專利名稱：用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域的光纖通信方向。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光纖通信速率的提高和密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系 統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對色散補償技術(shù)提出了越來越高的要求。目前色散補償方法分 為(1)采用光纖補償；(2)采用光纖光柵補償；(3)頻譜反轉(zhuǎn)；(4)采用電 器件補償?shù)鹊?。目前現(xiàn)場多采用光纖色散補償方式，光纖光柵色散補償方式使 用很少，究其原因，主要是由于其為窄帶器件，不能象光纖那樣在一個寬的光 譜范圍內(nèi)補償色散，從而限制了其作為色散補償器件的使用。但是，隨著光纖 通信速率的提高以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的光纖色散補償器由于其難以對色散 調(diào)諧，電色散補償方式受限于傳輸速率和補償量，必然會遇到難以克服的困難。
光纖光柵由于其色散補償量可靈活在線調(diào)整，使其在高速互聯(lián)網(wǎng)、無源光 網(wǎng)絡(luò)和光纖路由靈活多變的高速系統(tǒng)有了其無可比擬的優(yōu)勢。啁啾光纖光柵可 以具有很大的色散，IOO毫米長的啁啾光纖光柵就足以實現(xiàn)補償IOO km光纖的色
散，因而很容易實現(xiàn)器件的小型化啁啾光纖光柵一般制作于普通單模光纖或 是與之兼容的特殊光纖上，且長度很短，所以附加損耗很小。而且?guī)缀醪皇芄?纖非線性影響啁啾光纖光柵通常對信道分別進行補償?？梢酝ㄟ^設(shè)計，很方 便在色散補償?shù)耐瑫r實現(xiàn)色散斜率補償。并且還對放大器的ASE噪聲有附加的濾 波功能。另外，光纖光柵的制備工藝也日趨成熟，短波長損耗、溫度補償封裝、 偏振模色散(PMD)的減小與消除以及光纖光柵的使用壽命等問題也先后被解決， 因此啁啾光纖光柵作為色散補償方案具有良好發(fā)展前景，是色散補償技術(shù)發(fā)展 的重要方向。到目前為止，制作取樣光纖光柵的方法已受到廣泛和深入的研究，己有的 方法包括(l)研磨法；(2)相位掩模+抖動法；(3)逐點寫入法；(4)振 幅掩模法等。研磨法由于光學(xué)加工工藝限制，只能靠有經(jīng)驗的老師傅徒手磨； 相位掩模+抖動法和逐點寫入法都需要高精度的機械移動設(shè)備，難以達到希望的 加工精度；振幅掩模法需要對掩模板復(fù)雜設(shè)計，難以得到某些特殊結(jié)構(gòu)的取樣 光柵。現(xiàn)有取樣光纖光柵制作方法一般為拉伸光纖兩次曝光法刻制取樣光纖光 柵，而且用手拉伸光纖很難保證在制作取樣光柵的過程中手不抖動，用機械裝 置拉伸光纖這種光滑的細玻璃絲，難免會出現(xiàn)回程誤差等問題。采用高精度線 切割機，以慢走絲的方式、用金屬材料制作振幅掩模版，雖然其可以部分降低 取樣光纖光柵制作成本，提高靈活性，但其需釆用昂貴的進口線切割設(shè)備，對 于軸向漸變占空比或漸變?nèi)又芷趶?fù)雜的取樣光纖光柵設(shè)計復(fù)雜，使得一般的 線切割機程序很難完成。
北京交通大學(xué)曾經(jīng)在知名軍工廠采用昂貴的進口線切割設(shè)備，加工過簡單 的、矩形周期結(jié)構(gòu)的振幅掩模板，測試結(jié)果表明，其周期均勻性極差，不能滿 足高質(zhì)量取樣光柵的精度要求。
另外，北京交通大學(xué)也曾經(jīng)采用光學(xué)玻璃研磨法制作振幅掩模板，由于光 學(xué)加工工藝限制，只能靠有經(jīng)驗的老師傅徒手磨，制作出的取樣光柵性能也很 差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有取樣光纖光柵振幅掩模板制作方 法靈活性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高和制作精度低等問題，本發(fā)明提出一種用于取 樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟
4步驟l，利用光纖拉絲塔拉制透明石英棒或不透明石英棒，其直徑為d:
式中c為真空中的光速，"^為透明石英棒的有效折射率，Av為取樣光纖 光柵的峰間距，^是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和不透明石英棒的和；
步驟2，將拉制的透明石英棒或不透明石英棒切割成透明石英棒短棒或不透 明石英短棒；透明石英棒或/和不透明石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模 板的一個取樣單元；
步驟3，將上述透明石英棒或/和不透明石英短棒緊密排列并固定在振幅掩 模板夾具上，構(gòu)成振幅掩模板。
所述的透明石英短棒或不透明石英短棒為圓柱體或部分圓柱體，部分圓柱 體研磨掉的部分的弦高小于石英短棒的直徑。
所述的不透明石英棒為摻入7702的石英材料或透明石英棒外鍍鈦、銀、金或 銅膜。
所述的石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具上，其方式為透明石英 短棒或透明石英短棒與不透明石英短棒交錯排列。
步驟2中所述的切割成透明石英短棒或不透明石英短棒的長度均為/2，/22/3 /3為振幅掩模板夾具的寬度。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明充分利用光纖拉絲塔拉制亞微米量級縱向均勻光纖絲的成熟工藝， 拉制振幅掩模板所需的各種直徑要求的石英棒，切割石英棒為基本相同長度的 短棒。透明石英短棒與不透明石英短棒交錯排列，構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅 掩模板的周期結(jié)構(gòu)取樣單元，采用簡單方法組裝和排列這些單元，構(gòu)成所需振 幅掩模板。通過相鄰單元相同直徑石英棒或不同直徑石英棒，隨心所欲的設(shè)計 和實現(xiàn)各種幅度掩模。其制作方法靈活、簡單和成本低(眾所周知，目前光纖非常便宜)，制作精度非常高；具有很大的商業(yè)價值。


圖1 25GHz透鏡總數(shù)為34時全透明棒取樣光柵峰間距。
圖2 50GHz透鏡總數(shù)為68時全透明棒取樣光柵峰間距。
圖3 100GHz透鏡總數(shù)為136時全透明棒取樣光柵峰間距。
圖4 200GHz透鏡總數(shù)為272時全透明棒取樣光柵峰間距。
圖5 50GHz透鏡總數(shù)為8時取樣光柵峰間距。
圖6 50GHz取樣光柵峰間距(透明棒與不透明棒l:l交錯排列時)。
圖7 50GHz取樣光柵峰間距(透明棒與不透明棒1:2交錯排列時)。
圖8振幅掩模板間插排列方式(經(jīng)研磨后石英短棒)。
圖9石英短棒粘接后制成的振幅掩模板(全部為透明圓形棒)。
圖10振幅掩模板夾具
圖11石英短棒粘接后制成的振幅掩模板(1根透明棒間插1根不透明棒)。 圖12石英短棒粘接后制成的振幅掩模板(l根透明棒間插2根不透明棒)。 圖13用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作示意圖。
具體實施方式
實施例一
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟 步驟l，利用光纖拉絲塔拉制透明的石英棒，透明的石英棒的純度為999， 石英棒為圓柱體，直徑為^
d =-= 4.1096/mw
式中^3xl0、"為真空中的光速， ".46為光纖光柵的有效折射率， Au = 25Gife為取樣光纖光柵的峰間距，*是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，*=1;步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度/2=25附附的石英短棒；每個透明的 石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；振幅掩模板夾具,
見圖IO，其寬度為/3=25附附，振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的寬度為/,， ^光纖包層的外徑；
步驟3，將上述圓柱體的透明石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具 上，見圖9，透明的石英短棒數(shù)目N=34，構(gòu)成振幅掩模板。25GHz采樣光柵峰 間距如圖l所示。
實施例二
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟
步驟l，利用光纖拉絲塔拉制石英棒，透明的石英棒的純度為999，石英棒
為圓柱體，直徑為"
d =-^-= 2.0548wm
式中^3xl()8m〃為真空中的光速，"《=1.46為光纖光柵的有效折射率， Au-50G他為取樣光纖光柵的峰間距，^是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，
步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度^-25.5mm的石英短棒；每個透明 的石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；振幅掩模板夾 具，見圖IO，其寬度為/3 = 24.5附《，振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的 寬度為/,， /,》光纖包層的外徑；
步驟3，將上述透明的圓柱體的石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具 上，見圖9，透明的石英短棒數(shù)目N=68，構(gòu)成振幅掩模板。50GHz采樣光柵峰 間距如圖2所示。
實施例三
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟-步驟l，利用光纖拉絲塔拉制石英棒，透明的石英棒的純度為999，石英棒 為圓柱體，直徑為J:
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中0 = 3><108 7"為真空中的光速， # =1.46為光纖光柵的有效折射率， At^lOOG他為取樣光纖光柵的峰間距，^是每一個振幅釆樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，*=1;
步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度/2=25 ^的石英短棒；每個透明的 石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；振幅掩模板夾具， 見圖IO，其寬度為/3=25WW，，振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的寬度為 /,， /,^光纖包層的外徑；
步驟3，將上述透明的圓柱體的石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具 上，見圖9，透明的石英短棒數(shù)目N=136，構(gòu)成振幅掩模板。lOOGHz采樣光柵 峰間距如圖3所示。
實施例四
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟
步驟l，利用光纖拉絲塔拉制石英棒，透明的石英棒的純度為999，石英棒
為圓柱體，直徑為c/:<formula>formula see original document page 8</formula>
式中^3xlO^"為真空中的光速， .=1.46為光纖光柵的有效折射率， Au = 200G論為取樣光纖光柵的峰間距，*是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，*=1;
步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度/2=26廳的石英短棒；每個透明的 石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；振幅掩模板夾具， 見圖IO，其寬度為/3=25^ ，振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的寬度為A，/,》光纖包層的外徑；；
步驟3，將上述透明的圓柱體的石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具 上，見圖9，透明的石英短棒數(shù)目N=272，構(gòu)成振幅掩模板。200GHz采樣光柵 峰間距如圖4所示。
實施例五
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟 步驟l，利用光纖拉絲塔拉制石英棒，透明的石英棒的純度為999，石英棒 為圓柱體，直徑為"
<formula>formula see original document page 9</formula>式中&3><108附"為真空中的光速，=1.46為光纖光柵的有效折射率， At^50G他為取樣光纖光柵的峰間距，^是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，^二1;
步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度/2=26.5附附的石英短棒；每個透明 的石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；振幅掩模板夾 具，見圖IO，其寬度為/3=25wW,振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的寬 度為/,， /,^光纖包層的外徑；
步驟3，將上述透明的圓柱體的石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板 夾具上，透明的石英短棒數(shù)目N-8，并將透明的石英短棒研磨成半圓形，構(gòu)成 振幅掩模板，見圖9。 50GHz采樣光柵峰間距如圖5所示。
實施例六
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟 步驟l，利用光纖拉絲塔拉制透明的和不透明的石英棒，透明的石英棒的純 度為999，不透明石英棒為摻入乃A的石英材料，其直徑為^/:
<formula>formula see original document page 9</formula>式中^3xl0^"為真空中的光速，~, =1.46為光纖光柵的有效折射率， 么^ = 50(7他為取樣光纖光柵的峰間距，^是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，*=2;
步驟2，切割透明的和不透明的石英棒，切割成長度均為/2=25 ^的石英短 棒；透明石英棒和不透明石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取 樣單元；振幅掩模板夾具，見圖IO，其寬度為/,25mm，振幅掩模板夾中間設(shè)一 空間，中間空間的寬度為/,， /,》光纖包層的外徑；不透明的石英棒為透明的石 英棒鍍銀膜。
步驟3，將上述透明石英短棒與不透明石英短棒交錯緊密排列并固定在振幅 掩模板夾具上，見圖8、 11、 12，透明的石英短棒與不透光石英短棒數(shù)目均為 N=8，總共排列16個，構(gòu)成振幅掩模板。50GHz采樣光柵峰間距如圖6所示。
實施例七
用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，該制作方法的步驟
步驟l，利用光纖拉絲塔拉制透明的石英棒，石英棒的純度為999，其直徑 為"
d =-^-= 0.6849畫
2 x 3 x A v x n睹.
式中^3xl0^〃為真空中的光速，"# =1.46為光纖光柵的有效折射率， /^-50G他為取樣光纖光柵的峰間距，t是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和 不透明石英棒的和，*=3;
步驟2，切割透明的石英棒，切割成長度/2=25附附的石英短棒；不透明石英 短棒為透明石英棒外鍍鈦膜，透明石英棒和不透明石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖 光柵振幅掩模板的一個取樣單元;振幅掩模板夾具，見圖IO，其寬度為/3= 25加w， 振幅掩模板夾中間設(shè)一空間，中間空間的寬度為卩，夂》光纖包層的外徑；不透 明的石英棒為透明的石英棒鍍金膜。步驟3，將上述透明石英短棒與不透光石英短棒交錯緊密排列并固定在振
幅掩模板夾具上，透明石的英短棒為9根N-8，不透光石英短棒為8根，總計 數(shù)目N-16，總共排列24根，構(gòu)成振幅掩模板，見圖8、 11、 12。 50GHz采樣光 柵峰間距如圖7所示。
為了進一步提高取樣光柵的精細度，可采用透明石英短棒與不透明石英短 棒間插排列，同時也增加了取樣光柵設(shè)計的靈活性。
圖12為1根透明石英短棒間插2根不透明石英短棒粘接后制成的振幅掩模 板。所使用的的透明的和不透明的石英短棒均為部分圓柱體，不透明石英短棒 為透明石英棒外鍍銅膜。
利用光纖拉絲塔拉制所需的透明石英棒，利用拉絲塔的測徑儀和控制裝置 精確控制石英棒外徑，配合石英薄板和傳統(tǒng)簡單的自動平面光學(xué)研磨技術(shù)，組 裝出用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板。
為了提高取樣光柵的精細度，需要盡可能多的石英短棒緊密排列， 一般要 求N^16。 N為石英棒的根數(shù)。
振幅掩模板夾具為中空的光學(xué)平板或金屬平板，如圖io所示。
圖13用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作示意圖。/。為相位掩模板 的寬度，/2為振幅相位掩模板的寬度，A》光纖包層的外徑；圖13中1為紫外 光、2為振幅掩模板、3為相位掩模板、4為光纖。
不透明石英短棒為透明石英棒外鍍銅膜或鈦、銀、金膜實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方法，其特征在于該制作方法的步驟步驟1，利用光纖拉絲塔拉制透明石英棒或不透明石英棒，其直徑為d<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>c</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>k&Delta;v</mi><mo>&CenterDot;</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>eff</mi></msub> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>式中c為真空中的光速，neff為透明石英棒的有效折射率，Δv為取樣光纖光柵的峰間距，k是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和不透明石英棒的和；步驟2，將拉制的透明石英棒或不透明石英棒切割成透明石英棒短棒或不透明石英短棒；透明石英棒或/和不透明石英短棒構(gòu)成制作取樣光纖光柵振幅掩模板的一個取樣單元；步驟3，將上述透明石英棒或/和不透明石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具上，構(gòu)成振幅掩模板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方 法，其特征在于透明石英短棒或不透明石英短棒為圓柱體或部分圓柱體，部 分圓柱體研磨掉的部分的弦高小于石英短棒的直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方 法，其特征在于不透明石英棒為摻入7702的石英材料或透明石英棒外鍍鈦、銀、 金或銅膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于取樣光纖光柵制作的振幅掩模板的制作方 法，其特征在于石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具上，其方式為透 明石英短棒或透明石英短棒與不透明石英短棒交錯排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于取樣光纖光柵制作的振幅模板的制作方法， 其特征在于步驟2中所述的切割成透明石英短棒或不透明石英短棒的長度均 為/2， /2>/3 /3為振幅掩模板夾具的寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于取樣光纖光柵制作的振幅模板的制作方法，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域的光纖通信方向。該方法的步驟1，利用光纖拉絲塔拉制直徑為dd＝c/(2kΔv·n_eff)石英棒，式中c為真空中的光速，n_eff為石英棒的有效折射率，Δv為取樣光纖光柵的峰間距，k是每一個振幅采樣周期內(nèi)透明石英棒和不透明石英棒的和；步驟2，切割石英棒，切割成長度為l₂的石英短棒，l₂≥l₃，l₃為振幅掩模板夾具的寬度；步驟3，將上述石英短棒緊密排列并固定在振幅掩模板夾具上，構(gòu)成振幅掩模板。通過相鄰單元隨心所欲的設(shè)計，實現(xiàn)各種幅度掩模。其制作方法靈活、簡單和成本低(眾所周知，目前光纖非常便宜)，制作精度非常高。
文檔編號G03F1/26GK101539719SQ20091008214
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者傅永軍, 李唐軍, 王目光, 簡水生, 鐘康平 申請人:北京交通大學(xué)