一种多功能光纤光栅及激光系统的制作方法

1.本技术涉及光纤光栅技术领域，具体而言，涉及一种多功能光纤光栅及激光系统。


背景技术：

2.高功率光纤激光器一般包含高反光栅、低反光栅和包层光剥离器等器件，为了抑制非线性效应，还会设置倾斜光栅，其可以抑制非线性效应产生的激光。光纤光栅主要的制作方法是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
3.现有的光纤光栅功能单一，需要将多个不同类型的光纤光栅进行组合使用。在进行组合使用的时候需要多次进行熔接，形成多个熔点，每个熔点都会带来熔接损耗和光束质量高的恶化。不同类型的光纤光栅熔接导致总的光纤长度过长，导致非线性效应阈值降低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种多功能光纤光栅及激光系统，以克服上述现有技术中的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种多功能光纤光栅，包括：涂覆层、纤芯和包层，所述包层内侧连接所述纤芯，所述包层外侧连接所述涂覆层；所述纤芯设置有不同类型的栅区，所述栅区包括折射率周期性变化的光栅刻痕。
6.在本技术一些技术方案中，上述折射率周期性变化的光栅刻痕的周期为0.1微米-1微米，栅区的长度为1毫米-50毫米；所述栅区包括均匀周期性分布的光栅刻痕，或者非均匀周期的光栅刻痕；所述不同类型的栅区包括：低反栅区和倾斜栅区，且所述低反栅区位于所述倾斜栅区之前。
7.在本技术一些技术方案中，上述低反栅区的反射率为5％-90％；所述低反栅区包括预设第一数量的第一刻痕；所述第一刻痕垂直于所述纤芯的轴向。
8.在本技术一些技术方案中，相邻的两条所述第一刻痕之间距离第一长度；所述第一长度根据穿过所述纤芯的激光的波长确定。
9.在本技术一些技术方案中，上述倾斜栅区包括预设第二数量的第二刻痕；所述第二刻痕与所述纤芯的轴向之间为非90
°
的夹角。
10.在本技术一些技术方案中，相邻的两条所述第二刻痕之间距离第二长度；所述第二长度根据穿过所述纤芯的抑制激光的波长确定。
11.在本技术一些技术方案中，上述第二刻痕与所述纤芯的轴向之间夹角的度数根据穿过所述纤芯的抑制激光的损耗确定。
12.在本技术一些技术方案中，上述低反栅区和所述倾斜栅区之间距离为1毫米-50毫米。
13.在本技术一些技术方案中，上述包层设置有包层光剥离器；所述包层光剥离器的位置与所述不同类型栅区的位置对应。
14.第二方面，本技术实施例提供了一种激光系统，包括：泵浦激光器、泵浦合束器、高反光栅、掺稀土双包层光纤、输出端帽，以及上所述的多功能光纤光栅；所述泵浦激光器连接所述泵浦合束器的输入端，所述泵浦合束器的输出端连接所述高反光栅的输入端，所述高反光栅的输出端连接所述掺稀土双包层光纤的输入端，所述掺稀土双包层光纤的输出端连接所述多功能光纤光栅的输入端，所述多功能光纤光栅的输出端连接所述输出端帽。
15.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
16.本技术提供了一种多功能光纤光栅，包括：涂覆层、纤芯和包层，所述包层内侧连接所述纤芯，所述包层外侧连接所述涂覆层；所述纤芯设置有不同类型的栅区，所述栅区包括折射率周期性变化的光栅刻痕。通过在纤芯设置有不同类型的栅区，使得本技术中的多功能光纤光栅具有不同类型栅区的功能，减少了熔接次数，降低了工作成本，提高了工作效率，缩短了光纤长度，提高非线性效应的阈值。
17.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1示出了本技术实施例所提供的一种多功能光纤光栅的示意图；
20.图2示出了本技术实施例所提供的另一种多功能光纤光栅示意图；
21.图3示出了本技术实施例所提供的一种激光系统的示意图；
22.图4示出了本技术实施例所提供的一种多功能光纤光栅制作方法流程示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本技术中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本技术的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本技术中使用的流程图示出了根据本技术的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本技术内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
24.另外，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的
范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.需要说明的是，本技术实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
26.本技术实施例提供了一种多功能光纤光栅及其制作方法，下面通过实施例进行描述。下面对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.图1示出了本技术实施例所提供的一种多功能光纤光栅示意图，包括：涂覆层160、纤芯120和包层110，包层110内侧连接所述纤芯120，所述包层110外侧连接所述涂覆层160；所述纤芯120设置有不同类型的栅区，所述栅区包括折射率周期性变化的光栅刻痕。
28.本技术实施例中的多功能光纤光栅100的纤芯120中设置有不同类型的栅区，栅区包括折射率周期性变化的光栅刻痕，使得本技术中的多功能光纤光栅100具有不同类型栅区的功能，在具体使用时减少了熔接次数，降低了工作成本，提高了工作效率，缩短了光纤长度，提高非线性效应的阈值。
29.本技术实施例中，作为一可选实施例，折射率周期性变化光栅刻痕的周期为0.1微米-1微米，栅区的长度为1毫米-50毫米；所述栅区包括均匀周期性分布的光栅刻痕，或者非均匀周期的光栅刻痕。这里的光栅刻痕的周期指的是相邻的两个折射率相同光栅刻痕之间的距离。
30.上述的多功能光纤光栅100的纤芯120内设置的不同类型的栅区包括低反栅区130和倾斜栅区140。
31.为了方便与现有设备的连接，本技术实施例中的低反栅区130设置在倾斜栅区140之前。这里的“之前”是相对于本技术实施例中多功能光纤光栅100的输入端来说的，低反栅区130设置在倾斜栅区140之前表征低反栅区130距离多功能光纤光栅100的输入端较倾斜栅区140距离多功能光纤光栅100的输入端近。本技术实施例中多功能光纤光栅100的输入端指的是激光首先通过的一端。
32.本技术实施例中，作为一可选实施例，低反栅区的反射率为5％-90％；低反栅区130是由预设第一数量的第一刻痕组成，且第一刻痕垂直于纤芯120的轴向。第一数量是根据实际工作需要确定的。相邻的两条第一刻痕之间距离第一长度；第一长度根据穿过纤芯120的激光的波长确定。
33.例如，低反栅区130长度1毫米，栅区周期为100纳米，低反光栅的反射率为5％；
34.低反栅区130长度5毫米，栅区周期为180纳米，低反光栅的反射率为5％；
35.低反栅区130长度10毫米，栅区周期为350纳米，低反光栅的反射率为30％；
36.低反栅区130长度15毫米，栅区周期为470纳米，低反光栅的反射率为30％；
37.低反栅区130长度25毫米，栅区周期为510纳米，低反光栅的反射率为70％；
38.低反栅区130长度36毫米，栅区周期为630纳米，低反光栅的反射率为20％；
39.低反栅区130长度42毫米，栅区周期为890纳米，低反光栅的反射率为35％；
40.低反栅区130长度50毫米，栅区周期为1000纳米，低反光栅的反射率为70％；
41.本技术实施例中，作为一可选实施例，倾斜栅区140包括预设第二数量的第二刻痕；第二刻痕与纤芯120的轴向之间为非90
°
的夹角。第二刻痕与纤芯120的轴向之间夹角根
据穿过纤芯120的激光的波长和光纤的带宽确定。相邻的两条第二刻痕之间距离第二长度；第二长度根据穿过纤芯120的激光的波长确定。
42.例如，倾斜栅区140的长度为9毫米，光栅周期为370纳米；
43.倾斜栅区140的长度为20毫米，光栅周期为520纳米；
44.倾斜栅区140的长度为30毫米，光栅周期为810纳米；
45.倾斜栅区140的长度为40毫米，光栅周期为990纳米；
46.倾斜栅区140的长度为50毫米，光栅周期为1000纳米；
47.本技术实施例中，作为一可选实施例，低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为1毫米-50毫米。
48.例如，低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为1毫米；
49.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为9毫米；
50.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为13毫米；
51.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为20毫米；
52.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为28毫米；
53.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为35毫米；
54.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为43毫米；
55.低反栅区130和倾斜栅区140之间距离为50毫米。
56.本技术实施例中，作为一可选实施例，如图2所示，包层110设置有包层光剥离器150；包层光剥离器150的位置与不同类型栅区的位置对应，即包层光剥离器150覆盖不同类型栅区所在区域。本技术实施例中的包层光剥离器150是通过蒙砂膏在包层110表面对涂覆层160进行表面毛化处理得到的。
57.如图3所示本技术还提供了一种激光系统，包括：泵浦激光器210、泵浦合束器220、高反光栅230、掺稀土双包层光纤240、输出端帽250，以及上述的多功能光纤光栅100；泵浦激光器210连接泵浦合束器220的输入端，泵浦合束器220的输出端连接高反光栅230的输入端，高反光栅230的输出端连接掺稀土双包层光纤240的输入端，掺稀土双包层光纤240的输出端连接多功能光纤光栅100的输入端，多功能光纤光栅100的输出端连接输出端帽250。
58.图4示出了本技术实施例所提供的一种多功能光纤光栅制作方法，包括以下步骤：
59.载氢：将光纤放置于高压载氢釜中进行载氢；
60.涂层剥离：将载氢后的光纤中间去除50-150毫米的涂覆层；
61.栅区刻写：将该光纤放置于紫外脉冲激光刻写装置中，在光纤纤芯120中刻写低反栅区130；将该光纤放置于另一台紫外脉冲激光刻写装置中，在光纤纤芯120中刻写倾斜栅区140；
62.退火：将刻写完毕的光栅放置于高温箱内进行退火，使得氢分子扩散掉。
63.包层110毛化：在包层110表面进行毛化处理，制作包层光剥离器150；
64.测试封装：对光纤的反射光谱、透射光谱以及包层光剥离器150的功率进行测试并封装。
65.本技术中的多功能光纤光栅，其为集低反光栅、倾斜光栅和包层光剥离器150一体化的光纤器件，只需要与前端光纤激光器熔接一次就可以实现三种器件的功能，可以大大缩短光纤的长度，减少非线性激光的产生。
66.同时在光栅刻写时，只需要一次载氢后，刻写低反光栅和倾斜光栅两种栅区，然后进行去氢的工艺。
67.同时不需要进行再涂覆工艺，直接在刻写光栅时剥开的光纤包层110表面用蒙砂膏进行表面毛化处理，制作包层光剥离器150。避免了再涂覆引起的发热，大大提高了器件的集成度和可靠性。
68.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
69.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
70.另外，在本技术提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
71.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
72.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
73.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。