CN114204389A - 一种光纤光栅串结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤光栅串结构，属于光纤激光器技术领域，包括光纤纤芯，所述光纤纤芯的前段设置有输出耦合光纤光栅，所述光纤纤芯的中段设置有啁啾倾斜光纤光栅串，所述光纤纤芯的外侧包覆有包层光剥离器，所述包层光剥离器的外侧套接有水冷外壳；本发明还公开了一种光纤光栅串结构的制备方法；本发明采用全飞秒激光加工完成，只需要让光纤与激光束包层一个倾斜角度就可以完成啁啾倾斜光纤光栅刻写，无需掩膜板，无需旋转光纤，实际制作出的光栅长度不会受限于相位掩模板栅区的尺寸，制作过程简单，灵活性好。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种光纤光栅串结构及其制备方法。
背景技术
随着光纤激光相关技术的发展，非线性效应是制约大功率光纤激光系统输出功率提升的关键因素之一，光纤激光器中受激拉曼散射的抑制具有诸多方法，其中，啁啾倾斜光纤光栅具有独特的模式耦合特性，做为滤波器使用时有独特优势，可将其用作受激拉曼散射、受激布里渊滤波抑制。
传统制备啁啾倾斜光纤光栅方法主要是基于准分子紫外激光相位掩模板法，该种方法不仅只限于掺Ge光纤、需要载氢、光纤涂覆层剥离与重涂覆、退火处理外，而且需要对相位掩膜板与光纤进行旋转处理，实际制作出的光栅长度受限于相位掩模板栅区的尺寸，制作过程复杂，灵活性差。
此外，啁啾倾斜光纤光栅数目越多，非线性抑制更好，但是数目增多，会导致过多额外熔接损耗，在光纤激光器中，啁啾倾斜光纤光栅一般置于输出耦合光纤光栅与包层光剥离器之间，额外多增加若干个熔接点，对实现高功率激光器输出是非常不利的。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种光纤光栅串结构及其制备方法，具有尺寸不受限，制作过程简单，灵活性好，刻写数目不受限，提高非线性效应抑制能力的特点。
本发明的另一目的是提供一种光纤光栅串结构的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光纤光栅串结构，包括光纤纤芯，所述光纤纤芯的前段设置有输出耦合光纤光栅，所述光纤纤芯的中段设置有啁啾倾斜光纤光栅串，所述光纤纤芯的外侧包覆有包层光剥离器，所述包层光剥离器的外侧套接有水冷外壳。
本发明中进一步的，所述包层光剥离器包括光纤包层和聚合物包层，所述光纤包层包覆于光纤纤芯的外侧，所述光纤包层的外侧除去水冷外壳覆盖面积的位置包覆有聚合物包层。
本发明中进一步的，所述光纤包层上且位于水冷外壳覆盖面积的位置为毛化光纤包层。
一种光纤光栅串结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：利用重复频率几百kHz，脉冲宽度50～250fs的超短激光脉冲在光纤光栅串结构半成品的光纤纤芯上刻写输出耦合光纤光栅；
S2：利用飞秒激光脉冲在光纤光栅串结构半成品的光纤纤芯上刻写啁啾倾斜光纤光栅串；
S3：利用飞秒激光脉冲在光纤光栅串结构半成品的光纤包层上刻蚀，实现光纤包层的毛化处理，制备成光纤光栅串结构成品。
本发明中进一步的，所述步骤S1中，超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅的具体步骤为：
S11：将光纤光栅串结构半成品放置在高精度三维操作平台上；
S12：脉冲激光器发射出的脉冲激光无损的穿过电子快门，经高反光镜反射改变方向，经半波片调节脉冲激光的功率大小，经偏振分光棱镜偏振处理为两束脉冲光束，一束脉冲光束入射到小孔光阑，经小孔光阑调节脉冲光束的大小，经准直器准直为腰斑较大而发散角较小的激光光束聚焦到光纤光栅串结构半成品的光纤纤芯进行刻写；
S13：刻写过程中，通过相衬对比显微镜对刻写轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD进行记录，以便在实验过程中通过计算机随时调整激光刻写参数等实验条件；
S14：刻写完成，制备出带有输出耦合光纤光栅的光纤光栅串结构半成品。
本发明中进一步的，所述步骤S2中，飞秒激光脉冲刻写啁啾倾斜光纤光栅串的具体步骤与超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅的具体步骤相同，刻写完成，制备出带有输出耦合光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅串的光纤光栅串结构半成品。
本发明中进一步的，所述步骤S3中，飞秒激光脉冲刻蚀光纤包层的具体步骤与超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅的具体步骤间的区别在于：将相衬对比显微镜替换为二维扫描物镜，通过高精度三维操作平台调整光纤光栅串结构半成品的位置，使飞秒激光的焦点位置至光纤光栅串结构半成品的光纤包层的表面，同时通过计算机调节脉冲频率、脉宽、脉冲能量以及刻写过程中由二维扫描物镜对刻蚀轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD进行记录，以便在实验过程中通过计算机随时调整激光刻蚀参数等实验条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用全飞秒激光加工完成，只需要让光纤与激光束包层一个倾斜角度就可以完成啁啾倾斜光纤光栅刻写，无需掩膜板，无需旋转光纤，实际制作出的光栅长度不会受限于相位掩模板栅区的尺寸，制作过程简单，灵活性好。
2、本发明采用飞秒激光实现光纤光栅串连续刻写，不受刻写数目限制，而且可以避免传统激光器多个熔接点，提高非线性效应抑制能力，降低熔接点带来激光传输损耗与风险。
3、本发明采用飞秒激光器对光纤包层表面实现毛化，相较于传统采用化学腐蚀方式而言，制作过程简单。
4、本发明结构体积小，集成度高，材料选择范围广，减少光纤使用长度。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的横剖图；
图3为本发明光纤光栅串结构的制备流程图；
图4为本发明输出耦合光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅串的刻写流程图；
图5为本发明光纤包层毛化处理的刻蚀流程图；
图中：1、光纤包层；2、光纤纤芯；3、聚合物包层；4、水冷外壳；5、输出耦合光纤光栅；6、啁啾倾斜光纤光栅串；7、脉冲激光器；8、电子快门；9、高反光镜；10、半波片；11、偏振分光棱镜；12、小孔光阑；13、准直器；14、CCD；15、物镜；16、光纤光栅串结构半成品；17、高精度三维操作平台；18、聚焦物镜；19、相衬对比显微镜；20、计算机；21、二维扫描物镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供以下技术方案：一种光纤光栅串结构，包括光纤纤芯2，光纤纤芯2的前段设置有输出耦合光纤光栅5，光纤纤芯2的中段设置有啁啾倾斜光纤光栅串6，光纤纤芯2的外侧包覆有包层光剥离器，包层光剥离器的外侧套接有水冷外壳4。
具体的，包层光剥离器包括光纤包层1和聚合物包层3，光纤包层1包覆于光纤纤芯2的外侧，光纤包层1的外侧除去水冷外壳4覆盖面积的位置包覆有聚合物包层3。
具体的，光纤包层1上且位于水冷外壳4覆盖面积的位置为毛化光纤包层。
一种光纤光栅串结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：将光纤光栅串结构半成品16放置在高精度三维操作平台17上，脉冲激光器7发射出的重复频率几百kHz，脉冲宽度50～250fs的超短激光脉冲，超短激光脉冲无损的穿过电子快门8，经高反光镜9反射改变方向，经半波片10调节脉冲激光的功率大小，经偏振分光棱镜11偏振处理为两束脉冲光束，一束脉冲光束入射到小孔光阑12，经小孔光阑12调节脉冲光束的大小，经准直器13准直为腰斑较大而发散角较小的激光光束聚焦到光纤光栅串结构半成品16的光纤纤芯2进行刻写，刻写过程中，通过相衬对比显微镜19对刻写轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD14进行记录，以便在实验过程中通过计算机20随时调整激光刻写参数等实验条件，刻写完成，形成输出耦合光纤光栅5；
S2：将光纤光栅串结构半成品16放置在高精度三维操作平台17上，脉冲激光器7发射出的脉冲激光无损的穿过电子快门8，经高反光镜9反射改变方向，经半波片10调节脉冲激光的功率大小，经偏振分光棱镜11偏振处理为两束脉冲光束，一束脉冲光束入射到小孔光阑12，经小孔光阑12调节脉冲光束的大小，经准直器13准直为腰斑较大而发散角较小的激光光束聚焦到光纤光栅串结构半成品16的光纤纤芯2进行刻写，刻写过程中，通过相衬对比显微镜19对刻写轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD14进行记录，以便在实验过程中通过计算机20随时调整激光刻写参数等实验条件，刻写完成，
形成啁啾倾斜光纤光栅串6；
S3：将相衬对比显微镜19替换为二维扫描物镜21，通过高精度三维操作平台17调整光纤光栅串结构半成品16的位置，使飞秒激光的焦点位置至光纤光栅串结构半成品16的光纤包层1的表面，同时通过计算机20调节脉冲频率、脉宽、脉冲能量，脉冲激光器7发射出的脉冲激光无损的穿过电子快门8，经高反光镜9反射改变方向，经半波片10调节脉冲激光的功率大小，经偏振分光棱镜11偏振处理为两束脉冲光束，一束脉冲光束入射到小孔光阑12，经小孔光阑12调节脉冲光束的大小，经准直器13准直为腰斑较大而发散角较小的激光光束聚焦到光纤光栅串结构半成品16的光纤包层1表面进行刻蚀，刻蚀过程中由二维扫描物镜21对刻蚀轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD14进行记录，以便在实验过程中通过计算机20随时调整激光刻蚀参数等实验条件，刻蚀完成，实现光纤包层1的毛化处理，制备成光纤光栅串结构成品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种光纤光栅串结构，包括光纤纤芯(2)，其特征在于：所述光纤纤芯(2)的前段设置有输出耦合光纤光栅(5)，所述光纤纤芯(2)的中段设置有啁啾倾斜光纤光栅串(6)，所述光纤纤芯(2)的外侧包覆有包层光剥离器，所述包层光剥离器的外侧套接有水冷外壳(4)。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅串结构，其特征在于：所述包层光剥离器包括光纤包层(1)和聚合物包层(3)，所述光纤包层(1)包覆于光纤纤芯(2)的外侧，所述光纤包层(1)的外侧除去水冷外壳(4)覆盖面积的位置包覆有聚合物包层(3)。
3.根据权利要求2所述的一种光纤光栅串结构，其特征在于：所述光纤包层(1)上且位于水冷外壳(4)覆盖面积的位置为毛化光纤包层。
4.一种光纤光栅串结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用重复频率几百kHz，脉冲宽度50～250fs的超短激光脉冲在光纤光栅串结构半成品(16)的光纤纤芯(2)上刻写输出耦合光纤光栅(5)；
S2：利用飞秒激光脉冲在光纤光栅串结构半成品(16)的光纤纤芯(2)上刻写啁啾倾斜光纤光栅串(6)；
S3：利用飞秒激光脉冲在光纤光栅串结构半成品(16)的光纤包层(1)上刻蚀，实现光纤包层(1)的毛化处理，制备成光纤光栅串结构成品。
5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅串结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅(5)的具体步骤为：
S11：将光纤光栅串结构半成品(16)放置在高精度三维操作平台(17)上；
S12：脉冲激光器(7)发射出的脉冲激光无损的穿过电子快门(8)，经高反光镜(9)反射改变方向，经半波片(10)调节脉冲激光的功率大小，经偏振分光棱镜(11)偏振处理为两束脉冲光束，一束脉冲光束入射到小孔光阑(12)，经小孔光阑(12)调节脉冲光束的大小，经准直器(13)准直为腰斑较大而发散角较小的激光光束聚焦到光纤光栅串结构半成品(16)的光纤纤芯(2)进行刻写；
S13：刻写过程中，通过相衬对比显微镜(19)对刻写轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD(14)进行记录，以便在实验过程中通过计算机(20)随时调整激光刻写参数等实验条件；
S14：刻写完成，制备出带有输出耦合光纤光栅(5)的光纤光栅串结构半成品(16)。
6.根据权利要求4所述的一种光纤光栅串结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，飞秒激光脉冲刻写啁啾倾斜光纤光栅串(6)的具体步骤与超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅(5)的具体步骤相同，刻写完成，制备出带有输出耦合光纤光栅(5)和啁啾倾斜光纤光栅串(6)的光纤光栅串结构半成品(16)。
7.根据权利要求4所述的一种光纤光栅串结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，飞秒激光脉冲刻蚀光纤包层(1)的具体步骤与超短激光脉冲刻写输出耦合光纤光栅(5)的具体步骤间的区别在于：将相衬对比显微镜(19)替换为二维扫描物镜(21)，通过高精度三维操作平台(17)调整光纤光栅串结构半成品(16)的位置，使飞秒激光的焦点位置至光纤光栅串结构半成品(16)的光纤包层(1)的表面，同时通过计算机(20)调节脉冲频率、脉宽、脉冲能量以及刻写过程中由二维扫描物镜(21)对刻蚀轨迹折射率变化进行实时监测，同时通过CCD(14)进行记录，以便在实验过程中通过计算机(20)随时调整激光刻蚀参数等实验条件。
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