德国 ATL Lasertechnik 准分子激光器 ATLEX-500-I 用于光纤微结构加工

光纤微结构是光纤传感、特种光纤器件、光纤激光器的核心载体，包含光纤布拉格光栅（FBG）、光纤微孔、微槽、包层微腔、光波导、端面微透镜等多种结构。二氧化硅光纤对深紫外波段具备强吸收特性，利用准分子激光的光化学冷烧蚀效应，可在光纤纤芯与包层上实现无热损伤的折射率调制与形貌刻蚀，是光纤微结构制备的主流技术路线之一。

德国 ATL Lasertechnik ATLEX‑500‑I 是一款紧凑型风冷高重频准分子激光器，采用软电晕预电离、全固态高压脉冲源与全金属陶瓷 TMC 腔体设计，最高重复频率可达 500Hz，支持 ArF（193nm）、KrF（248nm）等主流紫外波长输出，光斑均匀性良好、光束指向稳定，非常适配实验室研发、小批量试制场景下的光纤微结构加工需求。激光器自带集成真空泵与卤素过滤单元，标配风冷主动温控，同时配备 RS485、USB、光纤通讯接口，便于和精密位移平台、CCD 视觉、相位掩模光路集成，搭建一体化光纤微加工系统。

一、ATLEX‑500‑I 核心性能与光纤加工适配性

ATLEX‑500‑I 可根据加工需求切换增益介质，在光纤微结构加工中以 193nm ArF 和 248nm KrF 两个波长应用最多，脉冲宽度 5~8ns，矩形光斑尺寸 4mm×6mm，发散角 1mrad×2mrad，支持能量稳定模式，可降低脉冲能量波动带来的刻蚀深度、折射率调制不一致问题。

193nm ArF 波长光子能量更高，二氧化硅本征吸收更强，刻蚀阈值低，适合高分辨率微形貌加工、氢载光纤高折射率对比度光栅写入，加工边缘锐利，残渣少；248nm KrF 工艺窗口更宽，单脉冲能量更高，气体成本相对友好，是常规 FBG、光纤包层微通道、微腔加工的优选波长。激光器 500Hz 高重频特性可以提升曝光与刻蚀效率，相比低重频准分子光源，在长光栅阵列、多通道光纤微结构批量试制上具备明显优势。

全金属陶瓷腔体耐卤素腐蚀，腔体内部污染速率低，保障长期光束稳定性；可冲洗光具座便于维护紫外光学窗口，减少臭氧、激光溅射产物对光路的污染，适合长时间连续光纤曝光实验。整机体积紧凑，单相 230V 供电，无需复杂水冷配套，降低光纤微加工台的搭建门槛。

二、光纤微结构典型加工工艺方案

（1）光纤布拉格光栅（FBG）刻写

FBG 是应用最广泛的光纤微结构，依靠紫外光诱导纤芯锗硅玻璃产生永久性折射率周期性调制，主流采用相位掩模法制备。
系统组成：ATLEX‑500‑I 准分子光源、相位掩模板、精密三维位移平台、光纤夹持工装、光谱实时监测模块、CCD 对准相机。
工艺流程：光纤剥除涂覆层、清洁处理、光纤预载氢（按需）、光路对准、激光器开启能量稳定模式、按设定重复频率与曝光时长照射相位掩模，掩模产生的干涉条纹写入纤芯形成光栅。该激光器输出光斑均匀，能够保证光栅栅区折射率调制均匀，反射谱边模抑制比优良，可制备单模 FBG、切趾光栅、啁啾光栅，用于结构健康监测、油气测温、电力传感、光纤激光谐振腔等场景。

（2）光纤微腔、微孔与微通道刻蚀

面向光纤法珀干涉传感器、微流光纤、气体折射率传感器件，在光纤包层 / 纤芯区域加工盲孔、通孔、长微槽复合腔结构。
采用掩模投影加工或者聚焦扫描加工方式：激光经过矩形光阑、成像物镜缩束聚焦至裸光纤表面，由高精度位移平台带动光纤做步进运动，控制脉冲数量调控刻蚀深度与轮廓。得益于准分子冷消融机制，加工区域几乎不存在热熔融、裂纹，微孔侧壁粗糙度低，适合制备多参量同步测量的光纤复合微腔传感器件。该工艺可在普通单模光纤、保偏光纤、特种掺杂光纤上实现微米级特征结构加工。

（3）光纤光波导与端面微结构制备

在光敏光纤、平面光纤基底上直写光波导路径，或在光纤端面加工微透镜、微反射结构、分光结构，调控光纤出射光束形态，应用于光纤耦合、生物荧光探测、内窥传感等方向。

（4）光纤局部改性与包层剥除

定点去除光纤局部涂覆层、聚合物包层，对光纤表面做选择性紫外光敏改性，不损伤底层石英基体，替代机械剥除、化学腐蚀工艺，规避机械应力与化学试剂污染。

三、加工系统配套要点

1. 光路环境：深紫外激光易激发氧气生成臭氧，光路建议采用氮气吹扫密闭光路，保护紫外透镜、相位掩模板，延长光学元件寿命；

2. 工装定位：光纤夹持工装需要低应力设计，搭配亚微米级三维位移台与同轴视觉对准，保证栅区、微孔位置一致性；

3. 参数调试：光纤光敏性、氢载时长、脉冲能量、重复频率、曝光总脉冲数为核心工艺变量，需要搭配光谱仪、轮廓仪做闭环标定；

4. 安全防护：193/248nm 紫外对角膜、皮肤有损伤，整套系统必须设置激光安全屏蔽、联锁保护、臭氧排风装置。

四、技术优势与应用边界

4.1 优势

第一，冷加工机制，热影响区极小，避免光纤微裂纹、残余应力，保障光纤器件力学与光谱稳定性；第二，500Hz 高重频 + 能量稳定模式，兼顾加工效率与工艺重复性，适配科研平台小批量迭代开发；第三，风冷一体化结构，集成气路与过滤单元，系统集成难度低，方便移动和改造；第四，波长选择丰富，可根据光栅对比度、刻蚀分辨率需求在 193nm、248nm 之间切换；第五，数字通讯接口开放，可接入上位机自动化脚本，实现光栅阵列、多点微孔的自动加工。

4.2 应用边界

ATLEX‑500‑I 定位中低占空比机型，更适合高校实验室、研发中心、小试样试制；长时间不间断大批量工业化产线场景，优先选择同系列 ATLEX‑500‑L 长气体寿命版本。

‍4.3 下游应用方向

依托 ATLEX‑500‑I 制备的各类光纤微结构器件，广泛用于桥梁、轨道交通、风电叶片结构健康监测光纤传感系统；油气井下高温高压分布式测温测压传感；光纤激光器、WDM 光通信滤波器件；生物化学微流光纤传感、海水原位检测、激光剥蚀光谱采样探头等领域。

五、结语

随着光纤传感与特种光纤器件的快速发展，对光纤内部微结构的制备精度、一致性、开发灵活性提出更高要求。ATLEX‑500‑I 紧凑型准分子激光器凭借稳定的深紫外光束输出、高重频、低集成成本的特点，为 FBG 光栅、光纤微腔、光波导等微结构提供可靠的光源方案，是光纤光子实验室微加工平台的优选紫外光源。结合相位掩模、投影微刻蚀工艺，该设备能够支撑新型光纤传感器件的工艺探索与样品试制，助力光纤传感、光纤激光相关技术的研发落地。