Что особенного в дифракционных решетках, выгравированных этим сверхкоротким импульсным лазером?
Технология фемтосекундной лазерной записи (FSLI) произвела революцию в производстве волоконно-оптических решеток (FBG) благодаря чрезвычайно коротким временным масштабам импульсов и высокой пиковой мощности, что привело к фундаментальным изменениям в физических механизмах и характеристиках оптоволоконных устройств:
1. Физические характеристики и общие технические преимущества фемтосекундной лазерной записи
- Нелинейное многофотонное поглощение (Nonlinear Multi-photon Absorption)
Традиционная УФ-запись в основном полагается на линейную светочувствительность сердцевины волокна, обычно требуя усиления водородом под высоким давлением и записи только в волокнах со специфическим легированием (например, германием). Ширина импульса фемтосекундного лазера составляет фемтосекундный диапазон (порядка 10^{-15}\ \text{s} ), а пиковая плотность мощности в фокусе чрезвычайно высока (до 10^{13} \sim 10^{15}\ \text{W/cm}^2 ). Эта чрезвычайно высокая плотность энергии вызывает нелинейную многофотонную и лавинную ионизацию, которая может модифицировать локальный показатель преломления любого прозрачного диэлектрика. Следовательно, фемтосекундный лазер не требует усиления водородом и подходит практически для всех типов волокон (например, стандартных одномодовых, многомодовых, волокон с сердцевиной из чистого кварца, многосердцевинных или даже сапфировых волокон). - Прямая точечная запись «сквозь оболочку» (Through-the-Coating Inscription)
Поскольку нелинейное поглощение фемтосекундного лазера происходит только в крошечной точке фокусировки объектива, а полимерная оболочка на поверхности волокна прозрачна или слабо поглощает инфракрасные фемтосекундные лазеры. Таким образом, фемтосекундный лазер может проходить сквозь неснятую оболочку (например, полиимидную или акрилатную) и непосредственно записывать решетку в фокусе сердцевины волокна (т.е. методом точка за точкой PbP или строка за строкой LbL). Это полностью устраняет процесс «снятие оболочки-запись-повторное покрытие» традиционной УФ-записи, сводя к минимуму возможность введения микротрещин на поверхности волокна и сохраняя присущую волокну сверхвысокую механическую прочность на растяжение. - Отличная термостойкость (физическая микромодификация структуры типа II)
Традиционные УФ-решетки в основном полагаются на изменение показателя преломления, вызванное дефектами цветовых центров (решетки типа I), и легко подвержены термическому отжигу при высоких температурах, что приводит к затуханию или исчезновению спектра решетки (обычно предел составляет около 300\ ^\circ\text{C} ). Фемтосекундная лазерная запись может вызывать локальные физические изменения микроструктуры или даже микроплавление внутри материала (решетки типа II), это физическое фазовое превращение чрезвычайно стабильно и может выдерживать очень высокие температуры без отжига.
2. Официальные продукты OFSCN® (DCYS)
Компания Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) разработала высокопроизводительные волоконно-оптические решетки и решетчатые цепочки для экстремальных условий (высокая температура, высокое напряжение, высокая интенсивность), основанные на технологии фемтосекундной лазерной записи точка за точкой:
-
OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Технические характеристики：Изготовлены методом фемтосекундной лазерной записи точка за точкой, запись не повреждает оболочку волокна, что позволяет гибко создавать одиночные или множественные волоконно-оптические решетки.
- Экстремальный температурный диапазон：Используется стандартное одномодовое полиимидное волокно OFSCN®. После специальной обработки максимальный рабочий диапазон температур может составлять от -270\ ^\circ\text{C} до 800\ ^\circ\text{C} (также доступна версия с полиимидным волокном для диапазона от нормальной температуры до 200\ ^\circ\text{C} ).
- Механические характеристики：Диапазон допустимых деформаций при комнатной температуре \le 15000\ \mu\varepsilon .
- Параметры структуры：Доступная длина решетчатой зоны: 2\ \text{mm} , 3\ \text{mm} , 4\ \text{mm} , 5\ \text{mm} , 6\ \text{mm} , 8\ \text{mm} (по умолчанию 8\ \text{mm} ), стандартный диапазон длин волн от 1525\ \text{nm} до 1565\ \text{nm} (настраивается от 1510\ \text{nm} до 1605\ \text{nm} ).
-
OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Технические характеристики：Также изготовлены методом фемтосекундной лазерной записи точка за точкой. В качестве основы используется одномодовое полиимидное волокно OFSCN®, прошедшее строгий отбор по прочности. Внешний диаметр волокна составляет 155\ \mu\text{m} .
- Сценарии применения：Благодаря процессу фемтосекундной записи без снятия оболочки, решетка полностью сохраняет высокую механическую прочность, что делает ее идеальным выбором для аэрокосмической отрасли и мониторинга предельных деформаций в крупных конструкциях.
