飞秒激光直写多芯光纤布拉格光栅的研究进展

(a) 在 FBG 写入过程中，将飞秒激光束聚焦到多芯光纤的选定纤芯中。(b) 在 7 芯光纤的侧芯中逐点写入FBG 的显微照片。图片来源：Compuscript Ltd

       最近，飞秒激光直写多芯光纤布拉格光栅的研究进展发表在《Opto-Electronic Advances》期刊上。近年来，多芯光纤在光通信链路的大容量数据传输、高功率光纤激光器和放大器以及新型光学传感器等技术的快速发展中发挥了重要作用。光纤布拉格光栅(FBG)是一种由折射率结构周期确定的反射光的元件，在开发基于这种光纤的设备时起着关键作用。在现有的 FBG 写入方法中，在可见光或红外光谱范围内似乎利用飞秒激光脉冲的直写技术是处理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上刻入 FBG，而且还可以通过光纤的保护涂层（例如聚酰亚胺和丙烯酸酯）来实现。通过控制折射率修正区在多芯光纤截面中的位置，以及激光脉冲能量，可以将预定义几何和光谱特性的 FBG 刻入所需的横向（选定纤芯）和轴向位置。

       由 SB RAS（俄罗斯新西伯利亚）自动化技术和电测学研究所的 Sergey Babin 教授、新西伯利亚国立大学（俄罗斯）和罗马第一大学（意大利）的 Stefan Wabnitz 教授组成的研究小组综述了这一领域的最新进展，并且介绍了他们利用红外飞秒激光在多芯光纤中选择性刻入FBG的实验结果，以及在实际应用中的实验结果，特别地论述了作者开发的多芯光纤形状传感器和光纤拉曼激光器。

        由于光信号空间分离是可能实现的，因此多芯光纤对于发展用于测量多参数物理对光纤影响的传感器具有吸引力。由于三维形状传感器具有紧凑性、灵活性、化学惰性和电磁不敏感性，在综述传感器的进展时，重点介绍了三维形状传感器。多芯光纤也是开发高功率光纤激光器和放大器有前景的介质，因为在这种情况下，由于核心模式的净面积的扩大，非线性效应（受激拉曼和布里渊散射、自相位调制、模式不稳定性等）对光保持状态的影响变得更弱。在透明材料内部进行折射率修正的飞秒激光技术，在多芯光纤中具有很高的自由度。除光纤布拉格光栅外，该技术还可以制造用于空间复用通信的复杂光学元件、用于测量物理量和生物传感器的组件，以及用于激光系统的复杂布拉格反射镜。

       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究和开发表明，在使用适合每种情况下的各种方法时都表现出很高的测量精度，他们开发的下一步将侧重于在单个设备中寻找平衡精度、性能和成本方面的最佳解决方案。除了形状的重构外，还有望增加其他可独立测量的分布参数，例如温度、振动、压力等。由于有效模式面积扩大和由刻在不同芯中的 FBG 反射的辐射耦合引起的干涉效应的影响，具有芯内 FBG的多芯光纤激光器表现出非常有趣的光谱特征。进一步增加有源和无源光纤中的纤芯数量以及刻在纤芯中的相应 FBG 数量对于功率缩放和线窄化都是有意义的。为了实现传统、拉曼型放大器和基于有源多芯光纤和基于无源多芯光纤的激光器的功率缩放，探索类似于使用双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显得尤为重要。