專利名稱：取樣光纖光柵的刻制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及取樣光纖光柵的刻制方法，特別涉及利用單方向拉伸和二次曝光對(duì)取樣光纖光柵的信道間隔減半或多信道同時(shí)純變跡的方法。
背景技術(shù)：
取樣光纖光柵是在普通光纖光柵的基礎(chǔ)上，用取樣函數(shù)對(duì)折射率的振幅或相位進(jìn)行周期性的調(diào)制?？臻g的周期性調(diào)制在頻譜上對(duì)應(yīng)于一系列的反射峰，各反射峰的間隔由取樣函數(shù)的周期決定。取樣光纖光柵在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中可以作為多信道濾波器，與環(huán)形器結(jié)合還可做成多信道的分插復(fù)用器，可做成實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)諧的光纖激光器。在密集波分復(fù)用技術(shù)中，隨著通信速率和信道復(fù)用密度的提高，最大限度地增加光纖中復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)、減小信道間隔，是增加光纖通信傳輸容量的重要而且有效的手段，所以設(shè)計(jì)制作信道間隔小，各信道反射率均勻的取樣光纖光柵有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
在先技術(shù)中，制作取樣光纖光柵的方法有掃描法和振輻掩模板法。各自的特點(diǎn)為1.用掃描法制作取樣光纖光柵，其原理是在光纖的側(cè)向?qū)懭牍饫w光柵的過(guò)程中，紫外光束周期性地發(fā)射脈沖并沿相位板掃描，光纖位于相位板衍射場(chǎng)內(nèi)，這樣沿光纖軸向折射率的振幅或相位得到了周期性的調(diào)制。據(jù)在先技術(shù)[1][參見B.J.Eggleton，P.A.Krug，L.Poladian，and F.Ouellette，“Long periodicsuperstructure Bragg gratings in optical fibers，”Electron.Lett.，30(19)，1620-1622(1994)]的報(bào)道，240nm的準(zhǔn)分子激光器每隔15秒以10Hz激發(fā)150個(gè)光脈沖，并以0.19mm/s的速度沿40mm長(zhǎng)的相位板掃描，制作了信道間隔為0.13nm，反射帶寬為0.05nm的取樣光纖光柵，出現(xiàn)了5個(gè)反射率從30％到95％不等的反射峰。掃描法中，取樣光纖光柵的信道間隔由寫入光束的掃描速度和曝光周期決定。
2.用振幅掩模板法制作取樣光纖光柵，其原理是用取樣振輻掩模板和均勻周期相位板疊加一次成柵的辦法來(lái)制作取樣光纖布拉格光柵，取樣函數(shù)由取樣振輻掩模板決定。設(shè)取樣函數(shù)為周期LA，采樣率R＝LB/LA的矩形函數(shù)。均勻周期相位板的周期為Λ，則取樣光纖光柵反射譜中反射峰的信道間隔滿足Δλ=neff*2Λ2LA=λB22neffLA----(1)]]>其中neff為光纖的有效折射率，λB為光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)。所以通過(guò)確定取樣函數(shù)周期LA可以制作特定信道間隔的取樣光纖光柵。據(jù)在先技術(shù)[2][參見Li Lin，Cai Haiwen，F(xiàn)ang Zujie，et al.，Sampled FBG Based OpticalInterleaver.CLEO/Pacific Rim 2001，Paper TuE2-5，I-404～405，Chiba，Japan，2001.]的報(bào)道，假定neff＝1.45，λB＝1550nm，設(shè)取樣周期為1mm，采樣率為1/5，可以得到的信道間隔為0.8nm，與國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)(ITU-T)建議的100G一致。
上述在先技術(shù)制造取樣光纖光柵的方法中，掃描法由于實(shí)時(shí)控制參量多而相對(duì)復(fù)雜，振輻掩模板法只需確定取樣周期和采樣率就可以一次成柵，但由公式(1)可知，要實(shí)現(xiàn)更密集的信道間隔，必須增大取樣周期LA，更換振輻掩模板。然而，取樣周期增加時(shí)，通道間隔雖然被均分，但各個(gè)峰的平坦度變差；而作為濾波器，不同信道之間的功率均衡是很重要的，要提高平坦度，就必須減小采樣率，實(shí)際制作過(guò)程中，在光纖光柵長(zhǎng)度不變而取樣周期增大、采樣率減小的情況下，要制造高反射率的取樣光纖光柵，就要增長(zhǎng)曝光時(shí)間來(lái)增大折射率調(diào)制，同時(shí)對(duì)寫入光的相干性提出要求。
取樣光纖光柵的取樣函數(shù)為周期等于LA，采樣率R等于LB/LA的矩形函數(shù)(LB為透光區(qū))，由于這種矩形函數(shù)的傅立葉變換是一個(gè)sinc函數(shù)的形式，因而在頻域范圍光柵布拉格共振峰兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)很多邊峰，這些邊峰的存在會(huì)降低信道隔離度，引起信道串?dāng)_，損壞光柵的濾波特性。變跡就是通過(guò)在光柵的初始部分逐漸的增加光柵的耦合系數(shù)，而在光柵的結(jié)束部分逐漸的降低光柵的耦合系數(shù)來(lái)抑制各反射峰兩側(cè)的邊峰的方法。因?yàn)楣鈻诺鸟詈舷禂?shù)與折射率調(diào)制成正比，所以常通過(guò)改變折射率調(diào)制來(lái)進(jìn)行變跡。然而，簡(jiǎn)單的改變光柵折射率調(diào)制會(huì)使得光柵區(qū)中間部分的光柵布拉格共振峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，而光柵區(qū)兩邊的布拉格共振峰仍在短波邊，這樣就形成了一個(gè)法布里-珀羅(F-P)腔，使得在光柵布拉格共振峰的短波方向出現(xiàn)了一些極窄的反射峰，這同樣也損壞了光柵的濾波特性。要避免出現(xiàn)這種情況，就要使光柵折射率調(diào)制發(fā)生變化的同時(shí)平均有效折射率在光柵區(qū)維持不變，又稱為純變跡。當(dāng)光纖光柵的折射率調(diào)制為單周期的莫爾條紋狀時(shí)，沿光纖光柵軸向產(chǎn)生了一個(gè)等效的平均有效折射率，它不隨位置變化，所以此時(shí)可以對(duì)光纖光柵進(jìn)行純變跡。
在先技術(shù)中，利用莫爾效應(yīng)對(duì)光纖光柵變跡的方法有對(duì)稱施加應(yīng)力法，莫爾相位板法和角度干涉法。各自的特點(diǎn)為1.對(duì)稱施加應(yīng)力法變跡光纖光柵，其原理是首先在光纖上先寫入一個(gè)光柵，然后給光纖兩端施加一定的對(duì)稱的應(yīng)力，固定后再寫入一個(gè)等強(qiáng)度的光柵。松開光纖后，這兩個(gè)疊加的光柵就形成莫爾(moiré)光柵，從而達(dá)到變跡效果。先后寫入的兩個(gè)光柵在光柵區(qū)的正中間相位一致，偏離中間，相位差逐漸增加直到光柵兩端，這時(shí)位相差π，變跡函數(shù)是余弦函數(shù)。據(jù)在先技術(shù)[3][參見Kashyap R.，Swanton A.，and Armes D.J.，“Simple technique forapodising chirped and unchirped fibre Bragg gratings，”Electron.Lett.32(13)，1226-1228(1996).]的報(bào)道，把光纖兩端固定在兩個(gè)壓電陶瓷(PZT)上，在刻寫光柵時(shí)，給PZT施加高頻的振蕩信號(hào)(其幅值由光柵的周期決定)，恰好使得PZT膨脹的長(zhǎng)度正好等于光柵的周期，從而控制施加的應(yīng)力，以保證兩光柵長(zhǎng)度相差一個(gè)周期，且受到的紫外光輻照劑量一樣。
2.莫爾相位板法變跡光纖光柵，其原理是通過(guò)改變相位板的占空比或條紋刻蝕深度而改變相位板的衍射效率，從而使得條紋可見度發(fā)生改變，光柵的折射率調(diào)制幅度發(fā)生變化。當(dāng)相位板中間衍射效率最大，兩邊衍射效率逐漸變小時(shí)，用這樣的相位板就可以制作出變跡光柵。據(jù)在先技術(shù)[4][參見AlbertJ.，Hill K.O.，Malo B.，Théirault S.，Bilodeau B.，“Apodisation of spectral responseof fibre Bragg gratings using a phase mask with a variable diffraction efficiency，”Electron.Lett.31(3)，222-223(1995)]的報(bào)道，采用該方法制作出的反射率為10％的變跡光柵的邊峰比相同反射率未變跡的光柵的邊峰降低了14dB。制作這種變跡相位板可以采用常規(guī)的電子束刻蝕的方法如在先技術(shù)[5][參見KashyapR.，McKee P.F.，Campbell R.J.，“A novel method of producing photo-inducedchirped Bragg gratings in optical fibres.”Electron.Lett.30(12)，996-997(1994)]或雙曝光刻寫moiré光柵的方法如在先技術(shù)[6][參見Albert J.，Hill K.O.，JohnsonD.C.，“Moiréphase masks for automatic pure apodisation of fibre Bragggratings，”Electron.Lett.32(24)，2260-2261(1996)]。
3.角度干涉法變跡光纖光柵，其原理是在利用全息法制作光纖光柵的過(guò)程中，使一束光通過(guò)楔形棱鏡入射到光纖上，另一束光直接入射，通過(guò)改變楔形棱鏡的角度并進(jìn)行兩次曝光，可以在光纖光柵上形成莫爾條紋狀的折射率調(diào)制，當(dāng)中間的折射率調(diào)制最大而兩端的折射率調(diào)制為零時(shí)，可以達(dá)到純變跡的效果。據(jù)在先技術(shù)[7][參見Martlesham Heath，“Two methods ofapodisation of fiber-Bragg-gratings”O(jiān)ptics Communications，157(1998)273-281]的報(bào)道，采用該方法變跡的光纖光柵短波長(zhǎng)方向的邊模從-14dB被抑制到-19dB，而長(zhǎng)波長(zhǎng)方向的邊模被抑制到-21dB以下。
上述在先技術(shù)變跡光纖光柵的方法中，第一種對(duì)稱施加應(yīng)力法的難點(diǎn)在于怎樣控制施加的應(yīng)力，以保證兩光柵長(zhǎng)度相差一個(gè)周期，且先后寫入的兩個(gè)光柵在光柵區(qū)的正中間相位一致。第二種莫爾相位板法的不足之處是制作不同的變跡光柵需要不同的變跡相位板，變跡相位板不容易制作，制作的成功率不高，而且采用雙曝光刻寫莫爾(moiré)光柵方法制作出的變跡相位板易碎，制作過(guò)程中容易損壞相位板。第三種角度干涉法變跡光纖光柵的過(guò)程中，楔形棱鏡的轉(zhuǎn)角控制要求有很高精度，要保證π相移點(diǎn)恰好出現(xiàn)在光纖光柵的兩個(gè)端點(diǎn)，且別處無(wú)π相移點(diǎn)，否則就會(huì)在光纖軸向引入相移而達(dá)不到變跡效果。值得指出的是，以上三種變跡方法都是針對(duì)普通光纖光柵即單信道的濾波器而言的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述在先技術(shù)中各種方法的缺點(diǎn)，利用振幅掩模板法制作取樣光纖光柵，通過(guò)單向拉伸和二次曝光刻制成的取樣光纖光柵在軸向形成了莫爾條紋狀的折射率調(diào)制，在取樣光纖光柵的軸向引入了一個(gè)或若干個(gè)π相移點(diǎn)，兩次曝光使用相同的振幅掩模板和相位板，在拉伸過(guò)程中通過(guò)控制π相移點(diǎn)的位置和兩次曝光的初始位相差，所制成的取樣光纖光柵實(shí)現(xiàn)了信道間隔減半或多信道的同時(shí)純變跡。
本發(fā)明所用的刻制裝置如圖1所示。
本發(fā)明采用振幅掩模板和兩次曝光法，具體的刻制方法是<1>所采用的裝置包括發(fā)射紫外激光束Gj的紫外激光器1，振幅掩模板2，相位板3和光譜儀6。首先在一根待刻制光柵的光纖4中間，剝?nèi)ヒ欢喂饫w4的外包層401，露出光纖4纖芯作為光柵刻制區(qū)402。由紫外激光器1發(fā)射的紫外激光束Gj先后透過(guò)振幅掩模板2和相位板3，對(duì)光柵刻制區(qū)402進(jìn)行第一次曝光；<2>第一次曝光后，將光纖4的一端作為固定點(diǎn)Of，從光纖4的另一端拉伸點(diǎn)Os開始拉伸光纖4，在拉伸的過(guò)程中，用光譜儀6檢測(cè)經(jīng)第一次曝光后，已經(jīng)在光柵刻制區(qū)402刻成的光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)的變化量Δλ，以此控制兩次曝光的初始位相差2-1為π的整數(shù)倍，即2-1＝Mπ (2)其中1—為拉伸前光纖光柵起始端點(diǎn)O0的初始位相，2-為拉伸后光纖光柵起始端點(diǎn)O0′的初始位相。當(dāng)M為偶數(shù)時(shí) 當(dāng)M為奇數(shù)時(shí) 其中ΔL=1k·Δλλ·L----(5)]]>式(5)中，k—為光纖4的應(yīng)變系數(shù)，λ—為光譜儀6測(cè)得的光纖4在拉伸前光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)，Δλ—為光譜儀6測(cè)得的光纖4在拉伸后光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量，上述(3)、(4)、(5)式中，L—為光纖4在拉伸前的總長(zhǎng)度，Lg為光柵刻制區(qū)402在拉伸前的長(zhǎng)度，L2—為光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度，d1—為相位板3的周期；<3>當(dāng)光纖4被拉伸至初始位相差2-1為π的整數(shù)倍時(shí)，停止拉伸，并固定此拉伸點(diǎn)Os，由紫外激光器1發(fā)射的紫外激光束Gj透過(guò)與第一次曝光時(shí)相同結(jié)構(gòu)、相同位置的振幅掩模板2和相位板3對(duì)光柵刻制區(qū)402進(jìn)行第二次曝光，則取樣光纖光柵刻制完成。
設(shè)第一次曝光過(guò)程中光纖光柵的周期為d1，取樣函數(shù)的周期為L(zhǎng)A，在第二次曝光前，固定包含光纖光柵的光纖的一端固定點(diǎn)Of，對(duì)光纖的另一端拉伸點(diǎn)Os進(jìn)行拉伸后固定，此時(shí)光纖光柵的周期變?yōu)閐2，然后對(duì)光纖光柵進(jìn)行第二次曝光，由于相位板的周期沒(méi)變，所以相當(dāng)于在光纖光柵上又刻寫了一個(gè)周期為d1的光柵，則光柵刻制區(qū)402的折射率變化為兩次曝光產(chǎn)生的折射率變化的疊加 式中nco為第一次曝光前光柵刻制區(qū)402的折射率，δn1和δn2分別為兩次曝光的折射率調(diào)制，1和2分別為兩次曝光的初始位相，z為沿光纖光柵軸向的位置坐標(biāo)。令δn1＝δn2＝δn，則(6)式可化簡(jiǎn)為 式中dc=2d1d2d1+d2,ds=2d1d2d2-d1]]>。從(7)式中可以看出，兩次寫入光柵的結(jié)果相當(dāng)于有如下的折射率調(diào)制(不包含折射率本底的增量) 所以莫爾(moiré)光纖光柵的折射率沿光纖軸向是一個(gè)具有慢變包絡(luò)(周期為ds)的快變結(jié)構(gòu)(周期為dc)。由于慢變包絡(luò)的正負(fù)符號(hào)的原因，折射率調(diào)制會(huì)在緩變函數(shù)的零點(diǎn)處發(fā)生一次π相移，此時(shí)折射率調(diào)制被抑制。當(dāng)π相移點(diǎn)落在振輻掩模板的透光區(qū)時(shí)，在π相移點(diǎn)出現(xiàn)的地方由于折射率調(diào)制被抑制，所以等效于沒(méi)有透光，當(dāng)莫爾條紋的周期等于四倍振輻掩模板的周期(即第一次曝光的取樣周期)時(shí)，相當(dāng)于將取樣周期加倍。由公式(8)可知，π相移點(diǎn)的位置不僅與緩變函數(shù)的周期ds有關(guān)，而且與兩次曝光的初始位相差2-1有關(guān)。當(dāng)緩變函數(shù)的周期ds等于四倍振幅掩模板的周期并使π相移點(diǎn)落在振輻掩模板的透光區(qū)時(shí)，在π相移點(diǎn)出現(xiàn)的地方折射率調(diào)制被抑制，此時(shí)相當(dāng)于將取樣周期加倍，對(duì)應(yīng)地，反射峰的數(shù)目加倍，信道間隔減半。由于振幅掩模板并未更換，所以取樣函數(shù)的采樣率并沒(méi)有變化，則各個(gè)峰的平坦度不會(huì)改變，所以利用從一端拉伸和二次曝光法實(shí)現(xiàn)取樣光纖光柵的信道間隔減半的同時(shí)，各個(gè)峰的平坦度不會(huì)改變。要使π相移點(diǎn)落在振輻掩模板的透光區(qū)，則兩次曝光的初始位相差2-1必須為π的整數(shù)倍。圖2為所示兩次曝光的初始位相差為π的偶數(shù)倍時(shí)取樣光纖光柵的折射率分布圖。
當(dāng)慢變包絡(luò)(即緩變函數(shù))的周期ds等于兩倍光纖光柵長(zhǎng)度Lg，并使兩次曝光的初始位相差2-1為π的奇數(shù)倍時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)平均有效折射率不變而折射率調(diào)制變化，實(shí)現(xiàn)純變跡。此時(shí)的折射率分布如圖3所示。圖4為模擬計(jì)算的取樣周期LA等于1mm、采樣率R等于1/10的取樣光纖光柵變跡前Bw后Bb的時(shí)延譜線圖，從圖4中看出，利用本發(fā)明方法變跡后的取樣光纖光柵各信道的色散波動(dòng)值明顯減小，而且不會(huì)引起帶內(nèi)色散，所以利用本發(fā)明方法對(duì)取樣光纖光柵的多信道的變跡不僅可以消除邊峰，改善光譜響應(yīng)特性，而且能夠改善各反射峰的色散特性。這對(duì)于提高器件的性能有很重要的意義。
由于慢變包絡(luò)(即緩變函數(shù))的周期ds是由拉伸量ΔL決定的，所以通過(guò)精密控制拉伸量和兩次曝光的初始位相差可以控制π相移點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)取樣光纖光柵的信道間隔減半或多信道的同時(shí)純變跡。
在利用相位板在光纖側(cè)向?qū)懭牍饫w光柵的過(guò)程中，相位板是用電子束刻蝕法在石英板上制作的，光纖光柵的長(zhǎng)度等于刻蝕區(qū)的長(zhǎng)度，在拉伸過(guò)程中如果直接在石英板上固定光纖光柵的一端，不僅容易損壞昂貴的相位板，而且工藝不容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出在石英板外固定光纖的一端固定點(diǎn)Of，在對(duì)另一端拉伸點(diǎn)Os拉伸過(guò)程中通過(guò)光譜儀監(jiān)測(cè)取樣光纖光柵中心反射峰布喇格波長(zhǎng)的變化量Δλ可以精密控制兩次曝光的初始位相差2-1為π的整數(shù)倍。其原理如下所述設(shè)光纖4在拉伸前的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，光柵刻制區(qū)402(即光纖光柵)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)g，相位板的周期為d1，光柵刻制區(qū)402的起始端點(diǎn)O0至光纖4固定端點(diǎn)Of之間的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，則L1+Lg+L2＝L，如圖5所示。
設(shè)光柵刻制區(qū)402的起始端點(diǎn)O0至光纖4固定端點(diǎn)Of之間的光纖長(zhǎng)度L1在拉伸后的變化量為ΔL1，起始端點(diǎn)O0變?yōu)镺0′。光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度L2在拉伸后的變化量為ΔL2，光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0變?yōu)镺0′。光柵刻制區(qū)402在拉伸后總長(zhǎng)度的變化量為ΔLg，拉伸點(diǎn)Os的位置變到Os′，則下列關(guān)系成立ΔL＝ΔL1+ΔLg+ΔL2(9)ΔLg=ΔLL·Lg----(10)]]>ΔL2=ΔLL·L2----(11)]]>當(dāng)初始相位差2-1為π的偶數(shù)倍時(shí)，有下式成立ΔL1＝M·d1(12)其中M為整數(shù)。將(10)、(11)、(12)式代入(9)式得 當(dāng)初始相位差2-1為π的奇數(shù)倍時(shí)，有下式成立ΔL1=M·d12----(14)]]>其中M為整數(shù)。將(10)、(11)、(14)式代入(9)式得 根據(jù)光纖的應(yīng)變特性可知在拉伸光纖4的過(guò)程中，有下面的關(guān)系式成立ΔL=1k·Δλλ·L----(16)]]>其中k為光纖的應(yīng)變系數(shù)。
由(13)、(15)、(16)式可知，當(dāng)光纖4在拉伸前的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)、光柵刻制區(qū)402(即光纖光柵)的長(zhǎng)度Lg、相位板的周期d1以及光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度L2這四個(gè)量為已知量的情況下，通過(guò)光譜儀6監(jiān)測(cè)光纖4在拉伸前取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ和光纖4拉伸后取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量Δλ可以使M為偶數(shù)或奇數(shù)。當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，兩次曝光的初始位相差2-1為π的偶數(shù)倍，第二次曝光結(jié)束后所刻制的取樣光纖光柵的信道間隔相對(duì)于第一次曝光結(jié)束后所刻制的取樣光纖光柵減小一半；當(dāng)M為奇數(shù)時(shí)，兩次曝光的初始位相差2-1為π的奇數(shù)倍，與第一次曝光結(jié)束后所刻制的取樣光纖光柵相比，第二次曝光結(jié)束后所刻制的取樣光纖光柵的多個(gè)信道同時(shí)被純變跡。
與在先技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明技術(shù)的顯著進(jìn)步在于1、本發(fā)明先后兩次曝光，使用相同結(jié)構(gòu)和相同位置的振幅掩模板和相位板，僅拉伸光纖使取樣光纖光柵信道間隔減半，在減少了裝置復(fù)雜性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更密集的濾波特性。
2、本發(fā)明在不改變振幅掩模板采樣率的情況下，取樣光纖光柵信道間隔減半的同時(shí)，各反射峰的平坦度保持不變。所以在制作過(guò)程中對(duì)光源的相干性不必提出很高的要求。
3、本發(fā)明利用一端拉伸和二次曝光，在取樣光纖光柵的軸向形成了莫條紋狀的折射率調(diào)制，使各信道的折射率調(diào)制幅度變化而平均有效折射率保持不變，實(shí)現(xiàn)了取樣光纖光柵多個(gè)信道的同時(shí)純變跡。
4、本發(fā)明中的變跡方法變跡后的取樣光纖光柵各信道的色散波動(dòng)值明顯減小，而且不會(huì)引起帶內(nèi)色散，這對(duì)于提高器件的性能有很重要的意義。
5、本發(fā)明通過(guò)精密的光譜儀監(jiān)測(cè)光纖4在拉伸前取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ和光纖4拉伸后取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量Δλ來(lái)控制兩次曝光的初始位相差為π的整數(shù)倍，控制精度高，成品率高，對(duì)于制作取樣莫爾光纖光柵具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
6、本發(fā)明的方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1本發(fā)明方法所使用的刻制裝置；圖2取樣周期等于1mm、采樣率等于1/10，兩次曝光的初始位相差為π的偶數(shù)倍并且緩變函數(shù)的周期Λs等于四倍振幅掩模板的周期時(shí)取樣光纖光柵的折射率分布圖。
圖3取樣周期等于1mm、采樣率等于1/10，兩次曝光的初始位相差為π的奇數(shù)倍并且緩變函數(shù)的周期Λs等于兩倍光纖光柵長(zhǎng)度時(shí)取樣光纖光柵的折射率分布圖。
圖4變跡前后取樣周期等于1mm、采樣率等于1/10的取樣光纖光柵的時(shí)延譜線圖；圖5光纖拉伸前后的初始位相差為π的示意圖；圖6信道間隔減半前的取樣光纖光柵的反射譜線圖；圖7信道間隔減半后的取樣光纖光柵的反射譜線圖；圖8變跡前取樣光纖光柵的反射譜線圖；圖9變跡后取樣光纖光柵的反射譜線圖。
具體實(shí)施例方式如上述的具體刻制方法，首先選用的刻制裝置如圖1所示。
其中紫外激光器1是波長(zhǎng)為193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器，取樣周期LA為1mm、采樣率R為1/10的長(zhǎng)40mm的振幅掩模板2，周期為1074nm的長(zhǎng)10mm的均勻相位板3，光纖4選用SMF-28單模光纖，光纖4的一端固定點(diǎn)Of，另一端拉伸點(diǎn)Os固定在一維光纖調(diào)整架5上，這樣在拉伸光纖4時(shí)，只要調(diào)節(jié)調(diào)整架5前后移動(dòng)就可以了。
例1刻制信道間隔減半的取樣光纖光柵，如上述具體刻制方法<1>，將上述作為光纖4的SMF-28單模光纖剝?nèi)ヒ欢瓮獍鼘?01，露出光纖4纖芯作為光柵刻制區(qū)402，由紫外激光器1發(fā)射的紫外激光束Gj先后透過(guò)振幅掩模板2和相位板3，對(duì)光柵刻制區(qū)402進(jìn)行第一次曝光；<2>用光譜儀6監(jiān)測(cè)經(jīng)第一步中第一次曝光后，已經(jīng)在光柵刻制區(qū)402刻制成的光纖光柵中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ為1555.784nm，光纖4的總長(zhǎng)度L為84mm，光柵刻制區(qū)402的長(zhǎng)度Lg為10mm，相位板的周期d1為536.6nm，光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度L2為45mm，<3>當(dāng)拉伸光纖4后，取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量Δλ為0.2nm時(shí)，M等于6，停止拉伸，進(jìn)行第二次曝光，兩次曝光的初始位相差為π的偶數(shù)倍，M＝6。通過(guò)光譜儀6監(jiān)測(cè)到所制得的取樣光纖光柵的信道間隔為0.408nm，如圖7所示。與圖6所示的光纖拉伸前取樣光纖光柵的信道間隔為0.768nm相比，縮短了近一半的信道間隔。
例2刻制多信道同時(shí)變跡的取樣光纖光柵，如上述具體刻制方法<1>，將上述作為光纖4的SMF-28單模光纖剝?nèi)ヒ欢瓮獍鼘?01，露出光纖4纖芯作為光柵刻制區(qū)402，由紫外激光器1發(fā)射的紫外激光束Gj先后透過(guò)振幅掩模板2和相位板3，對(duì)光柵刻制區(qū)402進(jìn)行第一次曝光；<2>用光譜儀6監(jiān)測(cè)經(jīng)第一步中第一次曝光后，已經(jīng)在光柵刻制區(qū)402刻制成的光纖光柵中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ為1555.784nm，光纖4的總長(zhǎng)度L為84mm，光柵刻制區(qū)402的長(zhǎng)度Lg為10mm，相位板的周期d1為536.6nm，光柵刻制區(qū)402的末端點(diǎn)O0至光纖4拉伸點(diǎn)Os之間的光纖長(zhǎng)度L2為45mm，<3>當(dāng)拉伸光纖4后，取樣光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量Δλ為0.11nm時(shí)，M等于5，停止拉伸，進(jìn)行第二次曝光，兩次曝光的初始位相差為π的奇數(shù)倍，M＝5。光纖4拉伸后，也就是變跡后的取樣光纖光柵的反射譜線如圖9所示。圖9與圖8所示的變跡前取樣光纖光柵反射譜線相比，從圖9中可以看到，變跡后的取樣光纖光柵的各信道邊模抑制比明顯提高，同時(shí)各信道帶寬增加(由0.072nm增大到0.264nm)，這對(duì)于提高信道利用率有很重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種取樣光纖光柵的刻制方法，采用振幅掩模板和兩次曝光法，具體的刻制方法是<1>所采用的裝置包括發(fā)射紫外激光束(Gj)的紫外激光器(1)，振幅掩模板(2)，相位板(3)和光譜儀(6)，首先在一根待刻制光柵的光纖(4)中間，剝?nèi)ヒ欢喂饫w(4)的外包層(401)，露出光纖(4)纖芯作為光柵刻制區(qū)(402)，由紫外激光器(1)發(fā)射的紫外激光束(Gj)先后透過(guò)振幅掩模板(2)和相位板(3)，對(duì)光柵刻制區(qū)(402)進(jìn)行第一次曝光；其特征在于<2>第一次曝光后，將光纖(4)的一端作為固定點(diǎn)(Of)，從光纖(4)的另一端拉伸點(diǎn)(Os)開始拉伸光纖(4)，在拉伸的過(guò)程中，用光譜儀(6)檢測(cè)經(jīng)第一次曝光后，已經(jīng)在光柵刻制區(qū)(402)刻成的光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)的變化量Δλ，以此控制兩次曝光的初始位相差2-1為π的整數(shù)倍，即2-1＝Mπ (1)其中1—為拉伸前光纖光柵起始端點(diǎn)(O0)的初始位相，2—為拉伸后光纖光柵起始端點(diǎn)(O0′)的初始位相，當(dāng)M為偶數(shù)時(shí) 當(dāng)M為奇數(shù)時(shí) 其中ΔL=1k·Δλλ·L----(4)]]>式(4)中，k—為光纖(4)的應(yīng)變系數(shù)，λ—為光譜儀(6)測(cè)得的光纖(4)在拉伸前光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)，Δλ—為光譜儀(6)測(cè)得的光纖(4)在拉伸后光纖光柵的中心反射峰布喇格波長(zhǎng)λ的變化量，上述(2)、(3)、(4)式中，L—為光纖(4)在拉伸前的總長(zhǎng)度，Lg為光柵刻制區(qū)(402)在拉伸前的長(zhǎng)度，L2—為光柵刻制區(qū)(402)的末端點(diǎn)(O0)至光纖(4)拉伸點(diǎn)(Os)之間的光纖長(zhǎng)度，d1—為相位板(3)的周期；<3>當(dāng)光纖(4)被拉伸至初始位相差2-1為π的整數(shù)倍時(shí)，停止拉伸，并固定此拉伸點(diǎn)(Os)，由紫外激光器(1)發(fā)射的紫外激光束(Gj)透過(guò)與第一次曝光時(shí)相同結(jié)構(gòu)、相同位置的振幅掩模板(2)和相位板(3)對(duì)光柵刻制區(qū)(402)進(jìn)行第二次曝光，則取樣光纖光柵刻制完成。
全文摘要
一種取樣光纖光柵的刻制方法，采用從光纖一端拉伸光纖前后，對(duì)光纖上光柵刻制區(qū)兩次曝光的方法。兩次曝光中，由紫外激光器發(fā)射紫外激光束透過(guò)的振幅掩模板和相位板結(jié)構(gòu)和位置都相同，僅僅是對(duì)光纖從一端拉伸。采用光譜儀監(jiān)測(cè)光纖光柵中心反射峰布喇格波長(zhǎng)在拉伸中的變化量，以此控制光纖光柵拉伸前后的初始位相差為π的整數(shù)倍。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的刻制方法簡(jiǎn)單，容易操作，所刻制的取樣光纖光柵在軸向形成了莫爾條紋狀的折射率調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵信道間隔的減半或多信道的同時(shí)純變跡。
文檔編號(hào)G02B6/124GK1402026SQ02136860
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者趙嶺, 方祖捷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所