激光直写布拉格光栅,实现结构；简单，成本；低，无需载氢处理且能省去相位掩膜板，提高聚焦定位精度，制作的光栅具有很好的高温稳定性，不仅可以刻写垂直光栅，而且可以制备倾斜光栅和相移光栅，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，包括激光器(1)、反射镜Ⅰ(2)、反射镜Ⅱ(3)、反射镜Ⅲ(7)、光阑(4)、衰减片(5)、高倍物镜(8)、第一CCD摄像头(6)、第二CCD摄像头(9)、待加工光纤(11)、高精度三维运动平台(12)、超连续白光光源(10)、光谱分析仪(14)和计算机(13)；所述待加工光纤(11)通过夹具固定于高精度三维运动平台(12)上，所述待加工光纤(11)一端通过尾纤连接超连续白光光源(10)，所述待加工光纤(11)另一端连接光谱分析仪(14)，所述计算机(13)与高精度三维运动平台(12)通信连接，其特征在于：所述反射镜Ⅲ(7)为二向色反射镜，所述待加工光纤(11)位于反射镜Ⅲ(7)后方，所述激光器(1)与反射镜Ⅲ(7)之间设有光阑(4)和可连续调节功率的衰减片(5)，所述光阑(4)同轴一体式固连于衰减片(5)前端，所述激光器(1)产生的激光脉冲能量经过反射镜Ⅰ(2)和反射镜Ⅱ(3)反射后引入光阑(4)和衰减片(5)，先经所述光阑(4)整合后再经衰减片(5)调节功率到达反射镜Ⅲ(7)，经所述反射镜Ⅲ(7)反射后的激光光路通过高倍物镜(8)聚焦后照射在待加工光纤(11)上；所述与反射镜Ⅲ(7)反射后的激光光路和高倍物镜(8)同轴处设有第一CCD摄像头(6)，与所述第一CCD摄像头(6)轴线和待加工光纤(11)轴线所确定的平面处于同一平面且位于所述待加工光纤(11)轴线上方旁侧并与第一CCD摄像头(6)的轴线呈锐角设置设有倾斜的第二CCD摄像头(9)。...
【技术特征摘要】
1.飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，包括激光器(1)、反射镜Ⅰ(2)、反射镜Ⅱ(3)、反射镜Ⅲ(7)、光阑(4)、衰减片(5)、高倍物镜(8)、第一CCD摄像头(6)、第二CCD摄像头(9)、待加工光纤(11)、高精度三维运动平台(12)、超连续白光光源(10)、光谱分析仪(14)和计算机(13)；所述待加工光纤(11)通过夹具固定于高精度三维运动平台(12)上，所述待加工光纤(11)一端通过尾纤连接超连续白光光源(10)，所述待加工光纤(11)另一端连接光谱分析仪(14)，所述计算机(13)与高精度三维运动平台(12)通信连接，其特征在于：所述反射镜Ⅲ(7)为二向色反射镜，所述待加工光纤(11)位于反射镜Ⅲ(7)后方，所述激光器(1)与反射镜Ⅲ(7)之间设有光阑(4)和可连续调节功率的衰减片(5)，所述光阑(4)同轴一体式固连于衰减片(5)前端，所述激光器(1)产生的激光脉冲能量经过反射镜Ⅰ(2)和反射镜Ⅱ(3)反射后引入光阑(4)和衰减片(5)，先经所述光阑(4)整合后再经衰减片(5)调节功率到达反射镜Ⅲ(7)，经所述反射镜Ⅲ(7)反射后的激光光路通过高倍物镜(8)聚焦后照射在待加工光纤(11)上；所述与反射镜Ⅲ(7)反射后的激光光路和高倍物镜(8)同轴处设有第一CCD摄像头(6)，与所述第一CCD摄像头(6)轴线和待加工光纤(11)轴线所确定的平面处于同一平面且位于所述待加工光纤(11)轴线上方旁侧并与第一CCD摄像头(6)的轴线呈锐角设置设有倾斜的第二CCD摄像头(9)。2.根据权利要求1所述的飞秒激光直写光纤布拉格光栅制备装置，其特征在于：所述激光器(1)采用飞秒激光器，所述飞秒激光器包括顺次连接的泵浦光源、飞秒激光振荡器和激光放大器，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚妮，朱雨雨，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：新型
国别省市：陕西,61
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