飞秒激光直写光纤光栅国产设备产业化进程

  伴随着高功率半导体激光器和新型包层泵浦技术的发展,近红外波段的高功率光纤激光器成为了人们研究的热点课题。光纤激光器的高斜效率、宽的波长调节范围以及在高功率条件下近衍射极限的光束质量等优点,使其在军事、通信、医疗等方面具有广泛的应用。

  光纤激光器可以分为两类:一类是利用二向色镜及体光栅等作为波长选择元件的光纤激光器。这类系统具有较大的灵活性,但结构复杂、造价高。另一类是采用光纤布拉格光栅(FBG)作为选频元件的光纤激光器。FBG具有很好的选频作用,能够实现窄带激光输出,并且易于光纤集成、结构简单紧凑。

  近年来,利用飞秒光源,采用逐点刻写方法在各种光纤内制作布拉格光栅用于光纤激光器和光纤传感等领域的研究成为热点,此方法不需要光敏光纤,操作简单,光栅周期可以灵活选取,并且刻写的光栅具有很高的热稳定性。

  采用飞秒激光逐点刻写的方法制作光纤布拉格光栅与其他方法相比,具有自身独特的优点,主要有:

  1、灵活性较高。由于这种方法制作光栅是通过相对于飞秒脉冲频率调节精密移动平台的传动速度,来实现所需的光栅周期的。当脉冲频率不变时,平台移动速度的快慢直接决定了所刻写的光纤布拉格光栅的周期。同时,光栅长度也可以灵活控制。

  2、不需要光敏光纤。传统的紫外光刻写光纤光栅是由于光纤内掺杂锗(Ge)、硼(B)等元素而具有的光敏性引起的,对光纤的光敏性具有很强的依赖性,往往在实验前需要对光纤进行增敏(掺杂或高压氢载)。飞秒激光脉冲的能量密度非常高,它与光纤介质作用形成光栅的过程是一个非线性过程,不依赖于光纤的光敏性,可以在普通光纤内写光栅。光纤的增敏过程需要很长的时间(比如氢载一般要将光纤置于高压氢气中数月的时间),飞秒直写的方法大大提高了工作效率。

  3、整个光栅的刻写过程耗时短。当飞秒脉冲的重复频率设定为1kH.时,完成一支周期数N =10000的光纤布拉格光栅的制作只需十秒钟的时间。这么快的刻写速度可以减少由于刻写系统的不稳定带来的影响。

  目前飞秒激光直写光纤光栅设备暂时还是处于市场初期摸索阶段。设备也主要为国外进口价格较为昂贵,价格根据加工参数要求不同在百万级到千万级不等。

  设备的应用国内也高校研究为主,相关的科研单位包括吉林大学、深圳大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、北京信息科技大学大学、西安交通大学等等。

  但随着在技术逐渐成熟,也逐步在工业端口展露锋芒。津镭光电对此自主研发GLFs-FBG 系列设备,主要针对光纤光栅(FBG)及光纤其他微结构加工的设备。具有稳定,操作灵活和高效等特性,设备集成度高,体积小,更方便运输和使用。系统通过一体化软件控制完成加工,不需要使用相位掩模版,有更高的灵活性,可用于逐点(PBP)和逐行(LBL)加工,加工精度可达到亚微米量级。如

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