【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅制备，更具体地，涉及一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法及系统。
技术介绍
1、光纤光栅是一种衍射型无源器件，由于体积小、结构简单、插入损耗小、易与光纤系统相匹配而被广泛的应用于光纤传感、光纤通信、光纤激光器等领域。在光纤通信中，利用光纤光栅模式耦合的特性，可以实现基模向高阶模式的高效耦合，扩大通信容量；在光纤激光器中，利用光纤光栅模式耦合的特性可以输出不同模式的激光，实现输出光场的调控。
2、按照光栅周期的大小可将光栅分为长周期光栅和布拉格光栅，由于长周期光纤光栅具有正向传播、模式耦合效率高、模式转换带宽大等优势，常被应用于光纤中的模式耦合。
3、长周期光纤光栅的制作方法有多种，包括化学腐蚀法、电弧放电法、机械挤压法、声学调制法、激光刻写法等。其中，激光刻写法有着重复度高、加工简单、光栅效果好等优势而成为较常用的手段。
4、利用二氧化碳激光器逐点法，单面曝光刻写光纤光栅，基于光纤中石英材料对二氧化激光10.6微米波段激光高的热吸收效率而导致残余应力释放及光纤几何形变，在单面轴向上形成周期性折射率分布，可以打破模式正交性，实现基模向高阶模式的高效耦合，现如今已实现基模向四阶模式的耦合。利用飞秒激光器逐线法，高精度、非对称性地刻写在光纤纤芯附近的某一面上，基于多光子吸收效应、隧穿电离、雪崩电离等效应能高重复性的形成光栅结构，实现基模向高阶模式的耦合。
5、无论在光纤通信中模式的解复用还是高功率激光器中控制光束质量皆有高阶模式耦合成为基模的需求，现如今高
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法及系统，通过在光纤中包层与纤芯交界处用激光加工，引起光纤的折射率变化，环形光纤光栅角向360度皆有折射率变化，因此能将各方位角的高阶模式耦合，耦合效率更高，所需光栅周期数目更小，光栅长度更短，设计光栅的区域不处于纤芯中心以减小损耗，环形光纤光栅具有圆对称性，能够有效地将光纤横截面上各方位角的高阶模式耦合成为基模，避免因光纤折射率分布不均匀或者受外界环境扰动影响的高阶模式出现横向模场方位角随机而影响模式耦合的问题，通过调节激光器的出光时间、占空比以及电动旋转夹具的转速完成环形光栅的制作。
2、为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，包括如下步骤：
3、s100:开启飞秒激光器及相应设备，待机一定的时间，保证后续激光加工的稳定性；
4、s200:剥除光纤需要加工位置处的涂覆层，调整两侧电动旋转夹具的相对距离和高度，使光纤裸露部分处于两侧电动旋转夹具中间，调整电动位移平台的水平和竖向位置；
5、s300:在计算机上预设光栅周期λ、电动旋转夹具的旋转速度、电动位移平台的移动速度、激光阀门开关的间隔时间以及周期数；
6、s400:戴上防护眼镜，执行预设程序，光纤经过激光加工完成后，关闭飞秒激光器，最终在光纤纤芯与包层交界面形成沿着光纤轴周期性分布的环形光纤光栅，通过在光纤中包层与纤芯交界处用激光加工，引起光纤的折射率变化，环形光纤光栅向360度皆有折射率变化，用于将各角度的高阶模式耦合。
7、进一步地，步骤s200中，具体包括以下步骤：
8、s210：剥除光纤需要加工位置处的涂覆层，用光纤纸沾酒精将光纤裸漏部分擦干；
9、s220：将光纤水平轻放在电动旋转夹具的凹槽中，调节两侧电动旋转夹具的相对距离和高度，使光纤裸露部分处于两侧电动旋转夹具中间，保证两侧电动旋转夹具的距离大于光纤裸漏部分的长度，放置过程中保持光纤不发生弯曲，不受手上应力影响；
10、s230：调整电动位移平台的水平位置，使飞秒激光器的出光位置与左侧电动旋转夹具右边的距离大于聚焦光斑的半径；
11、s240：调节电动位移平台相对飞秒激光器的高度，保证聚焦光斑的圆心能够聚焦在光纤纤芯和包层交界处；
12、s250：选择合适的聚焦透镜和光阑，在滤除杂散光的同时使聚焦光斑大小满足设计要求。
13、进一步地，所述飞秒激光器形成的聚焦光斑的直径为4～10微米，即环形光纤光栅的内外圈半径差为4～10微米。
14、进一步地，所述电动旋转夹具顶部设有能够根据光纤尺寸调整的凹槽，电动旋转夹具与电动位移平台滑动连接。
15、进一步地，所述两侧的电动旋转夹具的转速和转动方向一致。
16、进一步地，所述激光阀门、电动旋转夹具、电动位移平台均由计算机控制。
17、进一步地，所述飞秒激光器发出的激光本身所在位置固定不变，对光纤不同位置的加工由电动旋转夹具和电动位移平台带动光纤实现。
18、进一步地，所述激光阀门控制激光输出开启和停止，其开启时间与电动位移平台停止运动时间相同。
19、进一步地，所述光栅周期λ与光纤参数及耦合的模式相关。
20、按照本专利技术的另一方面，提供一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作系统，包括：
21、控制模块:开启飞秒激光器及相应设备，待机一定的时间，保证后续激光加工的稳定性；
22、调节模块:剥除光纤需要加工位置处的涂覆层，调整两侧电动旋转夹具的相对距离和高度，使光纤裸露部分处于两侧电动旋转夹具中间，调整电动位移平台的水平和竖向位置；
23、参数预设模块:在计算机上预设光栅周期λ、电动旋转夹具的旋转速度、电动位移平台的移动速度、激光阀门开关的间隔时间以及周期数；
24、执行模块:戴上防护眼镜，执行预设程序，最终在光纤纤芯与包层交界面形成沿着光纤轴周期性分布的环形光纤光栅。
25、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
26、1.本专利技术的环形光纤光栅制作方法，通过在光纤中包层与纤芯交界处用激光加工，引起光纤的折射率变化，环形光纤光栅向360度皆有折射率变化，因此能将各角度的高阶模式耦合，耦合效率更高，刻写出的环状光纤光栅具有圆对称性能，能够有效避免因光纤折射率分布不均匀或者受外界环境扰动影响的高阶模式出现横向模场方位角随机而影响模式耦合的问题，而且相对非对称结构引入的偏振相关损耗较小。
27、2.本专利技术的环形光纤光栅制作方法，刻写出的环状光纤光栅偏离光纤纤芯正中心，降低了激光加工引起纤芯结构破坏的损耗。
28、3.本专利技术的环形光纤光栅制作方法，刻写出的环状光纤光栅角向360度皆有折射率变化，因此能将各方位角的高阶模式耦合，耦合效率更高，所需光栅周期数目更小，光栅长度更短。
29、4.本专利技术的环形光纤光栅制作方法，通过飞秒激光器加工，具有精本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，步骤S200中，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述飞秒激光器(5)形成的聚焦光斑的直径为4～10微米，即环形光纤光栅(1)的内外圈半径差为4～10微米。
4.根据权利要求2所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述所述电动旋转夹具(7)顶部设有能够根据光纤尺寸调整的凹槽，电动旋转夹具(7)与电动位移平台(8)滑动连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述两侧的电动旋转夹具(7)的转速和转动方向一致。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述激光阀门(6)、电动旋转夹具(7)、电动位移平台(8)均由计算机(9)控制。
7.根据权利要求1-
8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述激光阀门(6)控制激光输出开启和停止，其开启时间与电动位移平台(8)停止运动时间相同。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述光栅周期Λ与光纤参数及耦合的模式相关。
10.一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作系统，其特征在于，应用实现如权利要求1-9中任一项所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，步骤s200中，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述飞秒激光器(5)形成的聚焦光斑的直径为4～10微米，即环形光纤光栅(1)的内外圈半径差为4～10微米。
4.根据权利要求2所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述所述电动旋转夹具(7)顶部设有能够根据光纤尺寸调整的凹槽，电动旋转夹具(7)与电动位移平台(8)滑动连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制作方法，其特征在于，所述两侧的电动旋转夹具(7)的转速和转动方向一致。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于高阶模式耦合基模的环形光纤光栅制...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴航，姜永亮，胡阿健，刘厚康，刘凌霄，刘示林，杜征宇，石文静，杨雨，白少康，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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