專利名稱：一種分布式布拉格反射光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖激光器的制作方法，特別涉及一種分布式布拉格反射(DBR)光纖 激光器的制作方法，利用飛秒激光在有源光纖中在線制作高能效比的DBR光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器具有波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、輸出光束質(zhì)量好、線寬窄，并 且結(jié)構(gòu)緊湊，克服了諧振腔激光器組件繁多的缺陷，已經(jīng)在在光通信、工業(yè)加工、軍事和醫(yī) 療等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。為了實現(xiàn)光纖激光器的全光纖化，目前大多采用光纖光柵來代替 外腔反射鏡，即產(chǎn)生了所謂的分布式布拉格反射(DBR)光纖激光器。DBR激光器是常見的 基于F-P諧振腔的光纖激光器，由一對布拉格(Bragg)波長相同的光纖光柵構(gòu)成，整個激光 器諧振腔結(jié)構(gòu)簡單，且由于光纖光柵是窄帶反饋元件，激光器輸出波長由光纖光柵的Bragg 波長精確的確定，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的窄線寬運作和寬帶調(diào)諧。因DBR光纖激光器具有高效率、高光束質(zhì)量、良好的光譜特性、結(jié)構(gòu)緊湊和散熱特 性好等優(yōu)點，成為國內(nèi)外研究的熱點。其中光纖光柵的反射率對激光器的斜率效率以及最 大輸出功率有直接影響，但現(xiàn)有制作方法，采用事先統(tǒng)一生產(chǎn)的具有固定反射律的光纖布 拉格光柵，使用光纖熔接機(jī)將其熔接到有源光纖的兩端，然而不同的有源光纖的具體參數(shù) 不同對光纖光柵的反射率有不同的要求?，F(xiàn)有方法不能有效確定光纖光柵的最佳反射率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種分布式布拉格反射光纖激光器的制作方法，使用飛秒脈沖激光在 有源光纖中直接制作DBR激光器，解決現(xiàn)有制作方法不能有效確定光纖光柵最佳反射率的 問題。本發(fā)明的一種分布式布拉格反射光纖激光器的制作方法，包括下述步驟一 .光路組建步驟將激光泵浦源尾纖與有源光纖輸入端熔接，將光功率計正對 有源光纖輸出端；將飛秒激光寫入系統(tǒng)放在有源光纖尾部，所述有源光纖尾部為距離有源 光纖輸出端5 IOcm的一段有源光纖，所述飛秒激光寫入系統(tǒng)由飛秒激光光源、平凸柱透 鏡、相位掩模板和一對光纖調(diào)整架構(gòu)成；所述有源光纖頭部事先已刻寫前端布拉格光纖光 柵，其反射率大于等于98% ；二 .對準(zhǔn)步驟打開激光泵浦源，將激光泵浦光功率鎖定在50 450mW ；打開光功 率計并調(diào)零；打開飛秒激光光源，將其功率調(diào)為300 500mW，飛秒激光光束經(jīng)過平凸柱透 鏡和相位掩模板，在相位掩模板后方呈現(xiàn)一個線狀光斑，調(diào)整有源光纖尾部相對于線狀光 斑的位置，使有源光纖的纖芯和線狀光斑重合；三.加工步驟將飛秒激光的輸出功率調(diào)大，直至超過刻寫布拉格光纖柵所需激 光強(qiáng)度閾值，將飛秒激光的輸出功率固定為大于所述閾值100 300mW，對有源光纖尾部刻 寫后端布拉格光纖光柵；刻寫的同時，觀察光功率計的讀數(shù)，當(dāng)光功率計顯示的輸出光功率 最大時，遮擋飛秒激光光束，形成后端布拉格光纖光柵，構(gòu)成有源光纖激光器。
所述的制作方法，其特征在于所述加工步驟中，確定光功率計顯示的輸出光功率最大采用如下方法當(dāng)光功率 計指針變化速率緩慢趨向靜止時，表明該DBR光纖激光器的輸出功率已經(jīng)達(dá)到最大值。由 于在光纖布拉格光柵刻寫的起始階段輸出光功率增長速度較快，但輸出光功率在最大值附 近的變化速率極其緩慢——這為光功率最大值的確定提供了依據(jù)。本發(fā)明涉及的裝置包括一個半導(dǎo)體激光泵浦源(LD)和一套飛秒激光寫入系統(tǒng)， 所述飛秒激光寫入系統(tǒng)的核心組件包括飛秒激光光源、平凸柱透鏡、相位掩模板和一對 光纖調(diào)整架，平凸柱透鏡的焦距為60mm，特定的相位掩模 板對應(yīng)特定的光纖布拉格光柵 (FBG)工作波長。所述半導(dǎo)體激光泵浦源型號為LC96J74P-20FXR，最大輸出功率480mW，尾 纖輸出；有源光纖頭部事先已經(jīng)采用飛秒脈沖激光制作了高反射率的光纖光柵(工作波長 為輸出激光波長，針對該波長的反射率>99%)，有源光纖尾部的涂覆層已被剝除(該區(qū)域 就是飛秒激光在線寫入光纖光柵的區(qū)域)。考慮到分布式布拉格反射(DBR)光纖激光器所用有源光纖纖芯摻雜濃度不同或 光纖長度不同，對作為后腔鏡的光纖布拉格光柵(FBG)反射率也會有不同的要求，在線刻 寫FBG可以說是一種個性化的設(shè)計——為特定的參數(shù)的有源光纖度身定做一個最適合它的 后腔鏡FBG，構(gòu)成一個F-P諧振腔。本發(fā)明將飛秒激光在線刻寫光纖光柵的技術(shù)引進(jìn)到DBR 光纖激光器制作領(lǐng)域，為DBR光纖激光器的最優(yōu)化設(shè)計帶來了極大的靈活性，能夠找到針 對特定有源光纖參數(shù)的最佳的FBG反射率，從而最大程度的挖掘了光纖激光器的潛力，使 能效比達(dá)到最大值，大大的提高了泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)化效率。


圖1為本發(fā)明涉及的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為飛秒激光寫入系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所使用的一種有源光纖橫截面示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明涉及的裝置包括一個半導(dǎo)體激光泵浦源(LD)和一套飛秒激光 寫入系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光泵浦源發(fā)射泵浦光1，有源光纖3頭部事先已刻寫前端布拉格光纖光 柵2，飛秒激光寫入系統(tǒng)的相位掩模板4放在有源光纖3尾部，利用飛秒激光6對有源光纖 3尾部刻寫后端布拉格光纖光柵5 ；用光功率計8觀察輸出光7功率。如圖2所示，飛秒激光寫入系統(tǒng)包括飛秒激光光源、平凸柱透鏡9、相位掩模板4和 一對光纖調(diào)整架，飛秒激光光源發(fā)射飛秒激光6，經(jīng)過平凸柱透鏡9和相位掩模板4，在相位 掩模板后方呈現(xiàn)一個線狀光斑10，一對光纖調(diào)整架架設(shè)在有源光纖3的兩端，以便調(diào)整有 源光纖相對相位掩模板4的位置。半導(dǎo)體激光泵浦源采用型號為LC96J74P-20FXR的LD，工作波長為974nm，最大輸 出功率可達(dá)480mW。泵浦光通過尾纖輸出，尾纖的模場直徑為5. 9um，包層直徑為125um。飛 秒激光光源采用Spectrum Physics公司的產(chǎn)品，工作波長為800nm，脈寬50fs，重復(fù)頻率 IKHz。
選取烽火科技公司提供的摻鐿雙包層D型光纖和摻鉺單模光纖作為有源光纖，如 圖3所示，摻鐿雙包層D型有源光纖，其橫截面自外向內(nèi)為外包層3-1、內(nèi)包層3-2、D型纖 芯 3-3 ο 實施例1，包括下述步驟一 .光路組建步驟將激光泵浦源尾纖與摻鐿雙包層D型有源光纖3輸入端熔接， 將光功率計8正對有源光纖3輸出端；將飛秒激光寫入系統(tǒng)放在有源光纖3尾部，所述有源 光纖尾部為距離有源光纖輸出端5cm的一段有源光纖，有源光纖頭部事先已刻寫前端布拉 格光纖光柵，其反射率大于99% ；二 .對準(zhǔn)步驟打開激光泵浦源，將激光泵浦光1功率鎖定在50mW ；打開光功率計 并調(diào)零；打開飛秒激光光源，將其功率調(diào)為300mW，飛秒激光光束經(jīng)過平凸柱透鏡和相位掩 模板，在相位掩模板后方呈現(xiàn)一個線狀光斑10，調(diào)整有源光纖尾部相對于線狀光斑的位置， 使有源光纖的纖芯和線狀光斑10重合；三.加工步驟將飛秒激光的輸出功率調(diào)大，直至超過刻寫布拉格光纖光柵所需 激光強(qiáng)度閾值500mW，將飛秒激光的輸出功率固定為600mW，對有源光纖尾部刻寫后端布拉 格光纖光柵；刻寫的同時，觀察光功率計的讀數(shù)，當(dāng)光功率計顯示的輸出光功率最大時，遮 擋飛秒激光光束，形成后端布拉格光纖光柵，構(gòu)成有源光纖激光器。如圖3所示，有源光纖為摻鐿雙包層D型有源光纖，其橫截面自外向內(nèi)為外包 層3-1、內(nèi)包層3-2、D型纖芯3-3。摻鐿雙包層D型光纖內(nèi)包層直徑為10um，外包層直徑為 125um，前端布拉格光纖光柵的Bragg波長為1064nm，反射率> 99%，考慮到本實施例采用 的D型光纖纖芯直徑為lOum，明顯大于LD尾纖的模場直徑(5. 9um)，而且D型光纖內(nèi)包層 直徑和尾纖包層直徑同為125um，所以這里直接將LD尾纖和D型光纖熔接，可以保證很高的 耦合效率；和傳統(tǒng)的透鏡耦合方式相比，直接耦合提供了極高的穩(wěn)定性，可靠性好，可以提 供高功率的激光輸出。摻鐿雙包層D型有源光纖構(gòu)成的有源光纖激光器可以承受高功率多模激光泵浦， 具有很高的增益系數(shù)，可用于產(chǎn)生高功率激光輸出；輸出波長1064nm屬于激光加工常用波 段。由于它輸出功率高、光束質(zhì)量好，在微機(jī)械加工上十分有前途，可用于工件退火，焊接， 切割不銹鋼箔，在塑料合金和金屬元件上打標(biāo)等。實施例2，包括下述步驟一.光路組建步驟將激光泵浦源尾纖與普通摻鉺單模有源光纖3輸入端熔接，將 光功率計8正對有源光纖3輸出端；將飛秒激光寫入系統(tǒng)放在有源光纖3尾部，所述有源光 纖尾部為距離有源光纖輸出端IOcm的一段有源光纖，有源光纖頭部事先已刻寫前端布拉 格光纖光柵，其反射率大于等于98% ；二 .對準(zhǔn)步驟打開激光泵浦源，將激光泵浦光1功率鎖定在450mW ；打開光功率 計并調(diào)零；打開飛秒激光光源，將其功率調(diào)為500mW，飛秒激光光束經(jīng)過平凸柱透鏡和相位 掩模板，在相位掩模板后方呈現(xiàn)一個線狀光斑10，調(diào)整有源光纖尾部相對于線狀光斑的位 置，使有源光纖的纖芯和線狀光斑重合；三.加工步驟將飛秒激光的輸出功率調(diào)大，直至超過刻寫布拉格光纖光柵所需 激光強(qiáng)度閾值550mW，將飛秒激光的輸出功率固定為850mW，對有源光纖尾部刻寫后端布拉 格光纖光柵；刻寫的同時，觀察光功率計的讀數(shù)，當(dāng)光功率計顯示的輸出光功率最大時，遮擋飛秒激光光束，形成后端布拉格光纖光柵，構(gòu)成有源光纖激光器。普通摻鉺單模光纖纖芯直徑為9. 5um，包層直徑為125um，實驗測得該摻鉺光纖在 980nm、1530nm和1550nm處的吸收系數(shù)分別為8. 5dB/m、16. 5dB/m和15. 8dB/m，前端布拉格 光纖光柵的Bragg波長為1550nm，反射率彡99%，和實施例1相同，這里也采用將尾纖和摻 鉺單模光纖熔接的直接耦合方式，可以保證很高的耦合效率。在光通信領(lǐng)域，摻鉺光纖的發(fā)射譜線位于光輸出低損耗窗口 C波段(1528 1562nm)，采用普通摻鉺單模光纖作為有源光纖構(gòu)成的有源光纖激光器在光通信領(lǐng)域有著 廣闊的應(yīng)用前景，為WDM和DWDM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅 實的基礎(chǔ)。除此之外，它的吸收 譜線位于半導(dǎo)體激光器的工作波段內(nèi)，因此可以很方便地使用半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。
權(quán)利要求
一種分布式布拉格反射光纖激光器的制作方法，包括下述步驟一.光路組建步驟將激光泵浦源尾纖與有源光纖輸入端熔接，將光功率計正對有源光纖輸出端；將飛秒激光寫入系統(tǒng)放在有源光纖尾部，所述有源光纖尾部為距離有源光纖輸出端5～10cm的一段有源光纖，所述飛秒激光寫入系統(tǒng)由飛秒激光光源、平凸柱透鏡、相位掩模板和一對光纖調(diào)整架構(gòu)成；所述有源光纖頭部事先已刻寫前端布拉格光纖光柵，其反射率大于等于98％；二.對準(zhǔn)步驟打開激光泵浦源，將激光泵浦光功率鎖定在50～450mW；打開光功率計并調(diào)零； 打開飛秒激光光源，將其功率調(diào)為300～500mW，飛秒激光光束經(jīng)過平凸柱透鏡和相位掩模板，在相位掩模板后方呈現(xiàn)一個線狀光斑，調(diào)整有源光纖尾部相對于線狀光斑10的位置，使有源光纖的纖芯和線狀光斑重合；三.加工步驟將飛秒激光的輸出功率調(diào)大，直至超過刻寫布拉格光纖光柵所需激光強(qiáng)度閾值，將飛秒激光的輸出功率固定為大于所述閾值100～300mW，對有源光纖尾部刻寫后端布拉格光纖光柵；刻寫的同時，觀察光功率計的讀數(shù)，當(dāng)光功率計顯示的輸出光功率最大時，遮擋飛秒激光光束，形成后端布拉格光纖光柵，構(gòu)成有源光纖激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述加工步驟中，確定光功率計顯示的輸出光功率最大采用如下方法當(dāng)光功率計指 針變化速率緩慢趨向靜止時，表明該DBR光纖激光器的輸出功率已經(jīng)達(dá)到最大值。
全文摘要
一種分布式布拉格反射光纖激光器的制作方法，屬于光纖激光器的制作方法，解決現(xiàn)有制作方法不能有效確定光纖光柵最佳反射率的問題。本發(fā)明包括光路組建步驟、對準(zhǔn)步驟和加工步驟，在加工步驟中利用飛秒激光對有源光纖尾部刻寫后端布拉格光纖光柵，當(dāng)光功率計顯示的輸出光功率最大時，遮擋飛秒激光光束，形成后端布拉格光纖光柵，構(gòu)成有源光纖激光器。本發(fā)明為DBR光纖激光器的最優(yōu)化設(shè)計帶來了極大的靈活性，能夠找到針對特定有源光纖參數(shù)的最佳的FBG反射率，最大程度的挖掘了光纖激光器的潛力，使能效比達(dá)到最大值，大大的提高了泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01S3/067GK101826697SQ20101018221
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者劉寧亮, 張志楠, 施佳煒, 李玉華, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)