[发明专利]一种基于飞秒激光直写法制作长周期光纤光栅的系统

说明书

一种基于飞秒激光直写法制作长周期光纤光栅的系统，其特征在于：包括钛蓝宝石飞秒激光器、半波片、偏振片、衰减片和高反镜，所述钛蓝宝石飞秒激光器出射的红外激光首先经过半波片、偏振片、衰减片和高反镜，然后通过显微物镜将光斑聚焦在由光纤夹具固定的HI‑1060的光纤上，光纤夹具固定在高精度三维运动平台上。

技术领域

本发明涉及长周期光纤光栅领域，特别涉及一种飞秒直写长周期光纤光栅。

背景技术

长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)是一种只有透射光谱的光纤传感器，具有不受电磁干扰、质量轻和精度高等优点，因此广泛应用于温度测试、折射率测量、应变测试、光纤激光器等领域。传统的长周期光纤光栅制作方法有紫外曝光掩模板法、高频CO2激光逐点写入法和腐蚀刻槽等方法，但是在光纤载氢处理、高温稳定性、机械强度和灵敏度等方面都具有不同程度的缺陷。飞秒激光作为一种新兴的加工手段，具有超短脉冲、超强峰值功率和高聚焦能力等优点，能够实现超精细三维微加工，其制作的光纤光栅不需要经过载氢处理，并且具有高灵敏度和耐高温等优势。

目前利用飞秒激光刻写长周期光纤光栅一直是国内外研究的热点。2011年LiB等人采用紫外飞秒激光逐点刻写方法实现了谐振波长为1476nm，栅区长度为25mm的LPFG制备，并将LPFG用于液体折射率传感测试，观察到随着折射率的增加，LPFG的透射波长发生蓝移。2012年苗飞等人利用飞秒激光制作出栅区长度为40mm的LPFG并对该LPFG的高温传感特性进行了研究。2014年李海涛等人采用矩形扫描的方式制作了光栅长度为16.5mm的LPFG；2015年Ahmed F等人利用飞秒激光首次在无掺杂的纯硅光纤中制作了光栅长度为26.97mm的LPFG，并对LPFG的高温和折射率特性进行分析，发现随着折射率的增加谐振波长发生蓝移。2016年LiuS等人利用飞秒激光通过加工微孔的方式在光子晶体光纤中制作LPFG，并对该LPFG的应力特性进行了分析。综上所述，利用飞秒激光刻写LPFG的栅区较长，并且液体折射率灵敏度较低。因此，利用飞秒激光制备短栅区、高折射率灵敏度的LPFG具有重要意义。

发明内容

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

本发明提供了一种基于飞秒激光直写法制作长周期光纤光栅的系统，其特征在于：包括钛蓝宝石飞秒激光器、半波片、偏振片、衰减片和高反镜，所述钛蓝宝石飞秒激光器出射的红外激光首先经过半波片、偏振片、衰减片和高反镜，然后通过显微物镜将光斑聚焦在由光纤夹具固定的HI-1060的光纤上，光纤夹具固定在高精度三维运动平台上。

优选地，所述钛蓝宝石飞秒激光器的中心波长为800nm、脉冲宽度为120fs、重复频率为1kHz。

优选地，所述平台的精度可达到10nm。

优选地，调节所述衰减片将光斑能量衰减到所述光纤的阈值功率附近。

优选地，所述显微物镜为放大倍数为100倍、数值孔径为0.70，用于保证激光光斑能够聚焦到纤芯中。

优选地，所述光纤夹具上方和下方分别安装一个LED照明设备，保证可以通过聚焦物镜上方的CCD观测到飞秒激光光斑在光纤中的聚焦位置和光纤的加工形貌。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示出了根据本发明的光纤带隙能与激光光子能量的关系；

图2示出了飞秒激光制作LPFG系统结构；

图3示出了LPFG刻写轨迹示意图；

图4示出了光学显微镜下的LPFG栅区结构图；