一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法及装置

技术领域

本发明属于光纤激光领域，更具体地，涉及一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法及装置。

背景技术

线型腔光纤激光器具有体积小、窄线宽的特点，广泛应用在分布式光纤传感和相干光通信等领域。线型腔光纤激光器分为分布布拉格反射式(DBR)光纤激光器和分布反馈式(DFB)光纤激光器。如图1所示，线型腔光纤激光器利用第一光纤光栅1和第二光纤光栅2作为反射腔镜，有源光纤3作为增益介质，形成谐振腔，特别地，当光栅间隔L等于光栅周期一半时，构成DFB光纤激光器。利用光纤光栅只反射特定波长光的特性，在泵浦源4的激励下，可以从前向或后向输出窄线宽激光。

线型腔光纤激光器制作的关键是谐振腔的制作，为了保证稳定的窄线宽激光输出，谐振腔两端光纤光栅的中心反射波长需要高度一致，且光纤光栅往往需要“切趾”，现有方法采用特定函数图样的振幅模板，通过相位掩模板对光纤不同位置先后进行二次紫外曝光，实现两个光纤光栅的刻写，这种方法不仅步骤复杂，刻写效率低，而且多次曝光容易导致光栅中心反射波长漂移，使两个光纤光栅的中心反射波长不一致，影响激光器的输出稳定性。另外，现有方法制作的光纤光栅的周期取决于相位掩模板的周期，光纤光栅中心反射波长只能通过定制不同周期的相位掩模板来改变，波长调谐灵活性差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种新的用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法及装置，旨在解决现有方法存在的谐振腔中两个光纤光栅中心反射波长不一致，光栅周期调谐性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法，包括以下步骤：

利用激光透过相位掩模板沿光纤轴向扫描，进行连续曝光，先后刻写第一光纤光栅和第二光纤光栅；曝光过程中通过控制相位掩模板和扫描激光的相对位移，改变光纤光栅的周期、折射率调制深度，通过控制激光扫描速度或者曝光能量，改变光纤光栅的反射率，通过改变激光在两个光栅中心之间的扫描距离来调谐谐振腔腔长，从而通过一次连续曝光一次性刻写出任意光栅周期、任意间隔的谐振腔。

进一步地，激光扫描至两个光纤光栅之间时，相位掩模板按预设频率来回位移，位移幅度为掩模板周期的一半。

进一步地，激光经过相位掩模板发生衍射，±1级衍射光会产生干涉，在相位掩模板附近形成干涉条纹区域，将光纤放置在干涉区域内，由于光纤的光敏性，经过干涉条纹曝光，纤芯会得到周期性折射率调制，形成光纤光栅，光纤光栅的中心反射波长λ

λ

式中n

进一步地，所述激光为紫外激光或者飞秒激光。

本发明还提供了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作装置，包括：激光器、反射镜、位移台、柱透镜、光纤夹具、相位掩模板、压电陶瓷模块，激光器发出的激光入射至位移台上的反射镜，经反射后被柱透镜聚焦到相位掩膜版上，发生衍射，±1级衍射光会产生干涉，在相位掩模板附近形成干涉条纹区域，通过光纤夹具夹持固定的光纤放置在干涉区域内，相位掩模板贴近光纤，激光沿相位掩模板连续扫描光纤，由于光纤的光敏性，经过干涉条纹曝光，纤芯会得到周期性折射率调制，形成光纤光栅；相位掩模板固定在压电陶瓷模块上，压电陶瓷模块可控制相位掩模板沿光纤轴向来回位移。

进一步地，压电陶瓷模块控制相位掩模板沿光纤轴向位移的精度为nm级。

进一步地，激光扫描过程中，通过控制相位掩模板相对扫描激光的位移速度和方向，可以改变光纤光栅的周期，达到调谐光纤光栅中心反射波长的目的。

进一步地，激光扫描过程中，控制相位掩模板按一定频率来回位移，通过改变位移幅度可以调谐光栅不同位置的折射率调制深度，实现光纤光栅的切趾。

进一步地，当激光扫描至两个光纤光栅之间时，控制相位掩模板来回位移幅度为掩模板周期的一半，此时干涉条纹对比度为0，实际上相当于激光对光纤进行白曝光，纤芯折射率并没有受到交流调制形成光栅，因此不会对纤芯内传输的激光产生影响。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

有益效果：

1、本发明提出了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法及装置，利用激光扫描相位掩模板对光纤进行连续曝光，曝光过程中通过控制相位掩模板和扫描激光的相对位移速度和方向，可以灵活改变光纤光栅的周期、折射率调制深度，且通过一次连续曝光就可以一次性刻写出任意光栅周期、任意间隔的谐振腔，满足线型腔光纤激光器的不同应用需求。

2、在激光扫描刻写光纤光栅的过程中，通过控制相位掩模板和激光的相对位移速度和方向，可以灵活改变光纤光栅的周期，达到调谐激光器输出激光波长的目的。

3、通过一次连续曝光就可以刻写出两个全同光纤光栅，形成谐振腔，两个光纤光栅中心反射波长高度一致，保证了光纤激光器的输出稳定性。

附图说明

图1为线型腔光纤激光器的结构示意图。

图2为本发明提出的激光扫描法制作光纤激光器谐振腔示意图。

图3为相位掩模板相对激光扫描方向位移示意图。

图4为激光扫描至两个光纤光栅中间时相位掩模板位移示意图。

图5为刻写切趾光纤光栅时相位掩模板位移幅度变化方式之一。

1、第一光纤光栅1；2、第二光纤光栅2；3、光纤；4、泵浦源；5、波分复用器；6、隔离器；7、激光器；8、反射镜；9、精密位移台；10、柱透镜；11、光纤夹具；12、相位掩模板；13、压电陶瓷模块；14、宽带光源；15、光谱仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法，包括以下步骤：

利用激光透过相位掩模板沿光纤轴向扫描，进行连续曝光，先后刻写第一光纤光栅和第二光纤光栅；曝光过程中通过控制相位掩模板和扫描激光的相对位移，改变光纤光栅的周期、折射率调制深度，通过控制激光扫描速度或者曝光能量，改变光纤光栅的反射率，通过改变激光在两个光栅中心之间的扫描距离来调谐谐振腔腔长，从而通过一次连续曝光一次性刻写出任意光栅周期、任意间隔的谐振腔。

进一步地，激光扫描至两个光纤光栅之间时，相位掩模板按预设频率来回位移，位移幅度为掩模板周期的一半。

进一步地，激光经过相位掩模板发生衍射，±1级衍射光会产生干涉，在相位掩模板附近形成干涉条纹区域，将光纤放置在干涉区域内，由于光纤的光敏性，经过干涉条纹曝光，纤芯会得到周期性折射率调制，形成光纤光栅，光纤光栅的中心反射波长λ

λ

式中n

进一步地，所述激光为紫外激光或者飞秒激光。

本发明还提供了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作装置，包括：激光器、反射镜、位移台、柱透镜、光纤夹具、相位掩模板、压电陶瓷模块，激光器发出的激光入射至位移台上的反射镜，经反射后被柱透镜聚焦到相位掩膜版上，发生衍射，±1级衍射光会产生干涉，在相位掩模板附近形成干涉条纹区域，通过光纤夹具夹持固定的光纤放置在干涉区域内，相位掩模板贴近光纤，激光沿相位掩模板连续扫描光纤，由于光纤的光敏性，经过干涉条纹曝光，纤芯会得到周期性折射率调制，形成光纤光栅；相位掩模板固定在压电陶瓷模块上，压电陶瓷模块可控制相位掩模板沿光纤轴向来回位移。

本发明实施例提供了一种用于线型腔光纤激光器的谐振腔的制作方法，如图2，光纤3通过光纤夹具11夹持固定，相位掩模板12贴近光纤3，激光器7发出的激光经过反射镜8和柱透镜10聚焦到相位掩模板12上，发生衍射，±1级衍射光会产生干涉，在相位掩模板12附近形成干涉条纹区域，光纤3放置在干涉区域内，由于光纤的光敏性，经过干涉条纹曝光，纤芯会得到周期性折射率调制，形成光纤光栅。光纤光栅的中心反射波长λ

λ

式中n

如图3所示，激光沿相位掩模板正向扫描光纤3，扫描速度为Λ，当掩模板静止不动时，光纤光栅周期为Λ，当控制掩模板相对扫描激光位移速度为﹢ΔΛ/﹣ΔΛ时，光纤光栅周期为Λ+ΔΛ/Λ-ΔΛ，根据公式(1)，可以实现光纤光栅中心反射波长的调谐。

如图4所示，当激光扫描至两个光纤光栅之间时，控制相位掩模板按一定频率来回位移，位移幅度为掩模板周期的一半，此时干涉条纹对比度为0，实际上相当于激光对光纤进行白曝光，纤芯折射率并没有受到交流调制形成光栅，因此不会对纤芯内传输的激光产生影响。

如图5所示为刻写切趾光纤光栅时，扫描过程中相位掩模板位移幅度变化方式之一。当激光在A点左侧和B点右侧扫描时，相位掩模板12来回位移幅度按高斯函数线型变化，使光纤光栅折射率调制深度得到高斯型调制，由此实现光纤光栅的“切趾”，有助于抑制光纤激光器的多纵模输出，降低激光器频率噪声。

在该实施例中，激光连续扫描曝光一次性刻写两个光纤光栅，中途并未停止，因而两个光纤光栅的周期一致性极高，光纤光栅中心反射波长基本重合，保证了光纤激光器的稳定输出。另外，光纤光栅的反射率可以通过改变激光扫描速度或者曝光能量进行控制，谐振腔长也可以灵活改变，因而可以根据线型腔光纤激光器的不同应用需求高效制作不同的谐振腔。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。