光纤Bragg光栅(FBG)是构成全光纤激光器的关键器件，主要用作激光反馈腔镜和滤波器。

目前FBG主要是利用紫外连续或准分子激光在光敏光纤上刻写。然而传统紫外激光制备的光纤布拉格光栅热稳定性差，高温条件下易被擦除，需要繁琐的光纤载氢预处理，不适用于高温环境。而飞秒激光微纳加工技术由于具有无热效应影响、加工材料范围广、突破衍射极限的加工精度以及能够在透明材料内实现三维加工等优点，被用于玻璃、晶体、金属等各类材料的微纳加工。同时光纤光栅飞秒激光制备技术也引起了广泛关注。

那么，飞秒激光制备FBG的方法有哪些优势和特点？

一

FBG飞秒激光制备技术

飞秒激光具有极窄的脉冲宽度和极高的峰值功率，可用于加工任何材料，同时也适用于制备光纤光栅刻写技术。光纤光栅飞秒激光刻写技术具有以下特点:
１) 加工工艺简单；
２) 对光纤材料没有限制；
３) 折射率调制度高；
４) 制备的FBG耐温性好；
５) 刻写的FBG带外损耗小；
６) 在光纤内刻写的光栅位置灵活可控，可调控FBG双折射及模式耦合特性。

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FBG飞秒激光刻写方法

由于飞秒激光脉冲极短，空间长度仅在数十微米，对双光束干涉装置稳定性要求极高，因此常用的FBG飞秒激光刻写方法主要包括相位掩模板法和直写法两种。

1）相位掩模板法

利用相位掩模板法刻写光纤光栅的加工装置。飞秒激光经柱透镜聚焦后入射到相位掩模板上，在掩模板后产生零级以及对称分布的±1级等各级衍射光。由于极少的零级和其他高级衍射光仍然会对±1级的双光束干涉强度分布产生影响，因此光纤需要离掩模板有一定的距离。此时，±1级衍射光和零级以及其他各级衍射光由于走离效应(walk-offeffect)在时间上分开,形成单纯的±1级干涉，从而避免产生塔尔博特(Talbot)效应

2）飞秒激光直写法

飞秒激光直写法是利用显微物镜将飞秒激光聚焦在光纤内部，通过光纤的精密移动逐一写出FBG的每一个周期结构。其研究过程主要从点到线，再到面的一个过程。

飞秒激光直写法可以灵活调控刻写光栅的周期、长度、折射率调制度分布，制备出具有折射率调制以及长度和色散可控的光纤光栅。此外，相对于相位掩模板法，飞秒激光直写法更容易实现隔涂覆层加工，有效保持光纤的强度和物理完整性。但是该方法对设备稳定性和精度要求较高，目前普遍采用 Aerotech公司的空气导轨电动平移台控制光纤移动，价格昂贵。此外，相对于相位掩模板法，该方法制备的光栅容易在短波长处产生较强的永久性损耗，用于激光器中时高功率下容易产生光学损伤。

二

飞秒激光制备光纤光栅的应用

光纤激光器的输出波长覆盖了近红外(掺杂铒、镱、铒镱共掺等)和中红外波长(掺杂铥、钬、镝、铒等)。由于石英光纤在2 μm以上损耗较大，因此主要用于2 μm以下光纤激光器。从光纤纤芯直径、模式来看，目前光纤激光器所用的FBG主要有小纤芯直径的单模光纤、多模光纤和大模场光纤，其中大模场光纤主要用于高功率激光器。

光纤材料、掺杂离子是决定刻写FBG机制和性能的关键因素，而光纤材料基本上决定了光纤激光器输出波长的范围。下面将以光纤激光器的工作波长以及光纤直径作为分类，探讨飞秒激光刻写FBG技术在光纤激光器领域的应用。

三

飞秒激光激光直写光纤光栅加工系统

津镭光电研发的 GLFs-FBG系列直写光纤光栅加工系统，主要采用飞秒激光直写法，是针对光纤光栅（FBG）及光纤其他微结构加工的设备。具有稳定，操作灵活和高效等特性，设备集成度高，体积小，更方便运输和使用。系统通过一体化软件控制完成加工，不需要使用相位掩模版，有更高的灵活性，可用于逐点（PBP）和逐行（LBL）加工，加工精度可达到亚微米量级。

本文部分内容摘编自：吕瑞东,陈涛,范春松等.飞秒激光制备光纤 Bragg光栅在光纤激光器中的应用[J].激光与光电子学进展,2020, 57(11):111426

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