專利名稱：光纖布拉格光柵的制造方法和制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖布拉格光柵(FBG)的制造方法和制造裝置，特別涉及具有相移部或折射率調(diào)制振幅發(fā)生改變(例如經(jīng)過切趾化)的FBG的制造方法和制造裝置。
背景技術(shù)：
作為通過在光纖芯部形成布拉格衍射光柵來制造FBG的方法，已知有相位掩模法。相位掩模法是通過向光纖芯部照射紫外激光的干涉光，在光纖芯部中的光纖縱向上形成周期性折射率調(diào)制的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
此外，具有相移部的FBG應(yīng)用于光碼分復(fù)用(OCDMOpticalCode Division Multiplexing)方式的編碼器和解碼器中。在OCDM方式的編碼器和解碼器中使用的SS-FBG(Super Structure FBG)中，多個(gè)相移部形成于對(duì)應(yīng)于代碼種類的位置處。為了由相移法在光纖芯部形成相移部，現(xiàn)有技術(shù)中有在相位掩模的衍射光柵處設(shè)置相移形成用的部分的方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。該方法適于少量品種的大量生產(chǎn)，但是由于需要對(duì)應(yīng)于每一代碼種類準(zhǔn)備高價(jià)的相位掩模，因此不適于多種品種的少量生產(chǎn)。
作為適于多種品種的少量生產(chǎn)的方法，已經(jīng)提出了在相位掩模法中，通過采用壓電元件(PZT)的PZT平臺(tái)，使光纖在其縱向上微動(dòng)或振動(dòng)，由此使FBG具有相移部或切趾部的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
但是如圖12(a)所示，在相位掩模116不動(dòng)，光纖10在其縱向(X軸方向)上微動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，如圖12(b)所示，由于在X軸方向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)的偏移(ヨ-イング)等使得光纖10在與X軸方向正交的Y軸方向(光纖的寬度方向)產(chǎn)生偏差。特別是對(duì)于具有多個(gè)相移部的SS-FBG，由于需要對(duì)光纖110實(shí)施多次移動(dòng)(微動(dòng))，因此光纖110在Y軸方向上產(chǎn)生較大偏差。此外，如圖12(b)所示，例如單模光纖具有高斯分布，即形成折射率調(diào)制的光纖110a的直徑縮小為約8微米，紫外激光120的強(qiáng)度分布急劇上升和急劇下降。因此，存在由于光纖110在Y軸方向上的偏差，使得紫外激光120向光纖110a的照射量發(fā)生較大變化，從而在光纖110a中形成的折射率調(diào)制振幅產(chǎn)生較大偏差。
此外，在非專利文獻(xiàn)3中，由于向PZT輸入方波樣的電壓線形變動(dòng)(linear variation)，因此由于磁滯現(xiàn)象和滯緩現(xiàn)象，不能保持PZT輸入電壓和移動(dòng)量之間的線形性，難以設(shè)計(jì)出在光纖芯部110a中形成所希望的折射率調(diào)制的方法。
水波澈著、“光纖衍射光柵”、應(yīng)用物理、第67卷第9號(hào)(1998)、第1029-1034頁[非專利文獻(xiàn)2]西木玲彥等著、“采用SSFBG的OCDM用相位編碼器的開發(fā)-數(shù)據(jù)率擴(kuò)展方式的驗(yàn)證”、信學(xué)技法、電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告(TECHNICAL REPORT OF IEICE.)OFT2002-66(2002-11)、第13-18頁[非專利文獻(xiàn)]3ダブリュ·エイチ·ロ-等著、“complex gratingstructures with uniform phase masks based on the movingfiber-scanning beam technique”，Opticals Letters，Vol.20.1995年10月15日發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種可形成布拉格衍射光柵的FBG制造方法和制造裝置，所要解決的問題是減少由于光纖寬度方向的偏差引起的折射率調(diào)制振幅的偏差，并且能夠在光纖芯部所希望的位置處形成相移部，或者使折射率調(diào)制振幅按照所希望的方式改變。
本發(fā)明的制造方法包括以下步驟通過采用相位掩模法，在感光性光纖的縱向上掃描紫外激光，以在光纖芯部中沿著光纖縱向形成周期性折射率調(diào)制的步驟；以及與上述紫外激光的掃描步驟同時(shí)進(jìn)行地，在紫外激光的照射位置處于預(yù)定位置時(shí)，通過使所述相位掩模法中使用的相位掩模在上述縱向上僅瞬間移動(dòng)預(yù)定距離，按照在光纖芯部中形成的周期性折射率調(diào)制而形成相移部的步驟。
此外，作為本發(fā)明的另一種制造方法，其包括以下步驟通過采用相位掩模法，在感光性光纖的縱向上掃描紫外激光，以在光纖芯部中沿著上述縱向形成周期性折射率調(diào)制的步驟；以及與上述紫外激光的掃描步驟同時(shí)進(jìn)行地，通過使所述相位掩模法所用的相位掩模在上述縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅根據(jù)所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加或減少，使所述光纖芯部處形成的折射率調(diào)制振幅發(fā)生改變的步驟。
作為本發(fā)明的制造裝置，是在所述光纖芯部的所述縱向上形成周期性折射率調(diào)制的裝置，其包括將感光性光纖保持為直線狀的支持部件；相位掩模；通過所述相位掩模，向保持于所述支持部件上的所述光纖的光纖芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件；使所述紫外激光照射位置在所述光纖的縱向上移動(dòng)的掃描部件；還包括使所述相位掩模在所述縱向上瞬間移動(dòng)的微動(dòng)部件；通過所述掃描部件使所述紫外激光的照射位置發(fā)生移動(dòng)，同時(shí)由所述微動(dòng)部件使所述相位掩模在所述縱向上僅瞬間移動(dòng)預(yù)定距離的控制部件。
此外，作為本發(fā)明的其它制造裝置，是在所述光纖芯部的所述縱向上形成周期性折射率調(diào)制的裝置，其包括將感光性光纖保持為直線狀的支持部件；相位掩模；通過所述相位掩模，對(duì)支持于所述支持部件上的所述光纖的光纖芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件；使所述紫外激光照射位置在所述光纖的縱向上移動(dòng)的掃描部件；還具有使所述相位掩模在所述縱向上振動(dòng)的微動(dòng)部件；通過所述掃描部件使所述紫外激光的照射位置發(fā)生移動(dòng)，同時(shí)由所述微動(dòng)部件使所述相位掩模在所述縱向上振動(dòng)，通過使該振動(dòng)的振幅對(duì)應(yīng)于所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加或減小，使形成在所述光纖芯部處的周期性折射率調(diào)制振幅發(fā)生改變的控制部件。
如果使用本發(fā)明的光纖布拉格光柵制造方法或制造裝置，可獲得這樣的效果，即不用交換相位掩模，便可形成在光纖芯部所希望的位置處具有所需相移量的相移部或者使折射率調(diào)制振幅按照所需方式改變的布拉格衍射光柵。
此外，在本發(fā)明光纖布拉格光柵制造方法或制造裝置中，為形成相移部或使折射率調(diào)制振幅改變，在如現(xiàn)有技術(shù)中那樣，由于相位掩模在其縱向上微動(dòng)或振動(dòng)，從而使得光纖微動(dòng)或振動(dòng)時(shí)，光纖芯部位置相對(duì)于紫外激光在光纖寬度方向上不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。由此，如果采用本發(fā)明光纖布拉格光柵制造方法或制造裝置在光纖芯部形成布拉格衍射光纖的話，可獲得降低折射率調(diào)制振幅偏差的效果。


圖1簡略地顯示了作為本發(fā)明第1到第3實(shí)施方式的光纖布拉格光柵(FBG)制造裝置的結(jié)構(gòu)，其中(a)是將X軸方向作為橫向的圖，(b)是將Y軸方向作為橫向的圖。
圖2是用于說明作為本發(fā)明第1實(shí)施方式的FBG制造裝置的微動(dòng)平臺(tái)14的動(dòng)作的圖。
圖3為用于說明本發(fā)明第1實(shí)施方式的FBG制造方法的圖，其中(a)表示相位掩模16相移前的折射率調(diào)制形成步驟，(b)表示相位掩模16相移后的折射率調(diào)制形成步驟。
圖4顯示了作為本發(fā)明第1實(shí)施方式的FBG制造裝置微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件的輸入電壓和相移量的關(guān)系。
圖5顯示了具有相移部的FBG的反射光譜(第1實(shí)施方式)和不具有相移部的FBG的反射光譜(比較例)。
圖6為說明本發(fā)明第2實(shí)施方式的FBG制造方法的圖。其中(a)為顯示相位掩模的振動(dòng)的圖，(b)用于說明在相位掩模振動(dòng)的振幅縮小的情況下，光纖芯部折射率調(diào)制振幅變大、(c)用于顯示說明在相位掩模振動(dòng)的振幅變大的情況下，光纖芯部折射率調(diào)制振幅變小。
圖7表示當(dāng)作為本發(fā)明第2實(shí)施方式的FBG制造裝置的微動(dòng)平臺(tái)和壓電元件的振動(dòng)為SIN函數(shù)的情況下，顯示出標(biāo)準(zhǔn)化的相對(duì)折射率調(diào)制振幅。
圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施方式的FBG制造方法形成切趾部的方法，其中(a)表示微動(dòng)平臺(tái)壓電元件的輸入電壓波形，該(b)表示光纖芯部的折射率調(diào)制振幅。
圖9表示具有切趾部的FBG的反射光譜(第2實(shí)施方式)和不具有切趾部的FBG的反射光譜(比較例)。
圖10用于說明第3實(shí)施方式的FBG制造方法，其中(a)用于說明微動(dòng)平臺(tái)壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路(合成電路)的操作，(b)顯示了從函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的輸入信號(hào)波形，(c)顯示了從直流電壓發(fā)生器發(fā)出的輸入信號(hào)波形，(d)顯示了合成電路51的輸出波形。
圖11中(a)顯示了具有相移部，但是無切趾部的FBG的反射光譜(比較例)。(b)顯示了同時(shí)具有相移部和切趾部的FBG的反射光譜(第3實(shí)施方式)。
圖12簡略地顯示了現(xiàn)有技術(shù)中在制造FBG時(shí)，激光和相位掩模/光纖的位置關(guān)系。其中(a)是將X軸方向作為橫向的圖，(b)是將Y軸方向作為橫向的圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，(a)和(b)簡略地顯示了作為本發(fā)明第1到第3實(shí)施方式的光纖布拉格光柵(FBG)制造裝置的結(jié)構(gòu)，(a)是將作為光纖縱向的X軸方向作為橫向的圖，(b)是將與X軸方向正交的Y軸方向作為橫向的圖。如圖1(a)和(b)所示，依據(jù)第1到第3實(shí)施方式的FBG制造裝置，其具有基板11、使該基板11移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)系統(tǒng)12、設(shè)置在基板11上的光纖支持件13。固定在基板11上的微動(dòng)平臺(tái)14、固定在該微動(dòng)平臺(tái)14上的相位掩模支持件15和固定在該相位掩模支持件15上的相位掩模16。此外，該FBG制造裝置還具有向光纖10照射紫外激光20的光學(xué)系統(tǒng)21，其中該光纖10由光纖支持件13張開呈直線狀。另外，作為光纖10，使用其光纖芯部的折射率隨紫外線照射發(fā)生改變的感光性光纖。
如圖1(a)和(b)所示，平臺(tái)系統(tǒng)12具有沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a、沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b和沿X軸移動(dòng)的平臺(tái)12c。沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a通過從脈沖馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)源(圖中未示出)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力，使基板11以與基板11表面正交的軸線(沿著圖1(a)和(b)中的縱向延伸的軸線)為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a用于使由光纖支持件13支撐的光纖10的縱向與X軸方向(X軸移動(dòng)平臺(tái)12c的移動(dòng)方向)平行。沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b通過從脈沖馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)源(圖中未示出)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力，使沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a和基板11在與X軸方向正交的Y軸方向(為Y軸移動(dòng)平臺(tái)12b的移動(dòng)方向，圖1(b)中的橫向)移動(dòng)。沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b是為使由光纖支持件13支撐的光纖10的光纖芯部的位置與紫外激光20的照射位置一致，而使得沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a和基板11在Y軸方向上移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。對(duì)于沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a對(duì)光纖10方向的調(diào)整順序和沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b對(duì)光纖10的Y軸方向的位置的調(diào)整順序沒有特別限制，例如可采用特開平11-142659號(hào)公報(bào)中公開的方法。
沿X軸移動(dòng)的平臺(tái)12c通過從脈沖馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)源(圖中未示出)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力，使沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b、沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a以及基板11在X軸方向(圖1(a)中的橫向)上移動(dòng)。沿X軸移動(dòng)的平臺(tái)12c的最大移動(dòng)距離，例如為150mm，位置移動(dòng)分解能力例如為1微米。沿X軸移動(dòng)的平臺(tái)12c通過使基板11上的光纖支持件13所支撐的光纖10在其縱向(通過沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a和沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b，使其與X軸方向一致)上移動(dòng)，可使紫外激光20在光纖10上的照射位置在X軸方向上移動(dòng)(即，由紫外激光20對(duì)光纖10的光纖芯部進(jìn)行掃描)。
基板11上的微動(dòng)平臺(tái)14以壓電元件(PZT)作為驅(qū)動(dòng)源，使得相位掩模支持件15和相位掩模16在X軸方向上微動(dòng)或振動(dòng)。微動(dòng)平臺(tái)14的最大移動(dòng)距離例如為35微米，位置移動(dòng)分解能力例如為1nm。采用位置移動(dòng)分解能力為1nm的壓電元件的微動(dòng)平臺(tái)14如以下在第1到第3實(shí)施例所述，可用于使光纖芯部10a的布拉格衍射光柵具有相移部和改變其折射率調(diào)制振幅的用途。此外，壓電元件的移動(dòng)量可通過控制壓電元件的輸入電壓進(jìn)行調(diào)整。
沿θ軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)12a、沿Y軸移動(dòng)的平臺(tái)12b、沿X軸移動(dòng)的平臺(tái)12c和微動(dòng)平臺(tái)14的操作，可基于從例如個(gè)人電腦(PC)的控制裝置(圖中未示出)發(fā)出的控制信號(hào)，由各自的驅(qū)動(dòng)電路(在圖1(a)和(b)中未示出)進(jìn)行控制。
如圖1(b)所示，照射紫外激光20的光學(xué)系統(tǒng)21具有激光源21a、透鏡21b和反射鏡21c。激光光源21a例如為產(chǎn)生244nm波長光的Ar-CW激光器(例如為Coherent公司制造的INNOVA300Fred(商品名稱))。從激光光源21a發(fā)出的紫外激光由透鏡21b進(jìn)行會(huì)聚，由反射鏡21c進(jìn)行反射，通過相位掩模16后照射到光纖10的光纖芯部。在圖1(a)和(b)中，紫外激光的照射位置被固定，紫外激光20的掃描是由X軸移動(dòng)平臺(tái)12c移動(dòng)基板11實(shí)施的。但是，也可以不通過X軸移動(dòng)平臺(tái)12c使基板11在X軸方向上移動(dòng)，而通過固定基板11，使得光學(xué)系統(tǒng)21在X軸方向上移動(dòng)。
第1實(shí)施方式圖2是用于說明作為本發(fā)明第1實(shí)施方式的FBG制造裝置的微動(dòng)平臺(tái)14的動(dòng)作的圖。微動(dòng)平臺(tái)14的動(dòng)作是基于從諸如個(gè)人電腦(PC)的控制裝置(圖中未示出)發(fā)出的控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路(為圖2中的直流電壓發(fā)生器17)調(diào)整微動(dòng)平臺(tái)14的壓電元件的施加電壓進(jìn)行控制的。平臺(tái)系統(tǒng)12的控制裝置和微動(dòng)平臺(tái)14的控制電路通常為同一個(gè)人電腦。
圖3(a)和(b)為用于說明依據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施方式的FBG制造方法(依據(jù)第1實(shí)施方式的FBG制造裝置的動(dòng)作)的圖，該圖(a)表示相位掩模16相移前的折射率調(diào)制形成步驟，該圖(b)表示相位掩模16相移后的折射率調(diào)制形成步驟。如圖3(a)和(b)所示，當(dāng)紫外激光20通過相位掩模16時(shí)，產(chǎn)生周期為相位掩模16的衍射光柵周期的1/2的干涉條紋(干涉光20a)。當(dāng)該干涉條紋照射在光纖芯部10a上時(shí)，對(duì)應(yīng)于照射光量，光纖芯部10a的折射率增加，在光纖芯部10a處，由于周期性折射率調(diào)制，而形成布拉格衍射光柵。
如圖1和圖3(a)和(b)所示，由X軸移動(dòng)平臺(tái)12c造成的基板11在X軸方向上的移動(dòng)，具體地是通過向圖3(a)和(b)示出的箭頭A方向移動(dòng)，紫外激光20的照射位置從位置PA通過位置PB，移動(dòng)到位置PC。當(dāng)紫外激光20的照射位置處于位置PB時(shí)，由微動(dòng)平臺(tái)14使相位掩模16在光纖10的縱向，即X軸方向(在本例中與箭頭A方向相反的方向)上僅移動(dòng)預(yù)定距離(微動(dòng))。此時(shí)相位掩模16的移動(dòng)距離為相位掩模16的衍射光柵周期的1/4(即為光纖芯部10a處形成的布拉格衍射光柵周期的1/2)。
如圖3(a)和(b)所示，通過紫外激光20從位置PA到位置PB的掃描，光纖芯部10a處形成布拉格衍射光柵31。此時(shí)紫外激光20的掃描速度例如為在10微米/秒-100微米/秒范圍內(nèi)設(shè)定的一固定值。在該掃描期間，相位掩模16和光纖10的相對(duì)位置不變。
如圖1和圖3(b)所示，當(dāng)紫外激光20的照射位置到達(dá)位置PB時(shí)，通過微動(dòng)平臺(tái)14的微動(dòng)在光纖芯部10a處形成相移部33。此時(shí)的微動(dòng)量(相移量)為光纖芯部10a的布拉格衍射光柵周期的1/2(相位掩模16的衍射光柵周期的1/4)。該相移量成為相移部的長度。該相移量例如為0.268微米。此時(shí)，采用壓電元件的微動(dòng)平臺(tái)14的壓電元件的輸入電壓約為180mV。如圖4所示，根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件的輸入電壓和相移量的關(guān)系求出輸入電壓。但是，圖4的關(guān)系只不過是一實(shí)例，壓電元件的輸入電壓和相移量的關(guān)系根據(jù)壓電元件的種類而變化。
如圖3(b)所示，通過紫外激光20從位置PA到位置PB的掃描，在光纖芯部10a處形成布拉格衍射光柵32。此時(shí)紫外激光20的掃描速度例如為在10微米/秒-100微米/秒范圍內(nèi)設(shè)定的一固定值。在該掃描期間，相位掩模16和光纖10的相對(duì)位置不變。在該實(shí)施例中，紫外激光20的照射位置固定，使光纖10通過X軸移動(dòng)平臺(tái)12c在箭頭A的方向上移動(dòng)，使相位掩模16通過微動(dòng)平臺(tái)14而在X軸方向上微動(dòng)，但在圖3(a)和(b)中，為了容易理解相位掩模16和光纖芯部10a在X軸方向上的位置關(guān)系，通過移動(dòng)紫外激光20的位置進(jìn)行描述。
通過以上過程，當(dāng)光纖芯部10a處于位置PB時(shí)，從位置PA到位置PB的布拉格衍射光柵31和從位置PB到位置PC的布拉格衍射光柵32形成僅相移布拉格衍射光柵周期的1/2的FBG。
在以上說明中描述了具有一個(gè)相移部33的FBG的制造方法，但是利用微動(dòng)平臺(tái)14使相位掩模16反復(fù)微動(dòng)，可制造具有多個(gè)相移部的FBG。此外，如果通過同一個(gè)人電腦控制X軸移動(dòng)平臺(tái)12c和微動(dòng)平臺(tái)14，且在X軸移動(dòng)平臺(tái)12c的動(dòng)作過程中，以所希望的多個(gè)坐標(biāo)使微動(dòng)平臺(tái)14動(dòng)作的話，也可以在所希望的位置形成多個(gè)相移部33。此外，采用SS-FBG的OCDM用編碼器和解碼器可根據(jù)任意編碼的碼長和模式，使布拉格衍射光柵具有多個(gè)相移部33，第一實(shí)施方式的FBG制造方法可適于制造這種FBG。
此外，通過調(diào)整微動(dòng)平臺(tái)14的輸入電壓可控制相移量，并制造FBG，該FBG具有相移量為在光纖芯部形成的布拉格衍射光柵的1/4周期或3/4周期等的任意相移量的相移部。一般，相移量為比相位掩模16的衍射光柵周期的1/2更小的值(即，為比光纖芯部10a處形成的衍射光柵的周期更小的值)。另外，根據(jù)需要，相移量也可以為比相位掩模的衍射光柵周期的1/2更大的值(即，比光纖芯部10a處形成的衍射光柵的周期更大的值)。
圖5顯示了具有相移部的FBG的反射光譜(第1實(shí)施方式)和不具有相移部的FBG的反射光譜(比較例)。如圖5中用粗線(經(jīng)過相移)所示，在FBG長度中央具有為布拉格衍射光柵的1/2周期的相移部33的FBG的反射光譜在反射帶中央處具有傾角。此時(shí)FBG的長度為2.4mm，在其中央處(距離端部1.2mm的位置)設(shè)置相移部。此外，如圖5中用細(xì)線(不經(jīng)過相移)所示的不具有相移部的FBG的反射光譜在反射帶中央不出現(xiàn)傾角。根據(jù)這種反射光譜的實(shí)測(cè)值，可確定在第1實(shí)施方式下，在FBG中長度為衍射光柵的1/2周期的相移部被良好地形成。
如上所述，如果采用依據(jù)第1實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置，可不用交換相位掩模16便可形成在光纖芯部10a所希望的位置處具備具有所需相移量的相移部33的布拉格衍射光柵。
另外，在依據(jù)第1實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置中，由于形成了相移部33，在如現(xiàn)有技術(shù)中那樣，由于相位掩模16在其縱向上微動(dòng)從而使得光纖10微動(dòng)，從而光纖芯部10a的位置和紫外激光在Y軸方向上的位置關(guān)系不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。此外，相位掩模16在Y軸方向的寬度為5mm-10mm左右時(shí)，其比光纖芯部的直徑更大，因此由相位掩模16在Y軸方向的錯(cuò)位不會(huì)造成向光纖芯部10a的紫外光照射量發(fā)生改變。由此，如果采用依據(jù)第1實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置在光纖芯部10a中形成布拉格衍射光柵的話，可降低由光纖寬度方向錯(cuò)位引起的折射率調(diào)制振幅的偏差。
第2實(shí)施方式在第2實(shí)施方式中，采用函數(shù)電壓信號(hào)發(fā)生器代替第1實(shí)施方式中的微動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)用的直流電壓發(fā)生器(圖2中的符號(hào)17)，通過在微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件上施加所需函數(shù)波形的電壓振幅，可使相位掩模振動(dòng)。在第2實(shí)施方式中，通過由微動(dòng)平臺(tái)使相位掩模振動(dòng)，使光纖芯部的折射率調(diào)制振幅改變，例如使其具有切趾部。
如圖1所示，依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法(依據(jù)第2實(shí)施方式的制造裝置的動(dòng)作)，具有通過采用相位掩模法，在光纖10的縱向(X軸方向)上掃描紫外激光20，然后在光纖芯部10a中光纖10的縱向上形成周期性折射率調(diào)制的步驟。此外，在依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法中，還具有與上述紫外激光20的掃描步驟同時(shí)進(jìn)行地，通過使相位掩模法中所用的相位掩模16在光纖10的縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅根據(jù)紫外激光10的照射位置連續(xù)增加或減少，使光纖芯部10a中形成的折射率調(diào)制發(fā)生改變。
圖6(a)到(c)為說明作為本發(fā)明第2實(shí)施方式的FBG制造方法的圖。該圖(a)為顯示相位掩模的振動(dòng)的圖，圖(b)用于說明在相位掩模振動(dòng)的振幅縮小的情況下，光纖芯部折射率調(diào)制振幅變大、圖(c)用于顯示說明在相位掩模振動(dòng)的振幅變大的情況下，光纖芯部折射率調(diào)制振幅變小。如圖6(a)所示，當(dāng)相位掩模16在實(shí)線位置和虛線位置之間反復(fù)移動(dòng)(即振動(dòng))時(shí)，干涉光41相對(duì)于光纖芯部10a的照射位置也發(fā)生改變。當(dāng)光纖芯部10a的激光束照射量固定時(shí)，如圖6(b)所示，相位掩模16振動(dòng)的振幅較小時(shí)，干涉光41對(duì)于光纖芯部10a的照射范圍變窄，因此光纖芯部10a的布拉格衍射光柵的折射率調(diào)制振幅變大。其中，相位掩模16振動(dòng)的振幅與圖6(b)中表示干涉光照射強(qiáng)度的3條曲線(實(shí)線、細(xì)虛線、粗虛線)中實(shí)線與粗虛線的相位差相對(duì)應(yīng)。此外，如圖6(c)所示，相位掩模16振動(dòng)的振幅較大時(shí)，干涉光41對(duì)于光纖芯部10a的照射范圍變寬，因此光纖芯部10a的布拉格衍射光柵的折射率調(diào)制振幅變小。其中，相位掩模16振動(dòng)的振幅與圖6(c)中表示干涉光照射強(qiáng)度的3條曲線(實(shí)線、細(xì)虛線、粗虛線)中實(shí)線與粗虛線的相位差相對(duì)應(yīng)。但是，在圖6(b)情況下的平均折射率變化量Nb和在圖6(c)情況下的平均折射率變化量Nc是相等的。
圖7表示在依據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施方式的FBG制造裝置的微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件的振動(dòng)為SIN函數(shù)的情況下，被標(biāo)準(zhǔn)化的相對(duì)折射率調(diào)制振幅。該標(biāo)準(zhǔn)化在SIN函數(shù)的輸入振幅電壓為0mV時(shí)，將光纖芯部10a的布拉格衍射光柵的折射率調(diào)制振幅作為1。此外，該圖表示出了振動(dòng)函數(shù)為SIN波形(或者COSIN波形)時(shí)模擬值和測(cè)定值之間的關(guān)系。此時(shí)的振動(dòng)頻率為10Hz。由此可知，用為SIN波形(或者COSIN波形)函數(shù)的振幅進(jìn)行控制時(shí)，模擬值和測(cè)定值之間幾乎一致。
圖8(a)到(b)是用于說明根據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法形成切趾部的方法，該圖(a)表示微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件的輸入電壓波形，該圖(b)表示光纖芯部的折射率調(diào)制振幅。作為切趾法技術(shù)，指的是通過使FBG的周期性折射率調(diào)制的包絡(luò)線為圖8(b)所示的形狀(鈴狀)，來抑制由FBG兩端的法布里-柏里干涉引起的側(cè)凸起的技術(shù)。在FBG的周期性折射率調(diào)制83的包絡(luò)線81形成如圖8(b)所示形狀的布拉格衍射光柵時(shí)，相對(duì)于FBG長度方向位置的輸入SIN波形(或者COSIN波形)函數(shù)的電壓振幅為圖8(a)所示的話較好。根據(jù)圖7所示的標(biāo)準(zhǔn)化光纖芯部衍射光柵的折射率調(diào)制振幅與SIN函數(shù)的輸入振幅電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可獲得形成包絡(luò)線81所需的電壓振幅。因此，通過控制壓電元件的輸入電壓，可在光纖芯部的布拉格衍射光柵處形成切趾部。
圖9表示具有切趾部的FBG的反射光譜(第2實(shí)施方式)和不具有切趾部的FBG的反射光譜(比較例)。這些FBG的長度為4.8mm。在第2實(shí)施方式中，經(jīng)切趾化的(即，具有切趾部分)折射率調(diào)制的包絡(luò)線由以下式(1)的升高的COSINE函數(shù)形成。
f(x)＝1+cos(2πx/L) (1)在此，L表示FBG的全長。圖9實(shí)線所示的具有切趾部的FBG的反射光譜(With apodize)和圖9虛線所示的不具有切趾部的FBG的反射光譜(W/O apodize)相比，在為具有切趾部的FBG時(shí)，可抑制側(cè)凸起。另外，在第2實(shí)施方式中可以在切趾部使用升高的COSINE函數(shù)，也可以使用其它函數(shù)。
如上所述，如果采用依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置，可在光纖芯部10a所希望的位置處使折射率調(diào)制振幅發(fā)生改變(例如形成切趾部)。
此外，在依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置中，為使折射率調(diào)制振幅發(fā)生變動(dòng)，而在如現(xiàn)有技術(shù)中那樣，由于相位掩模16在其縱向上振動(dòng)，從而使得光纖10振動(dòng)時(shí)，光纖芯部10a的位置與紫外激光20在Y軸方向上不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。此外，由于相位掩模16在Y軸方向的寬度較大，為5mm-10mm左右，因此由相位掩模16在Y軸方向的錯(cuò)位不會(huì)造成向光纖芯部10a的紫外光照射量發(fā)生改變。由此，如果采用依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置在光纖芯部10a形成布拉格衍射光柵的話，可降低由光纖寬度方向錯(cuò)位引起的折射率調(diào)制振幅的偏差。
另外，根據(jù)第2實(shí)施方式，在通過函數(shù)電壓信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生向微動(dòng)平臺(tái)14的壓電元件施加的電壓使壓電元件振動(dòng)時(shí)，振幅變化的情況是以平滑的SIN波形(或者COSIN波形)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)，模擬的FBG折射率調(diào)制的振幅與實(shí)際制作的FBG折射率調(diào)制的振幅大致一致。因此，實(shí)際制作出的FBG的折射率調(diào)制振幅可根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)14的壓電元件的輸入電壓進(jìn)行換算，并容易地進(jìn)行方法設(shè)計(jì)，以獲得所需要的FBG折射率調(diào)制。
第3實(shí)施方式依據(jù)第3實(shí)施方式的FBG制造方法，是制造同時(shí)具有相移部和改變折射率變動(dòng)振幅的FBG的方法。在依據(jù)第3實(shí)施方式的FBG制造方法中，將第1實(shí)施方式的直流電壓發(fā)生器的輸出和第2實(shí)施方式中的函數(shù)電壓信號(hào)發(fā)生器的輸出合成出的信號(hào)，輸入到微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件中，使相位掩模16振動(dòng)和微動(dòng)。
在第3實(shí)施方式的FBG制造方法中(第2實(shí)施方式的制造裝置的動(dòng)作)，具有通過采用相位掩模法，在光纖10的縱向(X軸方向)上掃描紫外激光20，在光纖芯芯部10a中光纖10的縱向上形成周期性折射率調(diào)制的步驟，此外，在依據(jù)第3實(shí)施方式的FBG制造方法中，還具有與上述紫外激光20的掃描步驟同時(shí)進(jìn)行的、在紫外激光20的照射位置處于預(yù)訂位置處時(shí)，通過使在相位掩模法中使用的相位掩模16在光纖10的縱向上僅瞬間移動(dòng)預(yù)定距離(微動(dòng))，按在光纖芯部10a上形成的周期性折射率調(diào)制而形成相移部33。進(jìn)一步地，在第3實(shí)施方式的FBG制造方法中，還具有這樣的步驟，即通過使相位掩模法中所用的相位掩模16在光纖10的縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅根據(jù)紫外激光10的照射位置連續(xù)增加或減少，可使光纖芯部10a中形成的折射率調(diào)制的振幅發(fā)生改變。
圖10(a)到(d)用于說明第3實(shí)施方式的FBG制造方法，該圖(a)用于說明微動(dòng)平臺(tái)壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路(合成電路)51的動(dòng)作，圖(b)顯示了從函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的輸入信號(hào)波形的一個(gè)實(shí)例，圖(c)顯示了從直流電壓發(fā)生器發(fā)出的輸入信號(hào)波形的一個(gè)實(shí)例，圖(d)顯示了合成電路51的輸出波形。如圖10(a)所示，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電壓振幅和直流電壓發(fā)生器的直流電壓輸入到合成電路中，輸出合成電壓波形。
在第3實(shí)施方式中，對(duì)具有1個(gè)相移部的FBG和對(duì)FBG施加切趾法技術(shù)時(shí)的FBG制造方法進(jìn)行說明。另外，還示出了長度為2.4mm、在FBG長度中央處具有長度為布拉格衍射光柵的1/2周期的相移部的FBG，從其端部開始每隔1.2mm的位置處施加升高的(レイズド)COSINE函數(shù)的切趾部的情況。
第3實(shí)施方式的FBG制造方法如下所示。采用圖1(a)和(b)所示的制造裝置，在X軸移動(dòng)平臺(tái)12c動(dòng)作時(shí)，紫外激光20通過相位掩模16對(duì)光纖芯部10a進(jìn)行掃描。如圖10(d)所示，在開始掃描時(shí)，為使折射率調(diào)制振幅約為0，輸入到壓電元件中的振幅電壓較大，約為268mV。通過形成在形成相移之前的1.2mm長的布拉格衍射光柵，根據(jù)如圖7所示的與SIN函數(shù)的輸入振幅電壓相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的光纖芯部衍射光柵的折射率調(diào)制振幅和FBG全長為1.2mm的升高的COSINE函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行換算后，如圖10(d)所示，該輸入電壓振幅從約0mV變動(dòng)至268mV。如圖10(d)所示，為了形成掃描距離為1.2mm、長度為布拉格衍射光柵的1/2周期的相移部(268微米)，施加約180mV的直流電壓。當(dāng)掃描距離超過1.2mm后，形成剩余1.2mm長的布拉格衍射光柵用的輸入電壓振幅如圖10(d)所示，具有與相移前的1.2mm掃描相同的輸入電壓振幅變化。
圖11(a)顯示了具有相移部，但是無切趾部的FBG的反射光譜(比較例)。圖11(b)顯示了同時(shí)具有相移部和切趾部的FBG的反射光譜(第3實(shí)施方式)。在圖11(a)和(b)中，顯示了在FBG中央具有一個(gè)其長度為布拉格衍射光柵1/2周期的相移部、長度為2.4mm的FBG中實(shí)施切趾法和不實(shí)施切趾法形成的FBG的反射光譜。由此可知，在實(shí)施了切趾法的FBG的反射光譜中，可抑制側(cè)凸起。
在以上的說明中示出了具有1個(gè)相移部，并在切趾法中采用升高的COSINE函數(shù)的FBG的制造實(shí)例，但是通過同樣的方法可制造具有多個(gè)相移部和任意相移量、并且在切趾法中可使用任何函數(shù)的FBG。因此，根據(jù)第3實(shí)施方式，通過合成直流電壓發(fā)生器的電壓和函數(shù)電壓信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)并施加在微動(dòng)平臺(tái)的壓電元件上，可使微動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)和移動(dòng)，形成具有所需相移量和個(gè)數(shù)的相移部并且施加了所希望函數(shù)的切趾法的FBG。
此外，在第3實(shí)施方式的FBG制造方法和制造裝置中，為使折射率調(diào)制振幅變動(dòng)，而在如現(xiàn)有技術(shù)中那樣，由于相位掩模16在其縱向上微動(dòng)和振動(dòng)，從而使得光纖10振動(dòng)時(shí)，光纖芯部10a與紫外激光20在Y軸方向上的位置關(guān)系不會(huì)發(fā)生偏移。此外，由于相位掩模16在Y軸方向的寬度較大，約為5mm-10mm，因此相位掩模16在Y軸方向上的錯(cuò)位不會(huì)造成向光纖芯部10a的紫外光照射量發(fā)生改變。由此，如果采用依據(jù)第2實(shí)施方式的FBG制造方法或制造裝置在光纖芯部10a形成布拉格衍射光柵的話，可降低由光纖寬度方向錯(cuò)位引起的折射率調(diào)制振幅的偏差。
此外，在上述各種實(shí)施方式中，對(duì)光纖芯部形成布拉格衍射光柵的情況進(jìn)行了說明，但是如果采用由紫外激光改變折射率的光導(dǎo)波路的話，可由本發(fā)明制造方法和制造裝置形成衍射光柵。
權(quán)利要求
1.一種光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為包括以下步驟通過采用相位掩模法，在感光性光纖的縱向上掃描紫外激光，在光纖芯部中沿著光纖的縱向形成周期性折射率調(diào)制的步驟，以及與紫外激光的掃描步驟并行地，在紫外激光的照射位置處于預(yù)定位置時(shí)，通過使所述相位掩模法中使用的相位掩模在上述縱向上僅瞬間移動(dòng)預(yù)定距離，按上述光纖芯部中形成的周期性折射率調(diào)制來形成相移部的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為使所述相位掩模在所述縱向上瞬間移動(dòng)時(shí)的所述預(yù)定距離為小于所述相位掩模的衍射光柵周期的1/2的值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為進(jìn)一步包括與上述紫外激光的掃描步驟并行地，通過使所述相位掩模在上述縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅根據(jù)所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加或減少，而使所述光纖芯部中形成的折射率調(diào)制的振幅改變的步驟。
4.一種光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為包括以下步驟通過采用相位掩模法，在感光性光纖的縱向上掃描紫外激光，在光纖芯部中沿著光纖的縱向形成周期性折射率調(diào)制的步驟，以及與紫外激光的掃描步驟并行地，通過使所述相位掩模法所用的相位掩模在上述縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅根據(jù)所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加和減少，而使所述光纖芯部中形成的折射率調(diào)制的振幅發(fā)生改變的步驟。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為所述相位掩模的振動(dòng)振幅為0以上并在所述相位掩模的衍射光柵周期的1/2以下的范圍內(nèi)連續(xù)增加和減小。
6.如權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為所述相位掩模的振動(dòng)振幅的增加和減小為SIN函數(shù)或COSIN函數(shù)。
7.如權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵的制造方法，其特征為通過使形成于所述光纖芯部的周期性折射率調(diào)制的振幅發(fā)生改變，使得所述光纖芯部中形成的周期性折射率調(diào)制具有切趾部。
8.一種光纖布拉格光柵的制造裝置，在所述光纖芯部沿所述縱向形成周期性折射率調(diào)制，其包括將感光性光纖保持為直線狀的支持部件，相位掩模，通過所述相位掩模，對(duì)支持于所述支持部件上的所述光纖的光纖芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件，使所述紫外激光的照射位置在所述光纖的縱向上移動(dòng)的掃描部件，其特征為具有使所述相位掩模在所述縱向上瞬間移動(dòng)的微動(dòng)部件，通過所述掃描部件使所述紫外激光的照射位置發(fā)生移動(dòng)，同時(shí)通過所述微動(dòng)部件使所述相位掩模在所述縱向上僅瞬間移動(dòng)預(yù)定距離的控制部件。
9.如權(quán)利要求8所述的光纖布拉格光柵的制造裝置，其特征為通過所述微動(dòng)部件使所述相位掩模在所述縱向上瞬間移動(dòng)時(shí)的所述預(yù)定距離是小于所述相位掩模的衍射光柵周期的1/2的值。
10.如權(quán)利要求8或9所述的光纖布拉格光柵的制造裝置，其特征為所述控制部件是通過使所述相位掩模在所述縱向上振動(dòng)，并使該振動(dòng)的振幅對(duì)應(yīng)于所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加或減小，而使形成在所述光纖芯部中的周期性折射率調(diào)制的振幅發(fā)生改變的方式，對(duì)所述微動(dòng)部件進(jìn)行控制的。
11.一種光纖布拉格光柵的制造裝置，在所述光纖芯部沿所述縱向形成周期性折射率調(diào)制，其包括將感光性光纖保持為直線狀的支持部件，相位掩模，通過所述相位掩模，對(duì)支持于所述支持部件上的所述光纖的光纖芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件，使所述紫外激光照射位置在所述光纖的縱向上移動(dòng)的掃描部件，其特征為具有使所述相位掩模在所述縱向上振動(dòng)的微動(dòng)部件，通過所述掃描部件使所述紫外激光的照射位置發(fā)生移動(dòng)，同時(shí)通過利用所述微動(dòng)部件使所述相位掩模在所述縱向上振動(dòng)，使該振動(dòng)的振幅對(duì)應(yīng)于所述紫外激光的照射位置連續(xù)增加或減小，而使形成在所述光纖芯部中的周期性折射率調(diào)制的振幅發(fā)生改變的控制部件。
12.如權(quán)利要求10或11所述的光纖布拉格光柵的制造裝置，其特征為所述控制部件控制所述微動(dòng)部件，使得所述相位掩模的振動(dòng)振幅為0以上并在所述相位掩模的衍射光柵周期的1/2以下的范圍內(nèi)連續(xù)增加和減小。
13.如權(quán)利要求10到12中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵制造裝置，其特征為所述控制部件控制所述微動(dòng)部件，使得所述相位掩模的振動(dòng)振幅的增加和減小為SIN函數(shù)或COSIN函數(shù)。
14.如權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵制造裝置，其特征為所述控制部件控制所述微動(dòng)部件，通過使上述光纖芯部中形成的周期性折射率調(diào)制的振幅變化，使得形成于所述光纖芯部的周期性折射率調(diào)制具有切趾部。
15.如權(quán)利要求8到14中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵制造裝置，其特征為所述微動(dòng)部件包含壓電元件和向所述壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)電路，所述控制部件為通過所述驅(qū)動(dòng)電路控制施加在所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓的裝置。
16.如權(quán)利要求8到15中任一項(xiàng)所述的光纖布拉格光柵制造裝置，其特征為所述掃描部件是使所述支持部件和所述紫外激光照射部件中的至少一個(gè)在上述縱向上移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可形成布拉格衍射光柵的FBG制造方法和制造裝置，其可減小折射率調(diào)制振幅的偏差，并且在光纖芯部所希望的位置處具有相移部，或者使折射率調(diào)制振幅按照所希望的方式改變。本發(fā)明的FBG制造方法具有通過采用相位掩模法，在感光性光纖10的縱向(X軸方向)上掃描紫外激光20，在光纖芯部10a上沿著光纖10縱向形成周期性折射率調(diào)制的步驟，以及與紫外激光20的掃描步驟同時(shí)進(jìn)行的另一步驟，該步驟在紫外激光20的照射位置處于預(yù)定位置P
文檔編號(hào)G02B6/00GK1576912SQ20041006377
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者佐佐木健介, 西木玲彥 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社