扫线加工光纤光栅是飞秒激光制备光纤光栅的一种实现方式,依靠激光沿着光纤纤芯做扫描走线,在光纤内部形成周期性的折射率调制,以此构建光纤光栅结构,该工艺不需要光纤具备光敏预处理,依靠飞秒激光和光纤材料的非线性相互作用完成光栅写入。相比其他刻写方式,扫线加工光纤光栅可以形成范围更广的折射率调制区域,在通信、光纤传感领域都有对应的应用空间。
杭州玉之泉精密仪器有限公司的公里级光纤光栅加工系统,就支持
扫线加工光纤光栅,整套设备以飞秒激光器作为光源,激光器的重复频率可以在较大区间调节,脉冲宽度维持在飞秒级别,同时具备倍频输出选项,可以选配不同输出波长,适配不同的加工工况。光学系统搭载能量调节模块,能够精细调控激光输出能量,搭配成像相机完成加工过程的观测,同时可以选配扫描振镜、焦面自动跟踪等模块拓展设备能力。
设备搭载多功能工件台,一方面设置大面积样品工位,可以处理四英寸规格的平面样品,另一方面专门设置光纤光栅加工工位,保障光纤刻写的作业空间。三点式二维调平机构,能够对样品姿态做精细调节,降低光纤放置倾斜带来的加工偏差。高精度位移台为加工提供运动基础,三轴行程可以覆盖较大范围,定位与重复定位表现保障扫线加工光纤光栅过程中激光作用位置的稳定。
这套设备配备自动卷纤机,是实现长距离扫线加工光纤光栅的重要硬件,卷纤长度可以达到五公里以上,卷纤运行速度可控,张力控制保持在较小波动,同时具备计米与自动对准功能。在进行长光纤扫线加工光纤光栅的时候,光纤随卷纤机构匀速输送,激光持续扫描走线,能够完成连续长距离光栅制备,不用人工反复拆装光纤,减少人为操作引入的误差。
扫线加工光纤光栅的过程中,光栅多项光谱指标可以通过设备参数进行调节,光栅反射率可以在较宽区间调整,同时可以获得理想的边模抑制表现,光栅的中心波长偏移控制在较小范围。除了扫线加工光纤光栅之外,该设备同时具备图形化加工能力,除光纤光栅之外,也可以完成透明介质内部波导加工,波导加工可以做到较低损耗。
实际开展扫线加工光纤光栅作业,需要完成光纤装夹对准,设置激光器重复频率、输出能量,配置卷纤运行参数,确认位移台运动逻辑,之后启动整套加工流程。加工过程中成像相机实时观察光纤位置,卷纤机构稳定输送光纤,飞秒激光持续扫描走线,完成光栅折射率调制。这套设备可以覆盖市场主流的光栅种类,面向光纤传感、光通信器件研发场景,给科研人员提供工艺硬件支撑。