專利名稱：基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入法及掃描式Talbot干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法及掃描式Talbot干涉儀，屬光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從1993年，K.O.Hill等人首次驗證了光纖被直接放置于經(jīng)相位掩模衍射而產(chǎn)生的紫外近場干涉區(qū)，該寫入方法已廣泛應(yīng)用于制作光纖光柵。但在相位掩模的接觸式寫入法中，光纖光柵的寫入Bragg波長對應(yīng)于相位掩模的光柵周期，Bragg波長不能夠根據(jù)需要變化。為使寫入的Bragg波長能夠改變并大于2nm，有一種Talbot干涉儀，通過調(diào)整平面鏡的角度實現(xiàn)改變光纖光柵的寫入波長；但這種Talbot干涉儀寫入的光柵長度受限于平面鏡的長度和寫入光源的相干性，制作窄帶寬的光柵往往需要較長的平面鏡(滿足紫外干涉的＞60mm的平面鏡難以制作)，寫入光柵對紫外光束的脈沖能量密度要求也高(如寫制I型光柵，能量密度必須＞100mJ/cm2/pulse，累積能量密度必須＞500J/cm2)；此外，光源的相干性對寫入光柵的影響也較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種可方便地調(diào)諧寫入的Bragg波長、對寫入光源的脈沖能量和相干性要求低的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，以及用于該方法的掃描式Talbot干涉儀。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經(jīng)過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
采用具有水平平移臺和垂直平移臺結(jié)構(gòu)的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺2上的平面鏡1、支架上的相位掩模3、水平平移臺2上的衍射反射鏡5和6，以及遮光板4阻斷相位掩模3所產(chǎn)生零級衍射光，進(jìn)行反射、衍射、反射，在垂直平移臺8上的光纖7上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺2，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵；也可使入射光束依次通過支架上的平面鏡1、水平平移臺2上的相位掩模3、支架上的衍射反射鏡5和6，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產(chǎn)生零級衍射光，進(jìn)行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺2上的垂直平移臺8上的光纖7上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺2，使干涉條紋沿光纖7運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、實現(xiàn)零級阻斷的遮光板4、衍射反射鏡5、衍射反射鏡6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間。根據(jù)掃描寫入方式的需要，可采用將平面鏡1、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡(平面鏡)5、衍射反射鏡(平面鏡)6固定在水平平移臺2上，相位掩模3由支架支撐，垂直平移臺8與水平平移臺2分離的結(jié)構(gòu)，通過干涉條紋運動實現(xiàn)掃描式寫入。也可采用將相位掩模3和垂直平移臺8固定在水平平移臺2上，平面鏡1、衍射反射鏡(平面鏡)5、衍射反射鏡(平面鏡)6、零級阻斷遮光板4由支架支撐，垂直平移臺8放置于水平平移臺2上的結(jié)構(gòu)；水平平移臺2做水平平移時，會帶動垂直平移臺8，從而使位于垂直平移臺8上的光纖實現(xiàn)水平移動，實現(xiàn)掃描式寫入。
在該掃描式Talbot干涉儀中，5、6兩個平面鏡(衍射反射鏡)的轉(zhuǎn)動對改變光纖光柵的寫入Bragg波長起著決定作用。根據(jù)反射原理，當(dāng)反射平面鏡的角度變化δ時，反射光束的方向變化Δ等于2δ。因此，當(dāng)兩平面鏡相向旋轉(zhuǎn)δ時，在給定Bragg條件下，Bragg響應(yīng)波長為λB=2neffΛ=neffλuvsin(θ/2+2δ)---(1)]]>同時，若5、6兩平面鏡(衍射反射鏡)的旋轉(zhuǎn)軸與入射的±1級衍射光束的重合，則兩寫入干涉光束的干涉區(qū)的菱脊將移動到ΔL＝(Ws/2)[cot(θ/2+2δ)-cot(θ/2)](2)因此，當(dāng)掃描式Talbot干涉儀用于調(diào)諧寫入光柵Bragg波長時，只要放置光纖的平移臺8應(yīng)作相應(yīng)的平移就能使得待寫光纖位于寫入干涉區(qū)，即在光纖中寫入光柵。
本發(fā)明由于采用了可方便調(diào)節(jié)的運動結(jié)構(gòu)和掃瞄式寫入方式，因而較具有如下優(yōu)點1、能夠根據(jù)需要方便地調(diào)節(jié)寫入光柵Bragg的波長，且寫入光柵的長度范圍寬；2、大大減小了Talbot干涉儀中平面鏡的長度，對平面鏡的尺寸要求僅需大于激光光斑的大小(＞1mm)；3、對光源相干長度的要求顯著降低，降低了對寫入光源相干性的要求；4、顯著降低了對激光脈沖能量的要求。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明干涉條紋運動型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明光纖運動型結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明Bragg波長隨平面鏡旋轉(zhuǎn)的角度變化的曲線圖，圖4為本發(fā)明兩寫入干涉光束的干涉區(qū)的菱脊移動隨平面鏡旋轉(zhuǎn)的角度變化的曲線圖。
具體實施例方式例1該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經(jīng)過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。采用具有水平平移臺和垂直平移臺結(jié)構(gòu)的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺上的平面鏡、支架上的相位掩模、水平平移臺上的衍射反射鏡，以及插入遮光板4對相位掩模3產(chǎn)生的零級衍射光進(jìn)行阻斷，進(jìn)行反射、衍射、反射，在垂直平移臺上的光纖上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵。
如圖1所示，該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡5和6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成。平面鏡1、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡(平面鏡)5和6固定在水平平移臺2上，相位掩模3由支架支撐，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間，垂直平移臺8與水平平移臺2分離。
工作時，通過水平平移臺2同時帶動其上起反射入射光束作用的平面鏡1，和起反射±1級衍射光作用的兩個平面鏡5、6在水平方向做平移，使干涉條紋沿光纖7運動，從而掃描寫入光柵。
例2該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經(jīng)過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。采用具有水平平移臺和垂直平移臺結(jié)構(gòu)的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過支架上的平面鏡、水平平移臺上的相位掩模、支架上的衍射反射鏡，以及插入遮光板對相位掩模產(chǎn)生的零級衍射光進(jìn)行阻斷，進(jìn)行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺上的垂直平移臺上的光纖上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵。
如圖2所示，該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡5和6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成。相位掩模3和垂直平移臺8固定在水平平移臺2上，平面鏡1、衍射反射鏡(平面鏡)5和6、零級阻斷遮光板4由支架支撐，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間，垂直平移臺8放置于水平平移臺2上。
工作時，通過水平平移臺2同時帶動其上起衍射作用的相位掩模3，和待寫入光柵的光纖7在水平方向做平移，使光纖沿干涉條紋運動，從而掃描寫入光柵。
在該改變寫入Bragg波長的掃描式Talbot干涉儀中，相位掩模的光柵周期Λpm是1084nm，當(dāng)若紫外寫入光束的波長λuv是248nm時，則±1級衍射光的衍射角θ/2＝13.225°；兩平面鏡之間的間距Ws為10mm，作為公式(2)的結(jié)果，相位模板到寫入干涉區(qū)的距離L為42.6mm；在光纖的纖芯中，有效反射率neff是1.46。
將上述數(shù)據(jù)代入公式(1)，可得表示Bragg波長與5、6兩平面鏡角度變化關(guān)系的圖3。與此同時，放置光纖的平移臺8應(yīng)按式(2)的規(guī)律進(jìn)行平移才能使得待寫光纖位于寫入干涉區(qū)，兩寫入干涉光束的干涉區(qū)的菱脊移動隨平面鏡旋轉(zhuǎn)的角度變化的曲線見圖4。
權(quán)利要求
1.一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經(jīng)過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于采用具有水平平移臺(2)和垂直平移臺(8)結(jié)構(gòu)的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺上的平面鏡(1)、支架上的相位掩模(3)、水平平移臺上的衍射反射鏡(5、6)，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產(chǎn)生零級衍射光，進(jìn)行反射、衍射、反射，在垂直平移臺上的光纖(7)上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于也可使入射光束依次通過支架上的平面鏡(1)、水平平移臺上的相位掩模(3)、支架上的衍射反射鏡(5、6)，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產(chǎn)生零級衍射光，進(jìn)行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺上的垂直平移臺上的光纖(7)上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
4.一種權(quán)利要求1所述掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于它由平面鏡(1)、水平平移臺(2)、相位掩模(3)、零級阻斷遮光板(4)、衍射反射鏡(5)、衍射反射鏡(6)，以及垂直平移臺(8)及固定在其上的光纖(7)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于平面鏡(1)、零級阻斷遮光板(4)、衍射反射鏡(5)、衍射反射鏡(6)固定在水平平移臺(2)上，相位掩模(3)由支架支撐，相位掩模(3)位于平面鏡(1)與衍射反射鏡(5、6)之間，零級阻斷遮光板(4)位于衍射反射鏡(5、6)之間，垂直平移臺(8)與水平平移臺(2)分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于還可將相位掩模(3)和垂直平移臺(8)固定在水平平移臺(2)上，平面鏡(1)、衍射反射(5)、衍射反射鏡(6)、零級阻斷遮光板(4)由支架支撐，相位掩模(3)位于平面鏡(1)與衍射反射鏡(5)、(6)之間，零級阻斷遮光板(4)位于衍射反射鏡(5)、(6)之間，垂直平移臺(8)放置于水平平移臺(2)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法及掃描式Talbot干涉儀，屬光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經(jīng)過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。掃描式Talbot干涉儀由平面鏡、水平平移臺、相位掩模、零級阻斷遮光板，以及垂直平移臺及固定在其上的光纖組成。具有可方便地調(diào)諧寫入的Bragg波長、對寫入光源的脈沖能量和相干性要求低，Talbot干涉儀的平面鏡的長度小等優(yōu)點。
文檔編號G02B5/18GK1725042SQ200510010888
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者李川 申請人:昆明理工大學(xué)