CN110829160B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

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

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明仅需要在刻写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，本发明采用如下技术方案：

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，本发明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。本发明利用倾斜光纤布拉格光栅代替低反射率普通光纤 布拉格光栅作为输出镜，由此带来的区别是：(1)传统的分布反射式光纤激 光器通过控制改变曝光时间，激光功率等调控光纤布拉格光栅的折射率调制 度和长度等大小，改变光纤布拉格光栅反射率；(2)倾斜光纤布拉格光栅通 过改变倾斜角调控其反射率，由此带来的便利是，倾斜光纤布拉格光栅可以和高反射率普通光纤布拉格光栅采用相同的曝光时间、激光功率等参数进行 加工，从而保证高反射率和低反射率腔镜具有几乎相同的耐温性，也降低了 激光器制作过程的复杂性。

本发明将倾斜光纤布拉格光栅代替低反射率普通光纤布拉格光栅作为光 纤激光器输出腔镜，同时采用了飞秒激光倾斜扫描方法刻写倾斜FBG，有别 于传统的加工方法中通过旋转掩模板和光纤的加工方法。旋转掩模板和光纤 的方法布拉格波长随倾斜角变化而改变，因此激光器制备时必须选择和高反 射率光纤布拉格光栅不同周期的掩模板，增加了制作的复杂性；而倾斜扫描 法加工出的倾斜光纤布拉格光栅布拉格波长保持不变。本发明使得光纤激光 器谐振腔的制作可以利用相同的加工装置，在相位掩模板、激光功率、曝光 时间和扫描速率等条件都不改变下，只需要改变刻写光栅时扫描方向即可完 成，加工方法简单，且保证了两个光栅耐温性和布拉格波长的一致性，利用 飞秒激光在有源光纤直接刻写光栅，避免了熔接损耗，可以在保证增益下最 大限度的减小DBR激光器腔长，此外所制备的光纤激光器具有耐高温的特 点，最高工作温度达550℃。

进一步地，本发明中高反射率普通光纤布拉格光栅是指布拉格光栅波矢 方向与光纤轴向方向一致，倾斜光纤布拉格光栅是指布拉格光栅波矢方向与 光纤轴向有夹角，高反射率普通布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅均可以飞 秒激光掩模法进行加工，采用相同的加工装置，扫描时仅改变三维压电纳米 位移台的移动方向即可，其它加工条件不变。

进一步地，为了保证光纤激光器单频输出，高反射率光纤布拉格光栅与 倾斜光纤布拉格光栅之间的中心间距一般在0.8cm～1.5cm之间。

附图说明

图1是本发明的分布反射式光纤激光器结构示意图；

图2是本发明的加工装置和加工方法示意图，其中(a)为泵浦光自高反 射率腔镜入射光纤激光器的光纤布拉格光栅刻写装置示意图，(b)为泵浦光 自输出腔镜入射光纤激光器的光纤布拉格光栅刻写装置示意图，(c)为刻写 普通光纤布拉格光栅扫描方向法示意图，(d)为刻写倾斜光纤布拉格光栅方 法示意图；

图3是本发明制作光纤激光器的步骤示意图，其中(a)为波分复用器与 有源光纤熔接，(b)为将有源光纤涂覆层剥除长度为2cm，(c)为在有源光 纤上刻写高反射率光纤布拉格光栅，(d)为在有源光纤上刻写倾斜光纤布拉 格光栅作为输出腔镜，(e)为将激光器谐振腔与波分复用器连接，(f)为波 分复用器输出端连接隔离器形成光纤激光器；

图4是实施例1制作的泵浦光从高反射率光纤布拉格光栅端入射超短腔 掺铒光纤分布反射式光纤激光器特性示意图，其中(a)高反射率光纤布拉格 光栅和倾斜光纤布拉格光栅的透射光谱，(b)为不同温度下光纤激光器的输 出激光光谱，(c)为不同温度下激光器输出功率随时间的变化曲线；

图5是实施例2制作的泵浦光从倾斜光纤布拉格光栅端入射超短腔掺镱 光纤分布反射式光纤激光器结构示意图，其中(a)为激光器泵浦源连接波分 复用器再连接掺镱有源光纤结构，(b)为有源光纤剥除2cm涂覆层，(c)在 有源光纤上刻写高反射率光纤布拉格光栅，(d)为在有源光纤上刻写倾斜光 纤布拉格光栅，(e)为在波分复用器信号端接光隔离器，(f)为激光器输出 激光光谱。

其中，1为激光器泵浦源；2为尾纤；3为有源光纤；4为高反射率普通 光纤布拉格光栅；5为倾斜光纤布拉格光栅；6为波分复用器；7为光隔离器； 8为飞秒激光；9为相位掩模板；10为柱透镜，11为可变衰减器，12为光纤 夹具，13为三维压电纳米位移台；14为光学快门，15为光栅结构，16为光 纤纤芯，17为三维宏动电控位移台，18为剥除涂覆层有源光纤，22为飞秒 激光干涉条纹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种耐高温超短腔分布反射式单频光纤激光器，采用在有源光纤3上直 接制备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作为激光 器谐振腔的腔镜，其中倾斜光纤布拉格光栅5作为低反射率输出腔镜，通过 选择倾斜光纤布拉格光栅5的倾斜角实现输出腔镜的反射率控制。

具体制作方法如下：将激光器泵浦源1输出尾纤2与有源光纤3熔接， 将有源光纤3上需要制备高反射率和低反射率光栅相应位置处的涂覆层剥除 (有源光纤的涂覆层也可以不去除，利用飞秒激光隔涂覆层直接在有源光纤 纤芯内刻写光纤布拉格光栅)，在剥去涂覆层的区域一侧利用飞秒激光直接刻 写高反射率普通FBG，形成DBR激光器谐振腔的高反射率腔镜；再使用同 样的加工条件，仅改变激光对光纤的扫描方向在剥去涂覆层的区域另一端利 用飞秒激光相位掩模法倾斜扫描光纤，直接刻写出倾斜FBG，形成DBR激 光器谐振腔的低反射率输出腔镜。两光栅刻写时辐照飞秒激光功率、曝光时 间、扫描速率保持一致。倾斜FBG有源光纤尾纤与波分复用器6公共端连接， 波分复用器6的激光端口与光隔离器7连接，形成光纤激光器。

具体包括以下步骤：

1)将激光器泵浦源1输出尾纤2与有源光纤3熔接；

2)利用剥线钳将有源光纤3需要刻写腔镜相应位置处涂覆层剥除2cm， 形成剥除涂覆层有源光纤18，然后将剥除涂覆层有源光纤18利用光纤夹具 12固定在三维压电纳米位移台13上。

3)飞秒激光8经过光学快门14、可变衰减器11入射到柱透镜10上， 经柱透镜10聚焦后飞秒激光入射到相位掩模板9，由于相位掩模板9衍射产 生±1级衍射光，±1级衍射光在重叠区域干涉形成飞秒激光干涉条纹22。 利用三维宏动电控位移台17移动光纤，使待刻写高反射率光纤布拉格光栅位 置的光纤纤芯16对准飞秒激光焦点，调节可变衰减器11设定飞秒激光功率， 设定光学快门14快门曝光时间，三维压电纳米位移台13扫描速率，设定三 维纳米压电位移台13沿x轴扫描范围，使飞秒激光沿垂直于光纤轴和激光传 播方向在设定移动距离范围内扫描，在有源光纤内刻写出光栅结构15，形成 高反射率普通光纤布拉格光栅4。

4)利用三维宏动电控位移台17移动光纤，使待刻倾斜光纤布拉格光栅 位置对准飞秒激光焦点，飞秒激光功率、快门曝光时间、三维压电纳米位移 台13扫描速率不变，根据倾斜光纤布拉格光栅所需要的倾斜角度θ，0° <θ<8°，设定好三维压电纳米位移台13沿x轴和z轴扫描范围，θ＝arctg(z/x)， 使飞秒激光沿与光纤轴(90°-θ)角度倾斜扫描，在有源光纤内刻写出倾斜 角θ的倾斜光纤布拉格光栅5。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在0.8cm～1.5cm。

5)将倾斜光纤布拉格光栅5外侧余下的有源光纤尾纤与波分复用器6 公共端熔接。

6)将波分复用器6的激光端尾纤与光隔离器7尾纤熔接，形成光纤激光 器。

图1为本发明所展示的光纤激光器结构示意图，由激光器泵浦源1、有 源光纤3、刻写在有源光纤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、光隔离器7组成。

图2中(a)和(b)分别为本发明制作泵浦光自高反射率腔镜入射和泵 浦光自输出腔镜入射光纤激光器的刻写光栅装置示意图，飞秒激光8经柱透 镜10聚焦后入射到相位掩模板9，经过相位掩模板9后产生衍射，±1级衍 射光在重叠区域干涉形成周期性调制光电场分布，光纤放在±1级光的干涉 区柱透镜焦点上。光纤由光纤夹具12固定在三维压电纳米位移台13上，三 维压电纳米位移台13安装在三维宏动电控位移台17上。三维压电纳米位移 台13用于刻写光栅时移动光纤实现飞秒激光对光纤的扫描，三维宏动电控位 移台17用于控制光纤相对于经柱透镜聚焦飞秒激光焦点的相对位置。(c)和 (d)为利用上述装置扫描刻写普通光纤布拉格光栅和倾斜光纤布拉格光栅时 的扫描方向示意图。

下面对本发明实施例做详细描述：

实施例1

本实施例以制备超短腔掺铒光纤分布反射式光纤激光器为例，制作步骤 和激光器结构如图3所示，具体如下：

材料：掺铒光纤Liekki Er80-8/125，掩模板周期2142nm，976nm单模 半导体激光泵浦源；

(1)将激光泵浦源1的尾纤2与一段掺铒光纤熔接在一起，如图3中(a) 所示。

(2)用剥线钳将熔接点附近的有源光纤涂覆层剥除约2cm，将剥除涂覆 层的有源光纤利用光纤夹具12固定在三维压电纳米位移台13上，如图3中 (b)所示。

(3)飞秒激光8经过光学快门14、可变衰减器11入射到柱透镜10上， 经柱透镜10聚焦后飞秒激光入射到相位掩模板9，由于相位掩模板9衍射产 生±1级衍射光，±1级衍射光在重叠区域干涉形成飞秒激光干涉条纹22。 利用三维宏动电控位移台17将待刻写高反射率普通光纤布拉格光栅4的有源 光纤段对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚焦在光纤纤芯16； 调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光学快门14曝光时间 40s，x轴扫描范围14μm，利用三维压电纳米位移台13使飞秒激光焦点沿x 轴方向扫描光纤，扫描区域对称覆盖光纤纤芯16，制备出高反射率普通光纤 布拉格光栅4，加工步骤如图3中(c)所示。刻写出的高反射率普通光纤布 拉格光栅4反射率为40dB，3dB带宽1.52nm，光谱如图4中(a)所示。

(4)利用三维宏动电控位移台17将有源光纤沿z轴移动1.2cm，在待 刻写低反射输出腔镜处对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚 焦在光纤纤芯16；调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光 学快门14曝光时间40s，x轴扫描范围14μm，z轴扫描范围0.440μm，利用 三维压电纳米位移台13使飞秒激光焦点沿在xz平面内倾斜扫描光纤，扫描 区域对称覆盖光纤纤芯16，制备出倾斜角度1.8°的倾斜光纤布拉格光栅5， 加工步骤如图3中(d)所示。反射率27.6dB，3dB带宽1.1nm，光谱如图4 中(a)所示。

(5)将倾斜光纤布拉格光栅5末端尾纤与波分复用器6的公共端尾纤熔 接。加工步骤如图3中(e)所示。

(6)将波分复用器6的激光端口尾纤连接光隔离器7，形成激光器，加 工步骤如图3中(f)所示。

所制备的光纤激光器在255mW的激光泵浦功率下，在300-650℃所输出 的激光光谱如图4中(b)所示，在500℃，550℃，600℃，650℃长时间保 持反射率如图4中(c)所示。该激光器可在550℃以内稳定运行。

实施例2

本实施例以在掺镱有源光纤上制作短腔分布反射式光纤激光器为例，如 图5所示，具体如下：

材料：掺镱有源光纤SM-YSF-HI，掩模板周期1485nm，976nm单模 半导体激光器泵浦源，；

(1)将激光泵浦源1的尾纤2与波分复用器6的泵浦端熔接在一起，波 分复用器6公共端与一段长度4cm的掺镱有源光纤熔接，见图5中(a)

(2)用剥线钳将熔接点附近的有源光纤涂覆层剥除约2cm，将剥除涂覆 层的有源光纤利用光纤夹具12固定在三维压电纳米位移台13上，见图5中 (b)。

(3)飞秒激光8经过光学快门14、可变衰减器11入射到柱透镜10上， 经柱透镜10聚焦后飞秒激光入射到相位掩模板9，由于相位掩模板9衍射产 生±1级衍射光，±1级衍射光在重叠区域干涉形成飞秒激光干涉条纹22。 利用三维宏动电控位移台17将待刻写高反射率普通光纤布拉格光栅4的有源 光纤段对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚焦在光纤纤芯16； 调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光学快门14曝光时间 50s，x轴扫描范围14μm，利用三维压电纳米位移台使飞秒激光焦点沿x轴 方向扫描光纤，扫描区域对称覆盖光纤纤芯16，制备出高反射率普通光纤布 拉格光栅4，见图5(c)。

(4)利用三维宏动电控位移台17将有源光纤沿z轴移动0.8cm，在待 刻写低反射输出腔镜处对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚 焦在光纤纤芯16；调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光 学快门14曝光时间50s，x轴扫描范围14μm，z轴扫描范围0.7337μm，利用 三维压电纳米位移台13使飞秒激光焦点沿在xz平面内倾斜扫描光纤，扫描 区域对称覆盖光纤纤芯16，曝光时间50s，制备出倾斜角度3°倾斜光纤布拉格光栅5，见图5中(d)；

(5)波分复用器6的激光端熔接光隔离器7，形成超短腔分布反射式光 纤激光器，见图5中(e)；

所制备的短腔掺镱分布反射式光纤激光器结构如图5中(e)所示，激光 泵浦光功率300mW，激光器输出光谱如图5中(f)所示。

实施例3

本实施例以在铒/镱共掺有源光纤上制作短腔分布反射式光纤激光器为 例，具体如下：

材料：铒/镱共掺有源光纤EYDF-6/125-HE，掩模板周期2142nm，976 nm单模半导体激光器泵浦源，；

(1)将激光泵浦源1的尾纤2与波分复用器6的泵浦端熔接在一起，波 分复用器6公共端与一段长度4cm的铒/镱共掺有源光纤，见图5中(a)

(2)用剥线钳将熔接点附近的铒/镱共掺有源光纤涂覆层剥除约2cm， 将剥除涂覆层的有源光纤利用光纤夹具12固定在三维压电纳米位移台13上， 见图5中(b)。

(3)飞秒激光8经过光学快门14、可变衰减器11入射到柱透镜10上， 经柱透镜10聚焦后飞秒激光入射到相位掩模板9，由于相位掩模板9衍射产 生±1级衍射光，±1级衍射光在重叠区域干涉形成飞秒激光干涉条纹22。 利用三维宏动电控位移台17将待刻写高反射率普通光纤布拉格光栅4的有源 光纤段对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚焦在光纤纤芯16； 调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光学快门14曝光时间 60s，x轴扫描范围14μm，利用三维压电纳米位移台使飞秒激光焦点沿x轴 方向扫描光纤，扫描区域对称覆盖光纤纤芯16，制备出高反射率普通光纤布 拉格光栅4，见图5(c)。

(4)利用三维宏动电控位移台17将有源光纤沿z轴移动1.5cm，在待 刻写低反射输出腔镜处对准聚焦飞秒激光，且使飞秒激光焦点在y轴方向聚 焦在光纤纤芯16；调节可变衰减器11设定飞秒激光功率为600mW，设定光 学快门14曝光时间50s，x轴扫描范围14μm，z轴扫描范围2.810μm，利用 三维压电纳米位移台13使飞秒激光焦点沿在xz平面内倾斜扫描光纤，扫描 区域对称覆盖光纤纤芯16，曝光时间60s，制备出倾斜角度8°的倾斜光纤 布拉格光栅5，见图5中(d)；

(5)波分复用器6的激光端熔接光隔离器7，形成超短腔分布反射式光 纤激光器，见图5中(e)。

上述实施例中的有源光纤也可以采用掺铥光纤或掺钬光纤。

Claims (6)

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；

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；

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。

2.一种权利要求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)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，刻写的倾斜光纤布拉格光栅(5)倾斜角度θ范围为：0°<θ<8°；

其中，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(8)经柱透镜(10)聚焦后入射到相位掩模板(9)，经相位掩模板(9)后激光发生干涉，光纤装在三维压电纳米位移台(13)以及三维宏动电控位移台(19)上，通过三维宏动电控移动将光纤移动到相位掩模板(9)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(13)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(4)和倾斜光纤布拉格光栅(5)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(13)的移动方向，其它加工条件不变；

5)将波分复用器(6)的激光端连接光隔离器(7)，构成耐高温超短分布反射式单频光纤激光器。

3.根据权利要求2所述的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，其特征在于，所述的有源光纤(3)为掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤、掺铥光纤或掺钬光纤。

4.根据权利要求2所述的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，其特征在于，步骤3)中刻写的高反射率普通光纤布拉格光栅(4)反射率在98％以上。

5.根据权利要求2所述的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，其特征在于，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。

6.根据权利要求2所述的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，其特征在于，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℃。

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