一种保偏光纤ASE滤除器件的制作方法

一种保偏光纤ase滤除器件
技术领域
1.本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种保偏光纤ase滤除器件。


背景技术：

2.单模光纤中基模lp01，在通常情况下会由于轴向位置双折射不一致，在传输过程中产生非对称的、随机变化的椭圆偏振光。为得到对入射光偏振态具有保持效果的光纤，人为引入轴向均匀的双折射，使光纤轴向各位置的双折射保持不变。为产生较大的双折射的同时满足大规模光纤生产，应力型保偏光纤被普遍用于保偏激光器系统中，而保偏光纤激光器可用于航天、航空、工业制造等领域，在光学相干探测、光纤通信系统、光纤陀螺仪中有着广泛应用。
3.光纤激光器中由于熔接偏差、光纤盘绕应力、温度导致的应力等问题会导致一定程度的偏振退化，近些年来在工艺与材料制成方面持续改进，但随着应用中日益提高的指标要求，对光纤激光器偏振特性的需求也随之增加。另一方面放大器增益迅速提高的同时，放大自发辐射(ase)也会迅速积累以致达到饱和。在激光产生过程中，处于上能级的粒子自发的向下能级跃迁，产生自发辐射。在激光放大过程中，自发辐射也沿着增益光纤被放大，形成ase。在高功率激光器系统中，ase不但会造成激光输出线宽展宽光束质量退化，还会严重影响光纤放大器的效率。目前常用的抑制ase的方法为增加增益光纤模场面积、减短增益光纤长度，这种方法在抑制ase的同时也会对激光器整体增益产生影响。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，如何对光纤激光放大过程中产生的ase进行有效滤除且对信号偏振特性无影响；有鉴于此，本发明提供一种保偏光纤ase滤除器件。
5.本发明采用的技术方案是，一种保偏光纤ase滤除器件，包括：
6.纤芯以及包裹在所述纤芯外部的包层；
7.其中，所述包层的径向剖面中，沿轴向于所述纤芯两侧分别设置有应力区；
8.并且，所述纤芯在平行于慢轴所在的平面中，沿轴向设置有倾斜光栅。
9.在一个实施方式中，所述倾斜光栅是利用飞秒激光直写法刻写在纤芯上。
10.在一个实施方式中，所述倾斜光栅的倾斜角度为6
°
～8
°
。
11.在一个实施方式中，所述倾斜光栅的栅区长度为2～3cm。
12.在一个实施方式中，所述倾斜光栅的刻写过程中，光栅中心波长为1070nm
±
5nm。
13.采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
14.本发明可以解决光纤激光器在放大过程中产生的放大自发辐射(ase)现象，针对保偏光纤中的偏振特性进行了研究，使用飞秒激光直写法在保偏光纤中刻写倾斜光栅，提供了一种小型化、多功能的光纤器件。
附图说明
15.图1为本领域的一种应力型保偏光纤结构示意图；
16.图2为根据本发明实施例的保偏光纤ase滤除器件的轴向剖面示意图；
17.图3为根据本发明实施例的保偏光纤ase滤除器件的径向剖面示意图；
18.图4为根据本发明实施例的飞秒激光直写系统原理图；
19.图5为根据本发明实施例的飞秒激光直写法刻写倾斜光栅的设计方法示意图；
20.图6为根据本发明实施例的逐线法倾斜光栅刻写原理图；
21.图7为根据本发明实施例的保偏光纤ase滤除器件透射光谱结果示意图；
22.图8为根据本发明实施例的接入保偏光纤ase滤除前后激光输出光谱结果示意图。
23.附图标记
24.1-纤芯，2-包层，3-应力区，4-倾斜光栅。
具体实施方式
25.为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
26.在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
27.还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可以”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
28.如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
29.除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本技术所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
31.本发明第一实施例，一种保偏光纤ase滤除器件，可参考图1，本实施例是在图1的基础上进行改进，可进一步参考图2以及图3，该滤除器件具体包括：
32.纤芯1以及包裹在所述纤芯1外部的包层2；
33.其中，包层2的径向剖面中，沿轴向于纤芯1两侧分别设置有应力区3；
34.并且，纤芯1在平行于慢轴所在的平面中，沿轴向设置有倾斜光栅4。
35.本实施例中，光纤慢轴以及快轴的方向可参考图2至图3。
36.本实施例中，倾斜光栅4是利用飞秒激光直写法刻写在纤芯1上。
37.本实施例中，倾斜光栅4的倾斜角度为6
°
～8
°
。
38.本实施例中，倾斜光栅4的栅区长度为2～3cm。
39.本实施例中，倾斜光栅4的刻写过程中，光栅中心波长为1070nm
±
5nm。
40.相较于现有技术，本实施例至少具有以下优点：
41.1)本实施例提出了一种基于保偏光纤，可以对光纤激光放大过程中产生的ase进行有效滤除且对信号偏振特性无影响的技术。具体通过在保偏光纤纤芯中平行于慢轴方向进行倾斜布拉格光栅(tfbg)的刻写，可以对在光纤纤芯中的传输光进行特定波长范围滤除。
42.2)本实施例中，滤除光可以通过包层进行泄漏，极大程度减少滤波过程中产生的反向光与热效应。
43.3)本实施例中，由于倾斜光栅的栅线分布平行于慢轴，其施加的折射率调制增加了保偏光纤快、慢轴之间的有效折射率差，不会对保偏光纤的偏振保持特性造成明显影响。倾斜布拉格光纤光栅(tfbg)具有独特的传光特性。当入射光入射时，倾斜光栅特性决定了它的栅面与光纤轴向存在一定角度，导致大部分反射光由纤芯进入包层并泄漏，其余波长范围的光则不发生反射直接通过光栅继续传输。
44.本发明第二实施例，是基于第一实施例的一个应用实例：
45.本实施例中的倾斜光栅使用飞秒激光直写法制备，飞秒激光刻写系统如图4所示。
46.具体地，可以通过控制飞秒激光光阑开合实现激光开关，通过精密位移平台对光纤位置进行控制，实现可控的光纤内部结构刻蚀。飞秒激光可实现不破坏包层结构的材料内部加工，可保证保偏光纤结构强度。为实现等间距、倾斜角度一定的光栅栅线刻写。
47.通过定义单根栅线起点和终点的空间位置，来实现对倾斜光栅栅线长度、倾斜角度、刻写位置的设计，通过定义重复次数与x方向补偿值，定义光栅刻写周期，可以在位移控制软件中设置重复次数与迭代位移量，实现高精度的栅线刻写，原理示意图如图5以及图6所示。
48.示例性地，定义光栅中心波长为1070nm、栅线倾斜角度6
°
、栅区长度3cm，在保偏光纤纤芯平行于慢轴的平面上进行倾斜光栅刻写，并对保偏光纤ase滤除器件的性能进行测试。
49.实验结果如图7至图8所示。从实验结果中可以分析得出，倾斜光栅针对1070nm波长附近的光进行了滤除，且滤除效果可达到50％，并且未对1020nm信号光造成影响。基本实现了项目预期效果。
50.通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：
1.一种保偏光纤ase滤除器件，其特征在于，包括：纤芯以及包裹在所述纤芯外部的包层；其中，所述包层的径向剖面中，沿轴向于所述纤芯两侧分别设置有应力区；并且，所述纤芯在平行于慢轴所在的平面中，沿轴向设置有倾斜光栅。2.根据权利要求1所述的保偏光纤ase滤除器件，其特征在于，所述倾斜光栅是利用飞秒激光直写法刻写在所述纤芯上。3.根据权利要求1所述的保偏光纤ase滤除器件，其特征在于，所述倾斜光栅的倾斜角度为6
°
～8
°
。4.根据权利要求1所述的保偏光纤ase滤除器件，其特征在于，所述倾斜光栅的栅区长度为2～3cm。5.根据权利要求2所述的保偏光纤ase滤除器件，其特征在于，所述倾斜光栅的刻写过程中，光栅中心波长为1070nm
±
5nm。

技术总结
本发明提出了一种保偏光纤ASE滤除器件，包括：纤芯以及包裹在纤芯外部的包层；其中，包层的径向剖面中，沿轴向于纤芯两侧分别设置有应力区；并且，纤芯在平行于慢轴所在的平面中，沿轴向设置有倾斜光栅。本发明可以解决光纤激光器在放大过程中产生的放大自发辐射(ASE)现象，针对保偏光纤中的偏振特性进行了研究，使用飞秒激光直写法在保偏光纤中刻写倾斜光栅，提供了一种小型化、多功能的光纤器件。多功能的光纤器件。多功能的光纤器件。


技术研发人员：房一涛 余洋 张昆 李尧 宋奎岩 吴佟
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/12