一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法技术

一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，包括如下步骤：步骤一：搭建飞秒激光加工设备；步骤二：将倍半氧化物单晶光纤，放置在XYZ三维电动平台上；步骤三：在飞秒表面激光微加工装置的操作下，通过观察CCD的实时图像来调整显微物镜和三维电动平台的位置，使激光聚焦到倍半氧化物单晶光纤的表面，通过计算机控制三维电动平台，根据需求编写程序代码，调控参数；步骤四：利用飞秒激光直写技术对倍半氧化物单晶光纤进行微加工，在倍半氧化物单晶光纤内部制备包层光波导结构；步骤五：利用倍半氧化物单晶光纤端面耦合装置计算制备包层后的倍半氧化物单晶光纤的传播损耗。本发明专利技术成本较低，制备工艺简单，制备周期较短。制备周期较短。制备周期较短。

【技术实现步骤摘要】
一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法


[0001]本专利技术属于倍半氧化物单晶光纤微加工领域，具体地说是一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着石英光纤材料性能的不断提升和光纤激光技术的不断发展，光纤激光器的输出功率得到了显著的提高。但是对于传统光纤激光器来说，由于光纤材料的物理性质，KW量级已达到石英玻璃光纤的传输极限。石英玻璃的低导热率导致光纤内的热梯度变大，热透镜效应加剧光束质量变差。虽然加长光纤长度可以改善热透镜效应，但又会因此加剧受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)和受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)等非线性效应，从而在一定程度上限制了输出功率的进一步提高。因此，传统石英光纤很难满足未来对于激光功率的需求。
[0003]倍半氧化物单晶光纤是一种新型的高性能光学材料，它兼具晶体和光纤的优势，具有更好热性能、更高熔点、更小布里渊散射系数、更高损伤阈值和非线性效应阈值等优点，是打破当前光纤激光器功率限制，获得更高输出功率、解决大功率激光器散热难问题的最有效的方法。面对小型化、集成化激光器发展趋势，倍半氧化物单晶光纤具有良好的应用前景。
[0004]对于未包层的倍半氧化物单晶光纤来说，其激光模式更多、使用环境受限且损耗过高。因此，为了使倍半氧化物单晶光纤实际应用在光纤激光器中，对晶体进行包层处理就显得尤为重要。然而，目前倍半氧化物单晶光纤缺乏有效的光纤包层技术，其所采用包层方式主要包括涂覆法、溶胶－凝胶法、磁控溅射法、液相外延（LPE）法以及共拉伸激光加热基座（CDLHPG）法，Shasta公司尝试用溶胶－凝胶法为倍半氧化物单晶光纤制备YAG包层，并根据YAG凝胶的粘稠度控制倍半氧化物单晶光纤通过凝胶的速度，使凝胶均匀附着在倍半氧化物单晶光纤表面，但是所制备出的包层出现了断裂现象；Myers等人通过磁控溅射法将合适长度的YAG倍半氧化物单晶光纤放置在丙酮或异丙醇中进行超声处理，通入Ar和O2的混合气的同时使用多个高纯度YAG溅射靶实现包层的均匀覆盖，但是这一过程要持续数百个小时，包层生长周期过长，不利于大批量生产；Chien
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Chih课题组等人利用溶液涂覆法在Ti：Al2O3倍半氧化物单晶光纤表面制备晶态Al2O3包层，其成本较低，制备工艺简单，但是包层内部极易生成气孔等缺陷，致密性较差。为了解决所制备的包层与纤芯材料的光、热性能匹配度差，难以实现高效的光波导的问题，急需开发适用于单晶纤芯的微结构包层，从而提高激光模式质量，降低热膨胀差异，实现高性能倍半氧化物单晶光纤激光输出。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，包括如下步骤：步骤一：搭建飞秒激光加工设备，参数设置为飞秒激光的工作中心波长800 nm，脉宽120 fs，重复频率1 kHz，最高脉冲能量1 mJ；步骤二：将倍半氧化物单晶光纤用酒精擦拭干净，两端用切割刀切割后保持端面平整，放置在XYZ三维电动平台上；步骤三：在飞秒表面激光微加工装置的操作下，通过观察CCD的实时图像来调整显微物镜和三维电动平台的位置，使激光聚焦到倍半氧化物单晶光纤的表面，通过计算机控制三维电动平台，根据需求编写程序代码，调控参数；步骤四：利用飞秒激光直写技术对倍半氧化物单晶光纤进行微加工，经过多次扫描在倍半氧化物单晶光纤内部制备包层光波导结构；步骤五：利用倍半氧化物单晶光纤端面耦合装置将氦氖激光器发出的光耦合到波导结构中，从而计算制备包层后的倍半氧化物单晶光纤的传播损耗。
[0007]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的倍半氧化物单晶光纤的材料为Re2O3陶瓷晶体材料，Re=Y, Sc, Lu, Gd。
[0008]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的半氧化物倍半氧化物单晶光纤的材料为Lu2O3陶瓷晶体材料。
[0009]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的中XYZ三维电动平台在水平方向即XY方向分辨率为100 nm，垂直方向即Z方向分辨率为1 μm。
[0010]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的步骤三中的飞秒表面激光微加工装置包括：飞秒激光器，半波片，格兰泰勒棱镜，滤波片，电动快门，照明光源，计算机，控制器，CCD ，透镜，分束镜，分色镜，显微物镜，倍半氧化物单晶光纤，三维电动平台。
[0011]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的飞秒表面激光微加工装置的操作过程为：飞秒激光器中的激光束经过半波片，旋转以转换输入光的偏振，到达格兰泰勒棱镜后再通过滤波片进行滤波，经过电动快门的激光光束通过分色镜后进入光路，照明光源经过分束镜后进入光路，CCD 通过透镜后再经过分束镜、分色镜到达显微物镜，通过计算机观察CCD 上的实时图像，且计算机连接的电动快门配合写入加工程序，来控制飞秒激光器的开关，计算机通过控制器及时调整倍半氧化物单晶光纤在三维电动平台的位置，激光光束最终通过显微物镜聚焦在倍半氧化物单晶光纤上，利用计算机设定激光的参数：写入速率为500 μm/s，横向间隔为3μm，写入深度为1.5 μm，通过电动快门、三维电动平台、CCD的配合，从而使激光在倍半氧化物单晶光纤内部形成大量等间隔、同深度的圆形几何形状；这些写入痕迹处折射率降低，其包裹区域折射率升高，最终实现激光在倍半氧化物单晶光纤中的全反射。
[0012]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的步骤五中的倍半氧化物单晶光纤端面耦合装置包括氦氖激光器，半波片。
[0013]如上所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，所述的倍半氧化物单晶光纤端面耦合装置的使用方法为：氦氖激光器16发出的光被耦合到波导结构中，将半波片17放置于显微物镜之前，旋转以转换输入光的偏振；CCD 和功率计分别放置在显微物镜之后，并通过CCD 对倍半氧化物单晶光纤的端面进行成像，同时通过功率计测量输出功率和输入
功率来计算传播损耗。
[0014]本专利技术的优点是：本专利技术成本较低，制备工艺简单，制备周期较短；本专利技术的制备方法可随意调控写入深度长度，自由度高；本专利技术同时可以设计各种切割结构，结构多变，便于使用；本专利技术的微加工过程为高质量无热加工，避免造成倍半氧化物单晶光纤的热损伤；本专利技术的微加工操作能有效避免所制备的包层与纤芯材料的光、热性能匹配度差的问题，可以实现高效的光波导；同时本专利技术不需要另外增加额外的包层，避免了另外制备包层可能出现的缺陷、致密性差、表面均匀性差等问题；而且本专利技术写入痕迹形成一定的二维空间封闭的几何结构，脉冲激光辐照区域折射率明显降低，包裹区域折射率就相对升高，从而实现激光的单模传输。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：搭建飞秒激光加工设备，参数设置为飞秒激光的工作中心波长800 nm，脉宽120 fs，重复频率1 kHz，最高脉冲能量1 mJ；步骤二：将倍半氧化物单晶光纤用酒精擦拭干净，两端用切割刀切割后保持端面平整，放置在XYZ三维电动平台上；步骤三：在飞秒表面激光微加工装置的操作下，通过观察CCD的实时图像来调整显微物镜和三维电动平台的位置，使激光聚焦到倍半氧化物单晶光纤的表面，通过计算机控制三维电动平台，根据需求编写程序代码，调控参数；步骤四：利用飞秒激光直写技术对倍半氧化物单晶光纤进行微加工，经过多次扫描在倍半氧化物单晶光纤内部制备包层光波导结构；步骤五：利用倍半氧化物单晶光纤端面耦合装置将氦氖激光器发出的光耦合到波导结构中，从而计算制备包层后的倍半氧化物单晶光纤的传播损耗。2.根据权利要求1所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，其特征在于：所述的倍半氧化物单晶光纤的材料为Re2O3陶瓷晶体材料，Re=Y, Sc, Lu, Gd。3.根据权利要求2所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，其特征在于：所述的半氧化物倍半氧化物单晶光纤的材料为Lu2O3陶瓷晶体材料。4.根据权利要求1所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，其特征在于：所述的中XYZ三维电动平台在水平方向即XY方向分辨率为100 nm，垂直方向即Z方向分辨率为1 μm。5.根据权利要求1所述的一种倍半氧化物单晶光纤包层的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中的飞秒表面激光微加工装置包括：飞秒激光器，半波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，杨克建，张百涛，梁洋洋，
申请(专利权)人：山东铂锐激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：