基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统及工作方法，克服传统紫外纳秒激光和近红外飞秒激光刻写的缺陷，解决刻写易擦除和对光纤损耗大的缺点，获得紫外波段飞秒激光光源，实现高精度、低阶次的光纤布拉格光栅刻写，优化刻写光路，提高相位掩模板的利用率而大大降低成本。飞秒激光光源输出的飞秒激光穿过半波片和格兰棱镜，通过旋转半波片调整飞秒激光输出功率，随后进入倍频单元，经反射镜反射到聚焦柱面镜和掩模板上，掩模板固定在电动位移台上实现光斑的扫描刻写；光纤环形器输入端连接放大自发辐射光源，光纤环形器反射端连接待刻光纤的一端，光纤环形器输出端连接反射端监测装置，待刻光纤的另一端连接透射端监测装置。待刻光纤的另一端连接透射端监测装置。待刻光纤的另一端连接透射端监测装置。
【技术实现步骤摘要】
基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统及工作方法
[0001]本专利技术涉及光纤光栅刻写的
，尤其涉及一种基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，以及这种基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统的工作方法。
技术介绍
[0002]超短脉冲光纤激光器具有体积紧凑、光束质量好、转换效率高等特点，在很多领域已经取代了传统的固体和气体激光器，应用非常广泛。而光纤光栅是搭建全光纤结构超短脉冲光纤激光器的关键器材，具有插入损耗低、易于调节、灵敏度高等特点，且不同结构的光纤光栅具有不同性能，可满足光纤激光系统振荡器构建、脉冲展宽和压缩以及选频滤波等应用需求。常用的光纤光栅刻写光源有两种：近红外飞秒激光和紫外纳秒激光光源。
[0003]紫外激光制备光纤光栅主要是利用具有光敏性的光纤在紫外波段有较强的吸收，进而吸收紫外波段的光子导致光致折变而刻写成栅。光敏性是紫外激光诱导纤芯产生光致折射率变化的根本原因。光纤的光敏性越强，光致折变量越大，理论上能获得刻写效果越好的光纤光栅。而普通石英光纤的光敏性所能得到的光致折变量较小，例如含锗量为3
‑
5 mol%的通信用单模光纤，它在紫外光诱导下形成光致折射率变化量仅为10
‑5，这对于制作高质量的光栅是一个限制，且用其光源制备的光栅在高温下易被擦除，不能满足在高温下的应用。
[0004]近红外飞秒激光光源刻写光纤光栅的方法是利用超快飞秒激光脉冲诱导光纤折射率变化，与紫外激光诱导光纤折射率变化的机制有所不同，它涉及多光子吸收/电离效应导致的材料收缩和/或缺陷形成，而这些过程取决于曝光强度。对于石英光纤，其高温稳定性可达1000℃，可满足极端环境如高温传感和高功率激光输出方面的应用需求。但由于飞秒激光器的单脉冲能量较高，在刻写光纤光栅时会对光纤造成一定的损伤，具有较大的插入损耗。
[0005]光纤光栅是一种具有一维周期性结构的全光纤器件，与多种光纤系统兼容，在光纤激光器中具有激光选频、反馈等功能。光纤光栅在光纤激光器的设计与性能优化方面扮演着十分重要的角色，利用光纤光栅可以实现全光纤结构的激光器，具有结构紧凑、体积小、稳定性好等优点，在军事领域发挥了举足轻重的作用，引起了各国研究人员的广泛关注。而大模场双包层光纤的刻写更是尤为重要，它是实现高功率2μm光纤激光全纤化输出的关键，是长时间稳定工作的保证，是目前产生高功率（百瓦甚至千瓦量级）输出的急需突破的关键问题。
技术实现思路
[0006]为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其克服了传统紫外纳秒激光和近红外飞秒激光刻写的缺陷，分别解决其刻写易擦除和对光纤损耗大的缺点，获得紫外波段飞秒激光光源，实现高精度、低阶次的光纤布拉格光栅刻写，同时优化刻写光路，在一定程度上实现同一块相位掩模板
下光纤光栅参数的灵活微调，并且得到高质量的光纤光栅，提高相位掩模板的利用率而大大降低成本。
[0007]本专利技术的技术方案是：这种基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其包括：光源装置（10）、刻写装置（20）和测试装置（30）；光源装置包括沿光路传播方向依次设置的飞秒激光器（11）、半波片（12）、格兰棱镜（13）、倍频单元（14）；刻写装置包括沿光路传播方向依次设置的反射镜（21）、第一柱面镜（22）、第二柱面镜（23）、掩模板（24）及待刻光纤（27）；飞秒激光光源输出的飞秒激光穿过半波片和格兰棱镜，通过旋转半波片调整飞秒激光输出功率，随后进入倍频单元，经反射镜反射到聚焦柱面镜和掩模板上，掩模板固定在电动位移台上实现光斑的扫描刻写；测试装置包括光纤环形器（33），光纤环形器（33）输入端连接放大自发辐射光源（31），光纤环形器（33）反射端连接待刻光纤（27）的一端，光纤环形器（33）输出端连接反射端监测装置（32），待刻光纤（26）的另一端连接透射端监测装置（34）。
[0008]本专利技术结合紫外光源刻写成栅和飞秒激光刻写成栅各自的优点，在近红外飞秒激光的基础上先将光源进行非线性频率变换，获得紫外波段飞秒激光光源；利用相位掩模板技术实现高精度、低阶次的光纤布拉格光栅刻写；同时优化刻写光路，在一定程度上实现同一块相位掩模板下光纤光栅参数的灵活微调，并且针对不同芯径的光纤使用不同焦距的柱面镜以获得不同宽度的线状光斑，从而刻写得到高质量的光纤光栅。同时为了解决相位掩模板价格昂贵，且一块相位掩模板只能刻写一种中心波长的光纤光栅的问题，引入调谐柱面镜，对光纤光栅的中心波长进行大范围调谐。因此本专利技术克服了传统紫外纳秒激光和近红外飞秒激光刻写的缺陷，分别解决其刻写易擦除和对光纤损耗大的缺点，获得紫外波段飞秒激光光源，实现高精度、低阶次的光纤布拉格光栅刻写，同时优化刻写光路，在一定程度上实现同一块相位掩模板下光纤光栅参数的灵活微调，并且得到高质量的光纤光栅，提高相位掩模板的利用率而大大降低成本。
[0009]还提供了这种基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统的工作方法，飞秒激光光源输出的飞秒激光穿过半波片和格兰棱镜，通过旋转半波片调整飞秒激光输出功率，随后进入倍频单元，经反射镜反射到聚焦柱面镜和掩模板上，掩模板固定在电动位移台上实现光斑的扫描刻写；将待刻光纤中间部分涂覆层剥除，一端由光纤夹持装置夹持，固定在第一三维调整架上，另一端固定在拉力传感器上，通过调整两个三维调整架使光纤剥除部分位于光斑相同高度上，而且使光纤始终与掩模板保持水平，同时给待刻光纤施加定量的拉力，由拉力传感器采集并读取；电动位移台平行于光纤拉伸方向的移动实现光斑对光纤的扫描刻写，垂直于拉伸方向的移动调整光纤位于第二柱面镜的焦点上。
附图说明
[0010]图1为本专利技术的系统的光路示意图。
[0011]图2为图1中的光源部分结构示意图。
[0012]图3为图1中的刻写部分结构示意图。
[0013]图4为图1中的测试部分结构示意图。
[0014]图5为图3中的掩模板夹具的结构正视图。
[0015]图6为图3中的掩模板夹具的结构侧视图。
[0016]图中：11、飞秒激光器；12、半波片；13、格兰棱镜；14、倍频单元；21、反射镜；22、第一柱面镜；23、第二柱面镜；24、掩模板；25、掩模板夹持装置；26、电动位移台；27、待刻光纤；28、光纤夹持装置；29、第一三维调整架；210、第二三维调整架；211、拉力传感器；31、放大自发辐射光源；32、反射端监测装置；33、光纤环形器；34、透射端监测装置；251、掩模板夹具；252、干板夹；253、手动位移台；254、手动旋转位移台；255、第一手动倾斜位移台；256、第二手动倾斜位移台。
具体实施方式
[0017]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其特征在于：其包括：光源装置（10）、刻写装置（20）和测试装置（30）；光源装置包括沿光路传播方向依次设置的飞秒激光器（11）、半波片（12）、格兰棱镜（13）、倍频单元（14）；刻写装置包括沿光路传播方向依次设置的反射镜（21）、第一柱面镜（22）、第二柱面镜（23）、掩模板（24）及待刻光纤（27）；飞秒激光光源输出的飞秒激光穿过半波片和格兰棱镜，通过旋转半波片调整飞秒激光输出功率，随后进入倍频单元，经反射镜反射到聚焦柱面镜和掩模板上，掩模板固定在电动位移台上实现光斑的扫描刻写；测试装置包括光纤环形器（33），光纤环形器（33）输入端连接放大自发辐射光源（31），光纤环形器（33）反射端连接待刻光纤（27）的一端，光纤环形器（33）输出端连接反射端监测装置（32），待刻光纤（26）的另一端连接透射端监测装置（34）。2.根据权利要求1所述的基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其特征在于：所述待刻光纤通过光纤夹持装置（28）进行夹持，所述光纤夹持装置分别通过第一三维调整架（29）和第二三维调整架（210）固定在电动位移台（26）上，光纤夹持装置的一端连接拉力传感器（211）。3.根据权利要求2所述的基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其特征在于：所述掩模板固定在掩模板夹持装置（25）上，掩模板夹持装置包括掩模板夹具（251）、干板夹（252）、手动位移台（253）、手动旋转位移台（254）、第一手动倾斜位移台（255）和第二手动倾斜位移台（256）；所述掩模板夹具固定于所述干板夹内，所述干板夹固定在所述手动位移台上，所述手动位移台固定于所述手动旋转位移台上，所述手动旋转位移台固定于所述第一手动倾斜位移台上，所述第一手动倾斜位移台固定于所述第二手动倾斜位移台上；所述的掩模板夹具为凹槽型，凹槽深度小于所述掩模板基底边缘到栅区的距离。4.根据权利要求3所述的基于掩模法刻写2微米大模场光纤光栅的系统，其特征在于：所述电动位移台沿着所述待刻光纤拉伸方向和垂直方向进行高精度的直线移动，拉伸方向的移动将光纤沿拉伸方向做周期运动，从而使飞秒激光沿着光纤轴向扫描，扫描长度为所刻光纤光栅的长度；垂直方向的移动用于将光纤精准调节至柱...
【专利技术属性】
技术研发人员：李平雪，许杨涛，孟祥昊，王思文，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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