一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器及其制作方法，包括激光器泵浦源、有源光纤、刻写在有源光纤上的高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅、波分复用器、光隔离器，高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅分别作为谐振腔高反射率腔镜和输出腔镜，通过选择倾斜光纤布拉格光栅的倾角设定输出腔镜的反射率，高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅利用飞秒激光相位掩模法在有源光纤纤芯上分别通过垂直和倾斜扫描刻写而成。本发明专利技术可避免谐振腔中存在无源光纤，保证单频输出时高增益并最大限度减小谐振腔腔长，采用飞秒激光刻写可以适用于各种有源光纤且制备出的光纤激光器适用于550℃以内的高温环境。

A high temperature and ultra short cavity distributed reflection single frequency fiber laser and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器及其制作方法
本专利技术属于光纤光学和光纤激光领域，涉及一种耐高温短腔单频光纤激光器的制备方法，具体涉及一种基于倾斜光纤布拉格光栅的耐高温短腔分布反射式光纤激光器及其制作方法。
技术介绍
短腔分布反射式(DBR)光纤激光器在传感测量、微波光子学中具有重要的应用。以光纤布拉格光栅(FBG)作为谐振腔反射镜的全光纤DBR激光具有体积小、稳定性好等优点。采用FBG的DBR光纤激光器谐振腔，高反射率腔镜采用高反射率的FBG，输出腔镜采用低反射率的普通FBG作为激光输出端。FBG一般是利用紫外光在光敏光纤中刻写，其反射率与其长度、折射率调制度相关。不同反射率的FBG需要通过设定不同的紫外激光功率、辐照时间和辐照光纤长度条件来刻写。由此造成高低不同反射率FBG成栅机制和有效折射率大小有差异，刻写出的FBG很难保证耐温特性的一致性和布拉格波长的一致性，增加了制作激光器的复杂性。其次，激光器的谐振腔长度必须小于一定值才能实现单纵模激光输出。然而光敏光纤多为无源光纤，需要将刻写的FBG再与有源光纤熔接构成激光器谐振腔。这种方法不仅引入熔接损耗，同时激光器谐振腔内包含了一段无源光纤，增加了实现激光器实现单纵模输出的难度，限制了DBR激光器谐振腔的增益。此外利用紫外光刻写的FBG在400℃即被擦除，无法用于高温环境。近年来，基于飞秒激光的FBG刻写技术由于其独特的优势引起了广泛关注，这些点包括适用于在各种光纤中制备光纤光栅，且制备的光纤光栅最高适用温度可达1000℃以上。小角度倾斜光纤布拉格光栅存在包层共振模式和纤芯共振模式。其中纤芯共振模式即布拉格反射模式随着倾斜角度的增加逐渐减小直至消失。利用紫外光刻写倾斜FBG时，通常使光纤相对于掩模板倾斜一定的角度，这种方法刻写出的倾斜FBG的布拉格波长随着倾斜角度变化而改变，不便于应用于激光器。因此目前没有采用倾斜FBG作为输出腔镜的光纤激光器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器及其制作方法，分别以高反射率普通FBG和倾斜FBG作为激光器的高反射率腔镜和输出腔镜，以克服现有DBR制备技术中存在的两光栅存在的折射率和耐温性有差异的问题。本专利技术仅需要在刻写FBG时改变激光的扫描方向即可制备出不同反射率的腔镜，适用于在各种有源光纤中直接制备超短腔DBR光纤激光器，所制备的DBR光纤激光器最高工作温度达550°，该方法具有两光栅耐温性和中心波长一致性好、制备简单、光栅免熔接、耐高温的优点。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，包括激光器泵浦源、有源光纤、刻写在有源光纤上的高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅、波分复用器以及光隔离器；激光器泵浦源的尾纤与有源光纤熔接，高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，光纤激光器谐振腔输出端依次连接波分复用器和光隔离器，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器；或激光器泵浦源的尾纤与波分复用器的泵浦端连接，波分复用器的公共端连接有源光纤的尾纤，高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，波分复用器的激光端连接光隔离器，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器。进一步地，所述高反射率普通光纤布拉格光栅利用飞秒激光直接在有源光纤上垂直于光纤轴扫描刻写而成，倾斜光纤布拉格光栅利用飞秒激光在其它加工条件不变的情况下相对于光纤轴倾斜扫描刻写而成。进一步地，光纤激光器谐振腔输出腔镜的反射率通过设定刻写的倾斜光纤布拉格光栅倾斜角控制。一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器的制作方法，包括以下步骤：1)将激光泵浦源输出尾纤与有源光纤熔接；2)将有源光纤上待制备光纤激光器谐振腔位置处的涂覆层剥除，形成剥除涂覆层有源光纤；3)利用飞秒激光相位掩模板法通过定点辐照或者垂直光纤轴扫描，在剥除涂覆层有源光纤的纤芯上直接刻写高反射率普通光纤布拉格光栅，形成分布反射式光纤激光器的高反射率腔镜；4)将有源光纤平移与谐振腔腔长相应的长度，利用飞秒激光相位掩模法在有源光纤上通过激光倾斜扫描光纤，制备倾斜光纤布拉格光栅，作为光纤激光器的输出腔镜，倾斜角度根据所需要的布拉格光栅反射率确定；5)将有源光纤上刻有倾斜光纤布拉格光栅的一侧尾纤连接波分复用器的公共端，以分离泵浦激光和产生的激光；6)在波分复用器中输出激光的端口连接光隔离器，构成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器；或者：1)将激光器泵浦源的尾纤与波分复用器的泵浦端连接，波分复用器的公共端与有源光纤的尾纤连接；2)将有源光纤上待制备光纤激光器谐振腔位置处的涂覆层剥除，形成剥除涂覆层有源光纤；3)利用飞秒激光相位掩模板法通过定点辐照或者垂直光纤轴扫描，在剥除涂覆层有源光纤的纤芯上直接刻写高反射率普通光纤布拉格光栅，形成分布反射式光纤激光器的高反射率腔镜；4)将有源光纤平移与谐振腔腔长相应的长度，利用飞秒激光相位掩模法在有源光纤上通过激光倾斜扫描光纤，制备倾斜光纤布拉格光栅，作为光纤激光器的输出腔镜，倾斜角度根据所需要的布拉格光栅反射率确定；5)将波分复用器的激光端连接光隔离器，构成耐高温超短分布反射式单频光纤激光器。进一步地，步骤3)和步骤4)中采用飞秒激光相位掩模法制备光纤光栅具体为：飞秒激光经柱透镜聚焦后入射到相位掩模板，经相位掩模板后激光发生干涉，光纤装在三维压电纳米位移台以及三维宏动电控位移台上，通过三维宏动电控移动将光纤移动到相位掩模板后±1级光干涉区域，在激光辐照时，光纤固定不动或者沿垂直于激光传输方向通过控制三维压电纳米位移台扫描，在光纤纤芯上刻写出光纤布拉格光栅；步骤3)和步骤4)中刻写高反射率普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅时采用相同的加工装置，扫描时仅改变三维压电纳米位移台的移动方向，其它加工条件不变。进一步地，所述的有源光纤为掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤、掺铥光纤或掺钬光纤。进一步地，步骤3)中刻写的高反射率普通光纤布拉格光栅反射率在98％以上。进一步地，步骤4)中刻写的倾斜光纤布拉格光栅倾斜角度θ范围为：0°<θ<8°。进一步地，步骤3)和4)中所用飞秒激光波长为800nm，重复频率1kHz，激光功率在600mW，扫描周期为9s，曝光时间为40s～60s，高反射率光纤布拉格光栅与倾斜光纤布拉格光栅之间间距为0.8cm～1.5cm。进一步地，所制备出的耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器最高工作温度达550℃。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：传统的分布式反射光纤激光器采用高反射率和低反射率的普通光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔腔镜，低反射率普通光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的输出腔镜。本专利技术利用倾斜光纤布拉格光栅代替低反射率普通光纤布拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，其特征在于，包括激光器泵浦源(1)、有源光纤(3)、刻写在有源光纤(3)上的高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)、波分复用器(6)以及光隔离器(7)；/n激光器泵浦源(1)的尾纤(2)与有源光纤(3)熔接，高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，光纤激光器谐振腔输出端依次连接波分复用器(6)和光隔离器(7)，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器；/n或激光器泵浦源(1)的尾纤(2)与波分复用器(6)的泵浦端连接，波分复用器(6)的公共端连接有源光纤(3)的尾纤，高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，波分复用器(6)的激光端连接光隔离器(7)，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，其特征在于，包括激光器泵浦源(1)、有源光纤(3)、刻写在有源光纤(3)上的高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)、波分复用器(6)以及光隔离器(7)；
激光器泵浦源(1)的尾纤(2)与有源光纤(3)熔接，高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，光纤激光器谐振腔输出端依次连接波分复用器(6)和光隔离器(7)，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器；
或激光器泵浦源(1)的尾纤(2)与波分复用器(6)的泵浦端连接，波分复用器(6)的公共端连接有源光纤(3)的尾纤，高反射率普通光纤布拉格光栅(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)分别作为光纤激光器谐振腔的高反射率腔镜和低反射率腔镜，波分复用器(6)的激光端连接光隔离器(7)，形成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器。


2.根据权利要求1所述的一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，其特征在于，所述高反射率普通光纤布拉格光栅(4)利用飞秒激光直接在有源光纤(3)上垂直于光纤轴扫描刻写而成，倾斜光纤布拉格光栅(5)利用飞秒激光在其它加工条件不变的情况下相对于光纤轴倾斜扫描刻写而成。


3.根据权利要求1所述的一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，其特征在于，光纤激光器谐振腔输出腔镜的反射率通过设定刻写的倾斜光纤布拉格光栅(5)倾斜角控制。


4.一种权利要求1所述的耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将激光泵浦源(1)输出尾纤(2)与有源光纤(3)熔接；
2)将有源光纤(3)上待制备光纤激光器谐振腔位置处的涂覆层剥除，形成剥除涂覆层有源光纤(18)；
3)利用飞秒激光相位掩模板法通过定点辐照或者垂直光纤轴扫描，在剥除涂覆层有源光纤(18)的纤芯上直接刻写高反射率普通光纤布拉格光栅(4)，形成分布反射式光纤激光器的高反射率腔镜；
4)将有源光纤平移与谐振腔腔长相应的长度，利用飞秒激光相位掩模法在有源光纤上通过激光倾斜扫描光纤，制备倾斜光纤布拉格光栅(5)，作为光纤激光器的输出腔镜，倾斜角度根据所需要的布拉格光栅反射率确定；
5)将有源光纤上刻有倾斜光纤布拉格光栅(5)的一侧尾纤连接波分复用器(6)的公共端，以分离泵浦激光和产生的激光；
6)在波分复用器(6)中输出激光的端口连接光隔离器(7)，构成耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器；
或者：
1)将激光器泵浦源(1)的尾纤(2)与波分复用器(6)的泵浦端连接，波分复用器(6)的公共端与有源光纤(3)的尾纤连接；
2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，司金海，范春松，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61