基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，涉及光电技术领域，包括步骤：在三维精密位移平台上固定氟化铟基玻璃光纤，并对其进行校准；通过计算机系统控制飞秒激光器确定光纤光栅形成所需的参数的范围；在飞秒激光刻写系统控制软件上设置光纤光栅形成所需的参数，开始光纤光栅的横向逐线写入；光纤光栅全部写入完成后，观察并记录光纤光栅的显微图像；利用近红外宽带光源对特定波长进行光纤光栅透过光谱的测试，观察光纤光栅反射峰范围和反射峰深度。本发明专利技术利用飞秒激光聚焦进氟化铟基玻璃光纤中发生非线性效应，引起纤芯内部特定的折射率改变，从而获得特定波长的布拉格光栅。而获得特定波长的布拉格光栅。而获得特定波长的布拉格光栅。

【技术实现步骤摘要】
基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法


[0001]本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法。

技术介绍

[0002]光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种通过一定方法使光纤纤芯折射率沿轴向发生周期性调制分布的光无源滤波器件，其具有的波长选择性可以用于光纤激光器中。在多种光纤布拉格光栅的写入方法中，飞秒激光直接写入布拉格光栅的技术因其特有的优势而备受关注。飞秒激光的脉冲波长稳定，具有很高的峰值功率和超短脉宽，通过与透明介质发生作用时产生的非线性效应实现光栅折射率的周期性变化，且写入过程中，无需剥除光纤涂覆层。
[0003]目前已经在各种光纤，如石英光纤、光子晶体光纤、氟化物光纤中高效地写入了光纤光栅。其中，氟化物光纤光栅还主要局限在氟化锆基(ZBLAN)光纤中，制备的布拉格光栅及其在光纤激光器方向的应用均已经取得了很大的进展。2007年，Bernier等人首次在Tm
3+
掺杂的ZBLAN光纤中得到了10
‑3量级的折射率调制，同时证实了光栅的形成与飞秒激光诱导产生的负折射率改变有关。之后Aydin等人在99.5％的高反射率和8％的低反射率光栅的Er
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掺杂ZBLAN光纤中通过双向泵浦得到了波长为2.8μm功率为41.6W的激光输出。以上提到的FBG均为利用飞秒激光相位掩模板法在ZBLAN光纤中写入。但这种方法只能用于写入特定波长及其附近波长的光纤光栅，写入不灵活且造价昂贵；另一方面，由于掩模板与光纤相隔很近，其较低的损伤阈值会限制飞秒激光可使用的脉冲能量范围。2017年Bharathan等人利用线对线(Line
‑
to
‑
Line)写入方法在Ho
3+
/Pr
3+
共掺的双包层ZBLAN光纤中得到了反射率约为50％的光栅，并在2.88μm处获得了17％的激光输出效率。2018年Goya等人以逐面(Plane
‑
by
‑
Plane)方式在Er
3+
掺杂的ZBLAN光纤中得到了折射率调制为1.1
×
10
‑3，反射率达到97％的光栅，在2.8μm处获得了29.1％的激光输出效率。Bharathan等人通过多次重复的逐线(Line
‑
by
‑
Line)写入法将激光脉冲完全覆盖ZBLAN光纤纤芯得到了最大模式覆盖因子，从而得到了最大耦合系数为464m
‑1的光栅。此外，氟化铟基光纤光栅的刻写也有所突破，Bharathan等人首次在4μm处刻写了热处理后耦合系数达275m
‑1的高反射率光栅。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，可以在特定波长下获得高反射率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、在三维精密位移平台上固定氟化铟基玻璃光纤，并对其进行校准；
[0008]步骤2、通过计算机系统控制飞秒激光器确定光纤光栅形成所需的参数的范围；
[0009]步骤3、在飞秒激光刻写系统控制软件上设置光纤光栅形成所需的参数，开始光纤光栅的横向逐线写入；
[0010]步骤4、光纤光栅全部写入完成后，观察并记录光纤光栅的显微图像；
[0011]步骤5、利用近红外宽带光源对特定波长进行光纤光栅透过光谱的测试，观察光纤光栅反射峰范围和反射峰深度。
[0012]进一步地，所述步骤1中所述氟化铟基玻璃光纤为掺Ho
3+
氟化铟基玻璃光纤。
[0013]进一步地，所述步骤2中所述飞秒激光器的中心波长为800nm，脉冲重复频率1kHz，脉冲宽度为100fs。
[0014]进一步地，所述步骤2中所述光纤光栅形成所需的参数包括飞秒激光脉冲能量、刻写速度和刻写深度中的一个或多个。
[0015]进一步地，所述步骤2中所述光纤光栅形成所需的飞秒激光脉冲能量的范围为2μJ～4μJ，刻写速度的范围为60μm/s～120μm/s。
[0016]进一步地，所述步骤4中的所述光纤光栅的显微图像包括正视图像、侧视图像、横截面图像和端面图像中的一个或多个。
[0017]进一步地，所述步骤4中写入完成的光纤光栅长度为8mm～12mm。
[0018]进一步地，所述步骤5中所述近红外宽带光源的波长范围为900nm～2400nm，功率范围为3mW～200mW。
[0019]进一步地，所述步骤5中所述特定波长的范围为900nm～2400nm。
[0020]进一步地，所述步骤5中所观察到的光纤光栅的反射峰波长在1550nm附近，反射峰深度为8dB～15dB。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术提出一种飞秒激光聚焦进氟化铟基玻璃光纤中发生非线性效应，引起纤芯内部特定的折射率改变，从而获得特定波长的布拉格光栅。
[0023]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0024]图1a是本专利技术的一个较佳实施例的飞秒激光直写装置图；
[0025]图1b是本专利技术的一个较佳实施例的光纤光栅逐线加工方法示意图；
[0026]图2是本专利技术的一个较佳实施例的测试氟化铟基光纤光栅透过光谱装置图；
[0027]图3是本专利技术的一个较佳实施例的氟化铟基光纤光栅的横截面显微图像(a
‑
d)及端面显微图像(e
‑
g)；
[0028]图4是本专利技术的一个较佳实施例的参数为2.6μJ、60μm/s反射率高达～95％的三阶光纤布拉格光栅透过光谱。
[0029]其中，1
‑
飞秒激光器，2
‑
氟化铟基玻璃光纤，3
‑
精密三维位移平台，4
‑
近红外宽带光源，5
‑
单模光纤，6
‑
光纤光栅，7
‑
精密夹具，8
‑
光谱分析仪。
具体实施方式
[0030]以下参考说明书附图介绍本专利技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0031]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在三维精密位移平台上固定氟化铟基玻璃光纤，并对其进行校准；步骤2、通过计算机系统控制飞秒激光器确定光纤光栅形成所需的参数的范围；步骤3、在飞秒激光刻写系统控制软件上设置光纤光栅形成所需的参数，开始光纤光栅的横向逐线写入；步骤4、光纤光栅全部写入完成后，观察并记录光纤光栅的显微图像；步骤5、利用近红外宽带光源对特定波长进行光纤光栅透过光谱的测试，观察光纤光栅反射峰范围和反射峰深度。2.如权利要求1所述的基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述氟化铟基玻璃光纤为掺Ho
3+
氟化铟基玻璃光纤。3.如权利要求1所述的基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述飞秒激光器的中心波长为800nm，脉冲重复频率1kHz，脉冲宽度为100fs。4.如权利要求1所述的基于飞秒激光直写稀土掺杂氟化铟基光纤光栅的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述光纤光栅形成所需的参数包括飞秒激光脉冲能量、刻写速度和刻写深度中的一个或多个。5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，贾世杰，蒋勇，张志，王瑞聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：