專利名稱：無自致啁啾效應的切趾布拉格光纖光柵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種切趾布拉格光纖光柵的制作方法屬于光纖光柵制作的技術領域。
三、技術內(nèi)容1.技術問題本發(fā)明的目的是提供一種刻寫出的光纖光柵消除因為折射率切趾而導致的自致啁啾效應，即消除短波方向上的類似于F-P(法布里-珀羅)腔效應的諧振次峰的無自致啁啾效應的切趾布拉格光纖光柵的制作方法。
2.技術方案本發(fā)明首先制作周期長度漸變相位掩模板，該相位掩模板中央處的周期從兩邊略小，相位掩模板的齒槽深度根據(jù)紫外光的波長確定；然后將紫外光敏光纖靠在相位掩模板的正面即有齒槽的一面，且保持平行和相對靜止，最后用紫外光垂直于相位掩模板的背面入射，對紫外光敏光纖進行掃描。相位掩模板的周期隨著切趾光纖光柵折射率調(diào)制深度而改變，其數(shù)學描述為ΔΛm=-2×2Λ02Δδn(z)λc,]]>式中λc=2Λ0(neff0+δneff0‾)]]>為切趾光纖光柵的中心耦合波長，neff0為光纖纖芯有效折射率，Λ0和 分別為對應于光纖光柵折射率調(diào)制最大處的周期和纖芯有效折射率調(diào)制，Δδn(z)為有效折射率調(diào)制相對于 的變化量；相位掩模板的齒槽(21)深度h與紫外曝光光源的波長λ0之間的關系為h=λ02(nλ0-1),]]>掩模板對零級衍射光抑制，其中n為對應于紫外光源波長λ0時的掩模板的折射率。具體的方法為(1)制作周期長度漸變相位掩模板，要求掩模板中間處的周期比兩邊略小。然后根據(jù)紫外光的波長設計相位掩模板的槽齒深度。
這種相位掩模板的設計首先根據(jù)所需布拉格光纖光柵的中心反射波長λc，確定光纖光柵中間處得周期Λ0，對應于相位掩模板中間處的周期為2Λ0；其次是根據(jù)實際需要的光纖光柵的反射光譜特性，確定光纖光柵的切趾包絡函數(shù)，以便得到光纖光柵有效折射率沿z向的變化和平均有效折射率調(diào)制的改變量Δδn(z)，然后根據(jù)下式確定相位掩模板各處的周期相對于其中間處周期2Λ0的變化ΔΛm=-2×2Λ02Δδn(z)λc]]>(2)將光纖緊靠在相位掩模板，并使他們相互平行，然后將他們都固定在移動平臺上。平臺移動時，掩模板和光纖是相對靜止的。
(3)最后，制作這種光纖光柵。紫外光垂直相位掩模板入射，紫外光的功率保持不變。平臺移動時，紫外光沿著光纖掃描。根據(jù)光敏光纖紫外曝光量和折射率變化的關系曲線，控制平臺的移動速度，也就是調(diào)整光敏光纖上的紫外光的曝光量。當所刻寫光纖光柵的折射率滿足ΔΛ=-2Λ02Δδnλc]]>時，光纖光柵平均有效折射率變化引起的中心耦合波長的漂移剛好可以被光纖光柵的周期變化抵消掉，因此切趾布拉格光纖光柵由于有效折射率的變化引起的自致啁啾效應也就可以消除了。
工作原理及工作過程因為均勻布拉格光柵耦合的中心波長與光柵平均折射率變化，與空間周期都成正比，所以對于空間周期不變而纖芯有效折射率呈高斯切趾的布拉格光柵，由于其沿光纖軸向的中心耦合波長隨高斯變跡而改變，光柵兩端處的中心耦合波長λ1要比光柵中間處的λ0要小。當某一波長為λ1的光沿光柵傳輸時，光只在光柵的兩端受到光柵的耦合反射作用，這種作用類似于F-P腔的作用，而且因為高斯切趾光柵由中間往兩端對光的耦合作用隨調(diào)制深度減小而逐漸減弱，相當于F-P腔的反射率逐漸減小。因此，這種周期均勻的高斯切趾光柵的反射光譜將會在短波長方向出現(xiàn)逐漸減小的振蕩次峰。
因此，將高斯切趾光纖光柵的折射率調(diào)制設計成光纖光柵平均有效折射率較大處的周期較小，而平均折射率較小處的周期較大，即增加折射率調(diào)制較小處光纖光柵的周期，其數(shù)學描述如下ΔΛ=-2Λ02Δδnλc---(1)]]>上式中光纖光柵周期變化ΔΛ和Δδn是以整個光纖光柵折射率調(diào)制最大處的周期Λ0和平均有效折射率調(diào)制 為參考的，λc=2Λ0(neff0+δneff0‾).]]>對于滿足上式條件的光纖光柵，其中心耦合布拉格波長是近似恒定的。這樣就消除了F-P腔效應。同時其耦合系數(shù)也不存在突變，也就不會有均勻光柵所具有的大的旁瓣。
嚴格的理論分析采用有效介質(zhì)法，其實質(zhì)就是當光在非均勻介質(zhì)中傳輸時，認為介質(zhì)是自由介質(zhì)，而自由介質(zhì)是由μeff和εeff描述的。光柵中模式的傳播等效于自由光柵介質(zhì)中波的傳播。neff=μeffϵeff]]>為虛數(shù)的光柵處，模式是衰減的，相當于經(jīng)過一個分布式的反射鏡；neff為實數(shù)的光柵處，模式是透明傳輸?shù)摹?br> 以高斯切趾光柵為例，高斯包絡函數(shù)為δneff‾(z)=Δneffexp(-4ln2z2FWHM2)---(2)]]>對于滿足式(1)的高斯切趾光柵，其有效介質(zhì)折射率neff為neff=[(δ+2πΔneffλ)2-(πΔneffλe-4ln2z2FWHM2)2]1/2---(3)]]>式(3)中的Δneff是高斯光柵折射率調(diào)制的最大值，F(xiàn)WHM是高斯函數(shù)的半高全寬，δ=β-πΛ0,]]>β為傳播常數(shù)，Λ0是光柵最大折射率調(diào)制處的周期。光沿這種光柵傳播時，neff在一段連續(xù)的z值上取虛數(shù)，也就是只會遇到一個連續(xù)的反射區(qū)域，也就不會出現(xiàn)F-P腔效應。
3.技術效果這種制作方法的裝置簡單，與使用切趾相位掩模板法類似，只需要設計符合要求的相位掩模板，可以采用掃描相位掩模板法進行刻寫光纖光柵，裝置易于安裝調(diào)節(jié)。所刻寫的光纖光柵的耦合系數(shù)是漸變的，同時光纖光柵各處中心耦合波長是不變的，也就是說這種方法制作的光柵具有切趾光柵抑制旁瓣的效果，同時消除了折射率切趾引起的自致啁啾效應。即消除了短波方向 的類似于F-P腔效應的諧振次峰。與切趾相位掩模板法相比，這種制作方法所刻寫的光纖光柵的平均有效折射率也是漸變的。
與多次曝光方法相比，只需要一次掃描曝光，無需兩次或者多次曝光；與特殊遮蔽板法相比，不需要遮蔽板以及比較繁瑣的光路調(diào)整。
圖3是纖芯折射率調(diào)制的周期和有效折射率都不變，而條紋對比度呈高斯變化的折射率調(diào)制，其耦合系數(shù)也呈高斯變化的波形圖。
圖4是周期隨折射率調(diào)制深度改變的高斯切趾折射率調(diào)制示意圖。
首先根據(jù)所需布拉格光纖光柵的中心反射波長λc，確定光纖光柵中間處得周期Λ0，對應于相位掩模板中間處的周期為2Λ0；其次是根據(jù)實際需要的光纖光柵的反射光譜特性，確定光纖光柵的切趾包絡函數(shù)，以便得到光纖光柵有效折射率沿z向的變化和平均有效折射率的改變量Δδn(z)，然后根據(jù)下式確定相位掩模板各處的周期相對于其中間處周期2Λ0的變化ΔΛm=-2×2Λ02Δδn(z)λc]]>相位掩模板的齒槽(21)深度h與紫外曝光光源的波長λ0之間的關系為h=λ02(nλ0-1),]]>掩模板對零級衍射光抑制，其中n為對應于紫外光源波長λ0時的掩模板的折射率。再根據(jù)上述設計相位掩模板，最后利用掃描相位掩模板法制作光纖光柵光纖與相位掩模板都固定在可精確移動的平臺上，要求相互平行，并盡量靠近。紫外光垂直入射，根據(jù)曝光量和折射率改變量的關系確定紫外光的曝光時間，即確定平臺的移動速度，來滿足光柵有效折射率的高斯包絡函數(shù)。
權利要求
1.一種無自致啁啾效應的切趾布拉格光纖光柵的制作方法，其特征在于首先制作周期長度漸變相位掩模板(2)，該相位掩模板(2)中央處的周期比兩邊略小，相位掩模板(2)的齒槽(21)深度根據(jù)紫外光(1)的波長確定；然后將紫外光敏光纖(3)靠在相位掩模板(2)的正面即有齒槽(21)的一面，且保持平行和相對靜止，最后用紫外光(1)垂直于相位掩模板(2)的背面入射，對紫外光敏光纖(3)進行掃描。
2.根據(jù)權利要求1所述的無自致啁啾效應的切趾布拉格光纖光柵的制作方法，其特征在于相位掩模板的周期隨著切趾光纖光柵折射率調(diào)制深度而改變，其數(shù)學描述為ΔΛm=-2×2Λ02Δδn(z)λc,]]>式中λc=2Λ0(neff0+δneff0‾)]]>為切趾光纖光柵的中心耦合波長，neff0為光纖纖芯有效折射率，Λ0和 分別為對應于光纖光柵折射率調(diào)制最大處的周期和纖芯有效折射率調(diào)制，Δδn(z)為有效折射率調(diào)制相對于 的變化量；相位掩模板的齒槽(21)深度h與紫外曝光光源的波長λ0之間的關系為h=λ02(nλ0-1),]]>掩模板對零級衍射光抑制，其中n為對應于紫外光源波長λ0時的掩模板的折射率。
全文摘要
無自致啁啾效應的切趾布拉格光纖光柵的制作方法在于首先制作周期長度漸變相位掩模板2，該相位掩模板2中央處的周期比兩邊略小，相位掩模板2的齒槽21深度根據(jù)紫外光1的波長確定；然后將紫外光敏光纖3靠在相位掩模板2的正面即有齒槽21的一面，且保持平行和相對靜止，最后用紫外光1垂直于相位掩模板2的背面入射，對紫外光敏光纖3進行掃描，使用這種方法刻寫出光纖光柵消除了因為折射率切趾而導致的自致啁啾效應，即消除了短波長方向上的類似于F－P腔效應的諧振次峰。
文檔編號G02B6/124GK1410785SQ0213841
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權日2002年10月11日
發(fā)明者崔一平, 呂昌貴, 徐新華, 惲斌峰, 鐘嫄 申請人:東南大學