飛秒雷射直寫光纖光柵國產設備產業化進程

上海津鐳 發佈 2022-09-17T15:35:15.202894+00:00

伴隨著高功率半導體雷射器和新型包層泵浦技術的發展,近紅外波段的高功率光纖雷射器成為了人們研究的熱點課題。光纖雷射器的高斜效率、寬的波長調節範圍以及在高功率條件下近衍射極限的光束質量等優點,使其在軍事、通信、醫療等方面具有廣泛的應用。

伴隨著高功率半導體雷射器和新型包層泵浦技術的發展,近紅外波段的高功率光纖雷射器成為了人們研究的熱點課題。光纖雷射器的高斜效率、寬的波長調節範圍以及在高功率條件下近衍射極限的光束質量等優點,使其在軍事、通信、醫療等方面具有廣泛的應用。

光纖雷射器可以分為兩類:一類是利用二向色鏡及體光柵等作為波長選擇元件的光纖雷射器。這類系統具有較大的靈活性,但結構複雜、造價高。另一類是採用光纖布拉格光柵(FBG)作為選頻元件的光纖雷射器。FBG具有很好的選頻作用,能夠實現窄帶雷射輸出,並且易於光纖集成、結構簡單緊湊。

近年來,利用飛秒光源,採用逐點刻寫方法在各種光纖內製作布拉格光柵用於光纖雷射器和光纖傳感等領域的研究成為熱點,此方法不需要光敏光纖,操作簡單,光柵周期可以靈活選取,並且刻寫的光柵具有很高的熱穩定性。

一.飛秒雷射直寫光纖光柵的優點

採用飛秒雷射逐點刻寫的方法製作光纖布拉格光柵與其他方法相比,具有自身獨特的優點,主要有:

1、靈活性較高。由於這種方法製作光柵是通過相對於飛秒脈衝頻率調節精密移動平台的傳動速度,來實現所需的光柵周期的。當脈衝頻率不變時,平台移動速度的快慢直接決定了所刻寫的光纖布拉格光柵的周期。同時,光柵長度也可以靈活控制。

2、不需要光敏光纖。傳統的紫外光刻寫光纖光柵是由於光纖內摻雜鍺(Ge)、硼(B)等元素而具有的光敏性引起的,對光纖的光敏性具有很強的依賴性,往往在實驗前需要對光纖進行增敏(摻雜或高壓氫載)。飛秒雷射脈衝的能量密度非常高,它與光纖介質作用形成光柵的過程是一個非線性過程,不依賴於光纖的光敏性,可以在普通光纖內寫光柵。光纖的增敏過程需要很長的時間(比如氫載一般要將光纖置於高壓氫氣中數月的時間),飛秒直寫的方法大大提高了工作效率。

3、整個光柵的刻寫過程耗時短。當飛秒脈衝的重複頻率設定為1kH.時,完成一支周期數N =10000的光纖布拉格光柵的製作只需十秒鐘的時間。這麼快的刻寫速度可以減少由於刻寫系統的不穩定帶來的影響。

4、不需要價格昂貴的相位掩模板。

二.國產設備產業進程

目前飛秒雷射直寫光纖光柵設備暫時還是處於市場初期摸索階段。設備也主要為國外進口價格較為昂貴,價格根據加工參數要求不同在百萬級到千萬級不等。

設備的應用國內也高校研究為主,相關的科研單位包括吉林大學、深圳大學、華中科技大學、哈爾濱工業大學、北京信息科技大學大學、西安交通大學等等。

但隨著在技術逐漸成熟,也逐步在工業埠展露鋒芒。津鐳光電對此自主研發GLFs-FBG 系列設備,主要針對光纖光柵(FBG)及光纖其他微結構加工的設備。具有穩定,操作靈活和高效等特性,設備集成度高,體積小,更方便運輸和使用。系統通過一體化軟體控制完成加工,不需要使用相位掩模版,有更高的靈活性,可用於逐點(PBP)和逐行(LBL)加工,加工精度可達到亞微米量級。

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