光纤光栅布拉格波长

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江苏激光联盟陈常军介绍:
《光电进展》杂志上的一篇新的出版物总结了飞秒激光在多芯光纤中直接写入光纤布拉格光栅的进展。


(a)在FBG写入过程中，飞秒激光束聚焦到多芯光纤的选定芯中。(b)在7芯光纤的侧芯中逐点写入FBGs的显微照片。资料来源:计算机脚本有限公司
近年来，多芯光纤通过光通信链路、高功率光纤激光器和放大器以及新型光传感器，为大容量数据传输技术的快速发展做出了巨大贡献。光纤布拉格光栅(FBG)是一种反射由折射率结构周期给定的特定共振波长的光的元件，它在基于这种光纤的设备的开发中起着关键作用。
在现有的光纤光栅写入方法中，使用可见或红外光谱范围的飞秒激光脉冲的直写技术似乎是加工多芯光纤的最佳选择。由于飞秒脉冲吸收的非线性特性，该技术不仅可以在选定的纤芯中雕刻FBG，还可以通过聚酰亚胺和丙烯酸酯纤维的保护涂层来实现。通过控制多芯光纤横截面中折射率校正区域的位置和激光脉冲能量，具有预定几何和光谱特性的FBG可以被刻在所需的横向(选定的芯)和轴向位置。
Ras(俄罗斯新西伯利亚)自动化与电气测量研究所SergeyBabin教授和罗马新西伯利亚州立大学(俄罗斯)和意大利sapienza大学(意大利)Stefan Wabnitz教授的研究团队回顾了该领域的最新进展，并在本文中介绍了他们在红外飞秒激光脉冲在多芯光纤中选择性写入FBG以及在实际应用中使用制造结构的实验结果。特别考虑了作者研制的多芯光纤形状传感器和光纤拉曼激光器。


具有直(A)和扭曲(B)侧芯的7芯mcf。
信号空分离的可能性使得多芯光纤对于开发用于测量光纤参数的物理效应的传感器具有吸引力。在回顾传感器的进展时，强调了三维形状传感器。由于其紧凑性、柔性、化学惰性和电磁不敏感性，三维形状传感器在微型机器人(特别是微创手术)、航空航天工业和监测工业设施的结构健康中有很大的需求。
多芯光纤也是发展高功率光纤激光器和放大器的一种很有前途的介质，因为在这种情况下，由于芯模净面积的增加，非线性效应对激光区的影响变弱。
飞秒激光技术可以改变透明材料内部的折射率，这在使用多芯光纤时提供了很高的自由度。除了光纤布拉格光栅，该技术还可用于制造空解复用通信的复杂光学集成元件，测量物理量和生物传感器的元件，激光系统的复杂布拉格镜组。


由E.M. Dianov纤维研究中心生产的不同类型mcf的显微照片。比例尺相当于20米
到目前为止，用于测量曲率、扭转和形状的多芯光纤传感器的研发表明，当采用各种方法时，测量精度较高，这些方法最适合各种情况。他们开发的下一步将集中于在单个器件中结合精度、性能和成本平衡方面的最佳解决方案。除了形状重建，还可以添加其他独立的可测分布参数，如温度、振动、压力等。


不同fs直写方法在纤芯中诱导的FBG结构示意图。(a)逐点法(高斯光束)。渐进法(高斯光束的横向扫描)。(c)面对面方法(像散高斯光束)。
多芯光纤激光器具有有趣的光谱特性，这是由于不同芯中的光纤光栅反射的辐射耦合引起的有效模式放大和干涉效应。进一步增加有源和无源光纤的芯数，并在芯数中嵌入相应的光纤光栅，将有利于功率缩放和谱线窄化。为了实现基于有源多芯光纤和无源多芯光纤的传统拉曼放大器和激光器的功率比，探索将双包层光纤结构的传统高功率单模光纤激光器的泵浦耦合到光纤包层的可能性尤为重要。


在FBG写入期间，fs激光束聚焦在MCF的选定核心上。(一)三维视角。(b)XY平面中的二维视图。
资料来源:飞秒激光直写光纤布拉格光栅s in多芯光纤的进展:技术、传感器和激光应用、光电进展(2022)。doi:10.29026/OEA。58606.86868686666