為提高飛秒激光制備高反射率FBG（Fiber Bragg Grating）的邊模抑制比,提出了一種基于組合二分之一波片和格蘭棱鏡調(diào)節(jié)激光能量的加工方法,制備出了高反射率和高邊模抑制比的切趾光纖光柵。通過上位機輸入切趾函數(shù)模型,實時精確調(diào)節(jié)步進電機速度,機械旋轉(zhuǎn)二分之一波片位置,實現(xiàn)激光能量沿光纖方向呈切趾函數(shù)分布,從而在光纖纖芯中折射率調(diào)制區(qū)域呈切趾函數(shù)分布,獲得參數(shù)可調(diào)的切趾光纖光柵。實驗表明,該方法制備的切趾光柵在1 550 nm處反射率可達70%,邊模抑制比超過20 dB,半高峰寬度0.35 nm。對其溫度和應(yīng)力傳感特性研究顯示,其溫度靈敏度為1.529×10^-2nm/K,應(yīng)力靈敏度為1.61 nm/N。該種方法制備的高反射率切趾光纖光柵有望應(yīng)用于大功率、窄線寬的光纖激光器以及高速精確傳感解調(diào)系統(tǒng)中。 

【文章來源】：吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2020,38(05)

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【部分圖文】：

逐點刻寫技術(shù)制備切趾光纖光柵的裝置示意圖

為清晰看出切趾與未切趾光柵的區(qū)別，分別制備出了長度為55μm的切趾和未切趾的FBG，顯微照片對比如圖2所示，可觀察到超高峰值功率密度的飛秒脈沖聚焦到纖芯內(nèi)部形成了周期性、局域化和損傷性的折射率調(diào)制。圖2a中未切趾的FBG，相同激光能量對纖芯折射率調(diào)制部分呈均勻周期分布。圖2b中的切趾FBG，由于在機械旋轉(zhuǎn)二分之一波片過程中，激光能量呈類高斯函數(shù)分布，中間能量最高，由中間向兩側(cè)能量逐漸變低，作用在纖芯中的脈沖能量呈現(xiàn)類高斯函數(shù)分布，即沿光纖周期方向上的折射率調(diào)制強度類高斯函數(shù)分布。由圖2b可觀察到在長度55μm的切趾FBG兩端折射率調(diào)制弱于中間，切趾FBG兩端折射率調(diào)制深度最低，而中間區(qū)域調(diào)制深度最大，光柵對比度最明顯。切趾前后的FBG光譜如圖3所示。加工時設(shè)定的FBG諧振波長在1 550 nm處，由于光纖夾具對光纖具有輕微拉伸作用，制備完成后應(yīng)力釋放，引起FBG諧振波長輕微漂移，最終得到的λB在1 549.15 nm處。由圖3可看出，制備相同反射率的光柵，采用該方法獲得的切趾FBG邊模抑制比遠大于未經(jīng)切趾的FBG，切趾后邊模抑制比達到23 d B，半高峰寬度為0.35 nm，反射率為70%，同時在1 550 nm附近的插入損耗仍小于1 d B，這表明該切趾方法制備高反射率光柵時未引入大的插入損耗。

對制備的切趾FBG分別進行溫度和應(yīng)力的傳感特性研究。首先進行高溫退火過程，將切趾FBG放置于高溫爐中，從室溫升高至800℃并維持2 h，然后冷卻至室溫，該過程是為了消除切趾FBG制備過程中不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及殘余應(yīng)力。退火后的反射峰強度會有輕微減小，主要是由于退火過程擦除了一部分低折射率調(diào)制深度的不穩(wěn)定的光柵，最后保留了穩(wěn)定的Ⅱ型耐高溫光柵。然后以10℃/min的速率進行升溫，每升高100℃，恒溫15 min，并記錄一次光譜數(shù)據(jù)，直至升溫到800℃。在室溫25～800℃范圍內(nèi)，一共記錄了9個光譜數(shù)據(jù)，切趾FBG諧振波長λB隨溫度變化的漂移曲線如圖4所示。由圖4a可見，隨著溫度升高，由于光纖的熱膨脹效應(yīng)和熱光效應(yīng)，光纖光柵周期和纖芯有效折射率發(fā)生變化，切趾FBG的諧振波長λB向長波方向漂移，其溫度靈敏度為1.529×10-2nm/K (R2=0.999 7)。結(jié)果表明該切趾FBG可以在800℃的高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作，具有很好的溫度靈敏度和穩(wěn)定性。

【參考文獻】：
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