光纤光栅激光退火系统及其方法与流程

1.本发明涉及光纤技术领域，具体地，涉及光纤光栅激光退火系统及其方法。


背景技术：

2.随着光纤激光器的发展，对于光纤激光器的核心器件-光纤光栅的耐受功率和可靠性要求越来越高。光纤光栅制备工艺一般包含光纤载氢，光栅刻写，光栅退火，重涂覆及封装。而传统的光栅退火工艺是为了去除光纤中残余的氢原子，目前常用的方法是将光栅整体放进恒温箱，退火温度一般不超过120℃，否则会老化涂覆层，然而这种工艺生产出来的光纤光栅耐受功率较低，难以满足光纤激光器日益提升的高功率应用需求。为了提高光纤光栅耐受功率，需专门针对光栅刻写区域进行局部高温退火从而去除刻写导致的缺陷，温度一般在300～800℃之间。此类局部高温退火方法常规采用外部热辐射等进行退火，如电阻丝或石墨高温加热炉、火焰等。但是采用这类加热方法进行局部退火有较多缺点，例如容易污染、损伤，加热区域无法灵活调节等，无法满足批量稳定生产。在专利cn114518620a中，本发明人提出了激光退火系统来解决外部热辐射退火方式的缺陷，但是仍然存在以下几个缺点：
3.(1)光纤光栅为圆柱形结构，专利cn114518620a中的退火方式为激光退火光源从光纤光栅单一侧面入射，退火温度不均匀易产生热应力，且退火时间长，效率低。
4.(2)更高功率级别的光纤光栅退火温度需要更高，退火时间也更长，由于专利cn114518620a中的退火方式为激光退火光源从光纤光栅单一侧面入射，为了使光纤光栅纤芯区域能够达到所需的退火温度，入射面的温度则会更高，长时间退火产生的热积累易造成光纤光栅包层材料的损伤，更高功率退火参数无法进一步优化。
5.高功率光纤光栅对于中心波长、带宽、反射率等光谱参数有严格的要求，高温退火过程的控制会直接影响光纤光栅中心波长、带宽、反射率等光谱参数，过高的退火温度或时间甚至可能造成栅区的擦除，而专利cn114518620a中的退火系统缺失了对退火过程中的光纤光栅中心波长、带宽、反射率等光谱参数的实时监测这一功能，退火参数难以精确控制和优化。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种光纤光栅激光退火系统及其方法，以解决高功率光纤光栅局部高温退火过程中，单侧激光退火受热不均匀、更高功率退火参数无法进一步优化的问题，并发明了退火过程光谱参数实时监测、退火参数精确控制和优化这一功能。
7.第一方面，本发明提供了一种光纤光栅激光退火系统，其特征在于，所述系统包括激光退火装置；
8.所述激光退火装置包括：基准平台、激光器、激光发散聚焦单元和光栅夹持单元；其中
9.所述基准平台用于固定所述激光器、所述激光发散聚焦单元和所述光栅夹持单
元；
10.所述激光器用于输出激光至所述激光发散聚焦单元；
11.所述激光发散聚焦单元用于将所述激光先发散再沿着待处理光纤的纵向方向聚焦到光栅；
12.所述光栅夹持单元用于固定所述待处理光纤的光栅。
13.第二方面，本发明还提供了一种光纤光栅激光退火方法，其特征在于，所述方法包括：
14.将来自激光器的激光整形为发散的激光；
15.将所述发散的激光沿着待处理光纤的纵向方向聚焦到光栅；
16.对所述光栅进行退火操作。
17.本发明提供的光纤光栅激光退火系统及其方法：第一，光纤光栅均匀激光退火系统采用环形光斑对光纤光栅栅区外周进行均匀的激光加热，使其受热均匀，退火温度高，可大大提升光纤光栅耐受功率；第二，光纤光栅均匀激光退火系统集成了退火过程光谱参数实时监测模块、退火参数可以根据实时测试的光谱信息进行精确控制和优化。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例1提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
20.图2是本发明实施例提供的光束整形器整形成的环形发散光束和圆形发散光束；
21.图3是本发明实施例2提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
22.图4是本发明实施例3提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
23.图5是本发明实施例4提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
24.图6是本发明实施例5提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
25.图7是本发明实施例6提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
26.图8是本发明实施例7提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
27.图9是本发明实施例8提供的一种光纤光栅激光退火系统示意图；
28.图10是本发明实施例提供的光谱分析仪检测到的经过退火前和退火后的光栅的透射谱曲线以及未接入光栅的原始透射谱；
29.图11是本发明实施例提供的聚焦到光栅的会聚光束入射角θ；
30.图12是反射率随入射角的变化规律曲线。
具体实施方式
31.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
32.发明概述
33.如前所述，本发明提供了一种光纤光栅激光退火系统及其方法，采用环形光斑对光纤光栅栅区进行激光加热，使得光栅的外周表面受热均匀，退火温度高，可大大提升光纤
光栅耐受功率；并且集成了退火过程光谱参数实时监测模块，退火参数可以根据实时测试的光谱信息进行精确控制和优化。
34.图1和图3～图9是本发明实施例提供的光纤光栅激光退火系统100示意图，其中虚线表示光束，实线表示光纤。系统100包括：激光退火装置；所述激光退火装置包括：基准平台111、激光器112、激光发散聚焦单元113和光栅夹持单元114。
35.所述基准平台111用于固定所述激光器112、所述激光发散聚焦单元113和所述光栅夹持单元114。其中，基准平台111的材质一般为铝制、不锈钢、大理石等，在此不作限定。
36.所述激光器112用于输出激光至所述激光发散聚焦单元113。其中，所述激光波长一般选择处于光纤200吸收系数较高的波段，例如≥4μm的中红外或远红外激光器，激光器功率连续可调，功率根据需求选择，一般为几十瓦量级。
37.所述激光发散聚焦单元113用于将所述激光先发散再沿着待处理光纤200的纵向方向聚焦到光栅201。优选地，所述光栅201的长度为0.5cm～10cm。
38.所述激光发散聚焦单元113包括光束整形器1131和聚焦器1132。
39.所述光束整形器1131用于将所述激光变为发散光束。
40.所述光束整形器1131采用凸透镜、凹透镜、凸面镜或凹面镜。
41.所述光束整形器1131所采用的凸透镜或凹透镜可以为外凸或内凹的锥透镜。
42.所述光束整形器1131所采用的凸面镜或凹面镜可以为外凸或内凹的锥面镜。
43.所述光束整形器1131位于所述激光器112的前方，其用于将来自所述激光器112的激光整形为发散光束，当光束整形器1131采用锥透镜或锥面镜时，经其整形后的激光为环形发散光束，如图2左侧所示为圆环形发散光束，还可以采用棱锥透镜将光束整形为环状多边形的发散光束；当光束整形器1131采用一般球面透镜或球面面镜，如球面凸透镜、球面凹透镜、球面凸面镜或球面凹面镜时，经其整形后的激光为圆形发散光束或光斑(例如高斯光斑)，如图2右侧所示。相对于圆形发散光束，环形发散光束的能量集中在圆环上，当聚焦到光纤时具有较小的入射角，能够减少反射，使得用于对光栅进行加热退火的有效能量更高，并且环形发散光束较少照射到在下述聚焦器1132或平面镜1134上的通孔处伸出的不需要退火的光纤部分，以避免烧毁光纤外包层。因此，优选地，光束整形器1131采用锥透镜或锥面镜。
44.如图6所示，所述光束整形器1131可以采用锥面镜，其用于将所述激光的环形光束反射到与所述光纤200垂直的方向，从而使得光路更紧凑。光束整形器1131采用面镜可以将水平方向光路反射为垂直方向光路，使得激光器112设置在水平方向即可，而无需如图7所示沿垂直方向延伸设置在采用透镜的光束整形器1131的上方，从而使得光路以及整套系统更紧凑。
45.所述聚焦器1132用于将所述发散光束变为聚焦到所述光栅201的会聚光束，优选地，如图11所示，聚焦到所述光栅201的所述会聚光束入射角θ在10度～70度的范围内。如图12所示的反射率rn随入射角的变化规律曲线，具体地，从图中由光疏介质入射到光密介质的曲线401可知，当光的入射角θ在10度～70度的范围内，反射率rn的上升比较缓慢；当入射角θ大于70度时，反射率rn快速上升，当入射角θ上升到90度时，反射率rn为1，即无入射光。为了获得具有较高加热效率的会聚光束，需使得会聚光束入射角θ尽可能的小，但由于为了得到能加热光栅201外周表面的会聚光束，必须将激光先发散再会聚，经过发散会聚后的光束
角度很难实现无限小，本发明经大量实验验证，会聚光束入射角θ在10度～70度相对较易调出，且此范围反射率rn的上升比较缓慢，因此，本发明优选采用此范围的会聚光束入射角θ。由于环形发散光束的能量集中在圆环上，当聚焦到光纤时具有较小的入射角，能够减少反射，使得用于对光栅进行加热退火的有效能量更高。因此，优选采用锥形的光束整形器1131将激光整形为环形光。
46.所述聚焦器1132采用凸透镜、使得光路更紧凑的凹面镜或者其他具有会聚功能的光学元件，在此不作限定。
47.如图1所示，所述聚焦器1132所采用的凹面镜可以为抛物面镜，更具体地，可以为离轴抛物面镜。
48.当所述聚焦器1132位于所述光纤200的位置，其中包括用于穿过所述光纤200的通孔，如图4所示。
49.如图3所示，所述聚焦器1132可以为位于所述光束整形器1131前方的椭球面镜，其用于将来自所述光束整形器1131的环形光束会聚反射到与所述光纤200垂直的方向，并由位于所述光纤200位置的平面镜1134反射并聚焦到所述光栅201，该平面镜1134具有用于穿过光纤200的通孔。
50.如图4或8所示，所述聚焦器1132为位于所述光纤200处的椭球面镜，其用于将来自所述光束整形器1131的环形光束会聚反射到所述光栅201；或
51.如图5、6或7所示，所述聚焦器1132可以为位于与所述光纤200垂直的光路上的凸透镜，其用于将来自所述光束整形器1131的环形光束会聚到所述光纤200上，并由位于所述光纤200上的平面镜1134反射聚焦到所述光栅201。其中包括用于上下调节所述聚焦器1132位置的直线扫描器1141，使得所述聚焦器1132的焦点经位于光纤200位置处的平面镜1134反射沿着所述光纤200的纵向方向扫描所述光栅201。
52.如图1所示，所述激光发散聚焦单元113还可以包括准直器1133，其用于将所述发散光束变为准直光束。当所述激光发散聚焦单元113包括准直器1133时，所述聚焦器1132用于将所述准直光束聚焦到所述光栅201。所述准直器1133可以采用凸透镜或使光路更紧凑的凹面镜。
53.在图1中，所述准直器1133所采用的凹面镜为抛物面镜，更具体地，可以为离轴抛物面镜。
54.所述准直器1133位于所述激光的光路上的所述光束整形器1131与所述聚焦器1132之间，其用于将来自所述光束整形器1131的环形光束变为准直的环形光束，并照射在所述聚焦器1132上。
55.如图3-7所示，所述激光发散聚焦单元113还可以包括平面镜1134，其用于将光束反射到与所述光纤200垂直的方向或者沿着所述光纤200的纵向方向，即改变光路方向。
56.当所述平面镜1134位于所述光纤200的位置，其中包括用于穿过所述光纤200的通孔。
57.如图4或5所示，所述平面镜1134可以位于所述激光的光路上的所述光束整形器1131与所述聚焦器1132之间，其用于将来自所述光束整形器1131的环形光束反射到所述聚焦器1132上。
58.所述光栅夹持单元114用于固定所述待处理光纤200的光栅201。
59.如图1、3、4或8所示，所述光栅夹持单元114可以包括直线扫描器1141，其用于控制所述光栅夹持单元114进行所述光纤200的纵向方向的调节，使得所述聚焦器1132的焦点在所述光栅201上扫描。
60.所述系统100还可以包括过程光谱实时监控装置，当所述激光器112为用于输出脉冲激光至所述激光发散聚焦单元113的脉冲激光器时，所述过程光谱实时监控装置用于在所述脉冲激光器停止输出脉冲激光期间进行检测。
61.所述过程光谱实时监控装置包括：宽带光源121和光谱分析仪122。
62.所述宽带光源121用于输出宽带光经过所述光栅201至所述光谱分析仪122。所述宽带光能够覆盖待处理光纤200的光栅201反射波段的非相干光，输出功率一般在毫瓦量级。宽带光源可以为内部集成防回返光的隔离器，也可以外接隔离器。
63.所述光谱分析仪122用于检测经过所述光栅201后的反射光和/或透射光的光谱信息。
64.所述过程光谱实时监控装置还可以包括第一模式匹配器123和第二模式匹配器124。
65.所述第一模式匹配器123用于将所述宽带光转化为可以在所述待处理光纤200中传输的光。
66.所述第二模式匹配器124用于将可以在所述待处理光纤200中传输的光转化为所述光谱分析仪122可以接收的光。
67.所述光谱分析仪122可以用于检测经过所述光栅201后的透射光谱中的透射谷的中心波长、谱宽以及深度是否达到可接收的第一预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度，如图10所示，横坐标为光谱的波长值(单位nm)，纵坐标为归一化的强度值(单位db)，0db的横线301表示未接入光栅201的原始透射谱，实线302为未进行高温退火前的透射光谱，虚线303为高温退火后的透射光谱，横线304表示第一预定阈值，对比图中退火前和退火后的透射谷可知，退火可使光栅201的透射光增强，为了在去除光纤200中残余氢原子的同时，不造成栅区的大面积擦除，本发明参考光谱分析仪122检测出的透射谷的中心波长、谱宽以及深度是否达到可接收的第一预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。
68.其中，所述退火温度为300～800℃之间。
69.所述光谱分析仪122也可以用于检测经过所述光栅201后的反射光谱中的反射峰的中心波长、谱宽以及高度是否达到第二预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。
70.所述系统100还可以包括热成像仪130，其用于检测和监控所述光栅201的退火温度。
71.为了方便理解，下面通过实施例进一步展开说明：
72.实施例1
73.如图1所示，系统100包括所述激光退火装置包括：基准平台111、激光器112、激光发散聚焦单元113和光栅夹持单元114。
74.所述基准平台111固定所述激光器112、所述激光发散聚焦单元113和所述光栅夹持单元114。
75.所述激光器112输出激光至所述激光发散聚焦单元113；所述激光发散聚焦单元113将所述激光先发散再沿着待处理光纤200的纵向方向聚焦到光栅201，其中激光发散聚焦单元113包括光束整形器1131、准直器1133和聚焦器1132；光束整形器1131为外凸的锥透镜，位于激光器112的前方，将来自所述激光器112的激光整形为环形发散光束；准直器1133为位于光束整形器1131前方的抛物凹面镜，将来自所述光束整形器1131的发散的环形光束变为准直的环形光束，并反射到与光纤200垂直的方向；由位于光纤200位置的聚焦器1132将来自准直镜1133的准直环形光束会聚并反射到所述光栅201，其中聚焦器1132为抛物凹面镜，包括用于穿过所述光纤200的通孔。
76.光栅夹持单元114固定所述待处理光纤200的光栅201，其中光栅夹持单元114还包括直线扫描器1141，开启直线扫描器1141控制所述光栅夹持单元114进行所述光纤200的纵向方向的调节，如图1中直线扫描器1141下方箭头所示，使得所述聚焦器1132的焦点在所述光栅201上扫描，即光栅201缓慢经过聚焦器1132的焦点进行高温退火，采用热像仪130实时检测和监控光栅201的温度，调节激光器112输出功率，使光栅201的温度达到退火温度，选择特定的升温、恒温和降温曲线，并根据实际的退火需求确定整个退火时间。
77.宽带光源121输出宽带光至第一模式匹配器123；第一模式匹配器123将所述宽带光转化为可以在所述待处理光纤200中传输的光；第二模式匹配器124用于将可以在所述待处理光纤200中传输的光转化为所述光谱分析仪122可以接收的光；图中光谱分析仪122检测经过所述光栅201后的反射光和透射光的光谱信息(如图10所示)，具体地，右侧光谱分析仪122检测经过所述光栅201后的透射光谱中的透射谷的中心波长、谱宽以及深度是否达到可接收的第一预定阈值，图中左侧光谱分析仪122检测经过所述光栅201后的反射光谱中的反射峰的中心波长、谱宽以及高度是否达到第二预定阈值，根据上述反射光和透射光的光谱信息来优化局部高温退火的退火时间和退火温度，具体地，当达到第一预定阈值或第二预定阈值时，停止退火操作以免导致光栅201的损坏。光谱检测与激光加热光栅201操作交错进行，以防两者的光束互相干扰。
78.本实施例的优点如下：第一，光束整形器1131采用锥透镜，不仅能使得来自激光器112的激光变为环形发散光束方便以较小的入射角聚焦到光栅201的外周表面而非仅对一侧加热，使得光栅201退火均匀，并且对比采用一般的球面透镜或球面面镜，锥透镜整形出的激光为环形发散光束相对于圆形发散光束，环形发散光束的能量集中在圆环上，当聚焦到光纤时具有较小的入射角，能够减少反射，使得用于对光栅进行加热退火的有效能量更高；第二，利用准直器1133将来自所述光束整形器1131的发散的环形光束一次会聚变为准直的环形光束，方便在退火前调节激光器112、光束整形器1131和准直镜1133所在位置使得经过准直镜1133的光束精准照射在聚焦器1132上，并且准直环形光束可以减小最终聚焦到光栅201上的光束的入射角，使得光栅201获得更高的退火温度和能量利用率，另外准直镜1133采用具有反射功能的面镜而非透镜，可以将水平方向光路反射为垂直方向光路，使得激光器112和光束整形器1131设置在水平方向即可，而无需在垂直方向延伸设置光束整形器1131的上方，从而使得光路以及整套系统更紧凑，节省空间；第三，利用聚焦器1132二次会聚将来自准直镜1133的准直环形光束会聚并反射到所述光栅201，进一步减小照射到光栅201上的光束的入射角，提高入射光束能量；第四，采用光栅夹持单元114固定所述待处理光纤200的光栅201，使得光栅201位置稳定，光栅夹持单元114中的直线扫描器1141用于控
制光栅201在所述光纤200的纵向方向上缓慢移动，使得光栅201在光纤200的纵向方向上得到均匀高温退火；第五，利用光谱检测得到的反射光和透射光的光谱信息实时精确控制和优化局部高温退火的退火温度和退火时间。
79.实施例2和3
80.如图3所示，实施例2所示的系统100对比实施例1，激光发散聚焦单元113中省略准直镜1133，增加平面镜1134，将聚焦器1132设置在原准直镜1133位置，将平面镜1134设置在原聚焦器1132位置，即平面镜1134位于光纤200位置，其他部分与实施例1一致。
81.聚焦器1132为位于光束整形器1131前方的椭球凹面镜，将来自所述光束整形器1131的发散的环形光束变为会聚但不准直的环形光束，并反射到与光纤200垂直的方向；由位于光纤200位置的平面镜1134反射并聚焦到所述光栅201，其中平面镜1134包括用于穿过所述光纤200的通孔。
82.实施例2省略高成本的准直镜1133增加低成本的平面镜1134，利用椭球面的聚焦器1132对来自光束整形器1131的发散环形光束进行一次大角度会聚，可以大大节省成本。另外，平面镜1134与聚焦器1132可以进行位置互换，如图4所示的实施例3，上述两实施例相比，实施例3由于聚焦器1132距离焦点更近，最终会聚光束的入射角更小，能量利用率更高。
83.实施例4
84.如图5所示，实施例4所示的系统100对比实施例3，激光发散聚焦单元113中增加了另一个位于光纤200位置的平面镜1134，将采用椭球凹面镜的聚焦器1132更换为采用凸透镜并设置在两平面镜1134之间的与所述光纤200垂直的光路上，其包括用于上下调节所述聚焦器1132位置的直线扫描器1141，光栅夹持单元114中省略直线扫描器1141，其他部分与实施例3一致。
85.平面镜1134位于光束整形器1131前方，将来自所述光束整形器1131的发散的环形光束反射到与光纤200垂直的方向；聚焦器1132为位于与所述光纤200垂直的光路上的凸透镜，将来自平面镜1134反射的环形发散光束会聚到所述光纤200上，其包括的用于上下调节所述聚焦器1132位置的直线扫描器1141，使得所述聚焦器1132的焦点经位于光纤200位置处的平面镜1134反射沿着所述光纤200的纵向方向扫描所述光栅201，位于光纤200位置的平面镜1134包括用于穿过所述光纤200的通孔。
86.实施例4中包括直线扫描器1141的聚焦器1132采用凸透镜并设置在两平面镜1134之间的与所述光纤200垂直的光路上，可以上下调节聚焦器1132位置，通过控制最终聚焦到光栅201上光束焦点在所述光纤200的纵向方向上缓慢移动，使得光栅201在光纤200的纵向方向上得到均匀高温退火。相较于前3个实施例通过调节光栅201位置实现光栅201在光纤200的纵向方向上的均匀高温退火，实施例4调节聚焦器1132控制光束焦点操作结构更简单，更容易实现。
87.实施例5和6
88.如图6所示，实施例5所示的系统100对比实施例4，激光发散聚焦单元113中省略位于光束整形器1131前方的平面镜1134，将其位置设置光束整形器1131，其他部分与实施例4一致。
89.光束整形器1131为位于激光器112前方的外凸的锥面镜，将来自所述激光器112的激光整形为环形发散光束，并反射到与光纤200垂直的方向上的聚焦器1132。
90.实施例5中激光发散聚焦单元113省略位于光束整形器1131前方的平面镜1134，节省成本；并且光束整形器1131采用面镜而非透镜(如图7所示)，同样可以将水平方向光路反射为垂直方向光路，使得激光器112设置在水平方向即可，与图7所示的实施例6相比，无需在垂直方向延伸设置于聚焦器1132的上方，从而使得光路以及整套系统更紧凑，节省空间。
91.实施例7
92.如图8所示，实施例7所示的系统100对比实施例1，激光发散聚焦单元113中省略准直镜1133，将其位置设置光束整形器1131，其他部分与实施例1一致。
93.光束整形器1131为位于激光器112前方的外凸的锥面镜，将来自所述激光器112的激光整形为环形发散光束，并反射到与光纤200垂直的方向上；由位于光纤200位置的椭球面聚焦器1132将来自光束整形器1131的环形发散光束会聚并反射到所述光栅201。
94.实施例7中激光发散聚焦单元113省略位于准直镜1133，节省成本，并且由于减少了一个透镜，从而减少了激光能量损耗。
95.实施例8
96.如图9所示，实施例8所示的系统100对比实施例7，激光发散聚焦单元113在增加了聚焦器1132，并设置在原光束整形器1131和原位于光纤200位置的聚焦器1132之间的与所述光纤200垂直的光路上，其包括用于上下调节所述聚焦器1132位置的直线扫描器1141，光栅夹持单元114中省略直线扫描器1141，其他部分与实施例7一致。
97.新增加的聚焦器1132为位于与所述光纤200垂直的光路上的凸透镜，将来自光束整形器1131的环形发散光束一次会聚到所述光纤200上，其包括的用于上下调节此聚焦器1132位置的直线扫描器1141，使得所述聚焦器1132的焦点经位于光纤200位置处的原聚焦器1132二次会聚并反射沿着所述光纤200的纵向方向扫描所述光栅201，位于光纤200位置的原聚焦器1132包括用于穿过所述光纤200的通孔。
98.实施例8中新增加的聚焦器1132采用凸透镜并设置在与所述光纤200垂直的光路上，可以上下调节其位置，通过控制最终聚焦到光栅201上光束焦点在所述光纤200的纵向方向上缓慢移动，使得光栅201在光纤200的纵向方向上得到均匀高温退火。相较于通过调节光栅201位置实现光栅201在光纤200的纵向方向上的均匀高温退火，调节聚焦器1132控制光束焦点操作更简单，更容易实现。
99.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了光纤光栅激光退火系统的若干装置、单元、或模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。
100.此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明光纤光栅激光退火方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
101.虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

技术特征：
1.一种光纤光栅激光退火系统，其特征在于，所述系统包括激光退火装置；所述激光退火装置包括：基准平台、激光器、激光发散聚焦单元和光栅夹持单元；其中所述基准平台用于固定所述激光器、所述激光发散聚焦单元和所述光栅夹持单元；所述激光器用于输出激光至所述激光发散聚焦单元；所述激光发散聚焦单元用于将所述激光先发散再沿着待处理光纤的纵向方向聚焦到光栅；所述光栅夹持单元用于固定所述待处理光纤的光栅。2.根据权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述系统还包括过程光谱实时监控装置；所述过程光谱实时监控装置包括：宽带光源和光谱分析仪；其中所述宽带光源用于输出宽带光经过所述光栅至所述光谱分析仪；所述光谱分析仪用于检测经过所述光栅后的反射光和/或透射光的光谱信息。3.根据权利要求2所述的激光退火系统，其特征在于，所述过程光谱实时监控装置还包括第一模式匹配器和第二模式匹配器；其中所述第一模式匹配器用于将所述宽带光转化为可以在所述待处理光纤中传输的光；所述第二模式匹配器用于将可以在所述待处理光纤中传输的光转化为所述光谱分析仪可以接收的光。4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述激光发散聚焦单元包括光束整形器和聚焦器；所述光束整形器用于将所述激光变为发散光束；所述聚焦器用于将所述发散光束变为聚焦到所述光栅的会聚光束。5.根据权利要求4所述的激光退火系统，其特征在于，所述激光发散聚焦单元还包括准直器，其用于将所述发散光束变为准直光束；所述聚焦器用于将所述准直光束聚焦到所述光栅。6.根据权利要求4或5所述的激光退火系统，其特征在于，所述激光发散聚焦单元还包括平面镜，其用于将光束反射到与所述光纤垂直的方向或者沿着所述光纤的纵向方向。7.根据权利要求5或6所述的激光退火系统，其特征在于，所述光束整形器采用凸透镜、凹透镜、凸面镜或凹面镜；所述聚焦器和所述准直器采用凸透镜或凹面镜；8.根据权利要求7所述的激光退火系统，其特征在于，所述光束整形器所采用的凸透镜或凹透镜为外凸或内凹的锥透镜。9.根据权利要求7所述的激光退火系统，其特征在于，所述光束整形器所采用的凸面镜或凹面镜为外凸或内凹的锥面镜。10.根据权利要求7所述的激光退火系统，其特征在于，所述聚焦器和所述准直器所采用的凹面镜为抛物面镜。11.根据权利要求4-10中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述聚焦器位于所述光纤的位置，其中包括用于穿过所述光纤的通孔。12.根据权利要求6-11中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述平面镜位于所述光纤的位置，其中包括用于穿过所述光纤的通孔。
13.根据权利要求4-12中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述光束整形器位于所述激光器的前方，其用于将来自所述激光器的激光整形为环形光束。14.根据权利要求13所述的激光退火系统，其特征在于，所述光束整形器为锥面镜，其用于将所述激光的环形光束反射到与所述光纤垂直的方向。15.根据权利要求13或14所述的激光退火系统，其特征在于，所述聚焦器为位于所述光束整形器前方的椭球面镜，其用于将来自所述光束整形器的环形光束会聚反射到与所述光纤垂直的方向，并由位于所述光纤位置的平面镜反射并聚焦到所述光栅；所述聚焦器为位于所述光纤处的椭球面镜，其用于将来自所述光束整形器的环形光束会聚反射到所述光栅；或所述聚焦器为位于与所述光纤垂直的光路上的凸透镜，其用于将来自所述光束整形器的环形光束会聚到所述光纤上，并由位于所述光纤上的平面镜反射聚焦到所述光栅。16.根据权利要求5-15中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述准直器位于所述激光的光路上的所述光束整形器与所述聚焦器之间，其用于将来自所述光束整形器的环形光束变为准直的环形光束，并照射在所述聚焦器上。17.根据权利要求6-16中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述平面镜位于所述激光的光路上的所述光束整形器与所述聚焦器之间，其用于将来自所述光束整形器的环形光束反射到所述聚焦器上。18.根据权利要求13或14所述的激光退火系统，其特征在于，所述聚焦器为位于与所述光纤垂直的光路上的凸透镜，其包括用于上下调节所述聚焦器位置的直线扫描器，使得所述聚焦器的焦点经位于光纤位置处的平面镜反射沿着所述光纤的纵向方向扫描所述光栅。19.根据权利要求1-18中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述光栅夹持单元包括直线扫描器，其用于控制所述光栅夹持单元进行所述光纤的纵向方向的调节，使得所述聚焦器的焦点在所述光栅上扫描。20.根据权利要求2-19中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述光谱分析仪用于检测经过所述光栅后的透射光谱中的透射谷的中心波长、谱宽以及深度是否达到第一预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。21.根据权利要求2-20中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述光谱分析仪用于检测经过所述光栅后的反射光谱中的反射峰的中心波长、谱宽以及高度是否达到第二预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。22.根据权利要求1-21中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述系统还包括热成像仪，其用于检测和监控所述光栅的退火温度。23.根据权利要求2-22中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述激光器为脉冲激光器，其用于输出脉冲激光至所述激光发散聚焦单元；所述过程光谱实时监控装置用于在所述脉冲激光器停止输出脉冲激光期间进行检测。24.根据权利要求4-23中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，聚焦到所述光栅的所述会聚光束入射角在10度～70度的范围内。25.根据权利要求1-24中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述光栅的长度为0.5cm～10cm。26.根据权利要求20-25中的任一项所述的激光退火系统，其特征在于，所述退火温度
为300～800℃之间。27.一种光纤光栅激光退火方法，其特征在于，所述方法包括：将来自激光器的激光整形为发散的激光；将所述发散的激光沿着待处理光纤的纵向方向聚焦到光栅；对所述光栅进行退火操作。28.根据权利要求27所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述退火操作过程中检测宽带光经过所述光栅后的反射光和/或透射光的光谱信息。29.根据权利要求28所述的激光退火方法，其特征在于，其中包括：将所述宽带光转化为可以在所述待处理光纤中传输的光；将可以在所述待处理光纤中传输的光转化为所述光谱分析仪可以接收的光。30.根据权利要求27所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述发散光束变为准直光束；将所述准直光束聚焦到所述光栅。31.根据权利要求29或30所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：用平面镜将光束反射到与所述光纤垂直的方向或者沿着所述光纤的纵向方向。32.根据权利要求27-31中的任何一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述激光整形为环形光束。33.根据权利要求32所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述激光的环形光束反射到与所述光纤垂直的方向。34.根据权利要求32或33所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述环形光束会聚反射到与所述光纤垂直的方向，并由位于所述光纤位置的平面镜反射并聚焦到所述光栅；通过位于所述光纤上的抛物面镜或椭球面镜将所述环形光束会聚反射到所述光栅；或将所述环形光束会聚到所述光纤上，并由位于所述光纤上的平面镜反射聚焦到所述光栅。35.根据权利要求32-34中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述环形光束变为准直的环形光束。36.根据权利要求32-34中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：上下调节与所述光纤垂直的光路上的凸透镜的位置，使得所述凸透镜的焦点经位于光纤位置处的平面镜反射沿着所述光纤的纵向方向扫描所述光栅。37.根据权利要求27-36中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：控制所述光栅进行所述光纤的纵向方向的调节，使得聚焦在所述光栅上的焦点在所述光栅上扫描。38.根据权利要求28-37中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：检测经过所述光栅后的透射光谱中的透射谷的中心波长、谱宽以及深度是否达到第一预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。39.根据权利要求28-38中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：检测经过所述光栅后的反射光谱中的反射峰的中心波长、谱宽以及高度是否达到第二
预定阈值来优化局部高温退火的退火时间和退火温度。40.根据权利要求27-39中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：利用热成像仪检测和监控所述光栅的退火温度。41.根据权利要求28-40中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述方法还包括：所述激光为脉冲激光；在所述脉冲激光停止输出期间检测宽带光经过所述光栅后的反射光和/或透射光的光谱信息。42.根据权利要求27-41中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，聚焦到所述光栅的会聚光束入射角在10度～70度的范围内。43.根据权利要求27-42中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述光栅的长度为0.5cm～10cm。44.根据权利要求38-43中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述退火温度为300～800℃之间。

技术总结
本发明提供了一种光纤光栅激光退火系统及其方法。其中所述系统包括激光退火装置；所述激光退火装置包括：基准平台、激光器、激光发散聚焦单元和光栅夹持单元；其中所述基准平台用于固定所述激光器、所述激光发散聚焦单元和所述光栅夹持单元；所述激光器用于输出激光至所述激光发散聚焦单元；所述激光发散聚焦单元用于将所述激光先发散再沿着待处理光纤的纵向方向聚焦到光栅；所述光栅夹持单元用于固定所述待处理光纤的光栅。本发明的光纤光栅激光退火系统及其方法有效解决了单侧激光退火受热不均匀的问题，并集成了退火过程光谱参数实时监测模块、退火参数可以根据实时测试的光谱信息进行精确控制和优化。信息进行精确控制和优化。


技术研发人员：刘广柏 李文涛 李骁军 韦锦 严超
受保护的技术使用者：上海飞博激光科技股份有限公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/8/14