專利名稱：向光纖寫入具有切趾光譜的光纖布拉格光柵的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一船步及用于向光纖寫入光纖布拉格光柵的方法及系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及使 用振幅掩模向光纖寫入切趾光纖布拉格光柵的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，當(dāng)沿光柵區(qū)具有均勻折射率調(diào)帝啲光纖布拉格光柵(以下稱作"FBG")寫入到光 纖時(shí)，F(xiàn)BG的反射光譜典型地在主反射波瓣的兩側(cè)處顯示出很高的旁波瓣。而且，存在著的 包層模損耗會(huì)在較短波長(zhǎng)嫩寸主^f俞衰減峰引入不希望的衰減。因此，這些不期望的特點(diǎn)就限 制—rFBG在很多應(yīng)用方面的使用。舉例來(lái)說(shuō)，通信系統(tǒng)內(nèi)FBG基波分復(fù)用(以下稱作"WDM") 濾波器通常需要旁波瓣抑制率(以下稱作"SLSR")高得足以消除相鄰光信道之間的串?dāng)_。冊(cè)G 基WDM濾被器還需要很低的包層模損耗，趨于消弱其他信道的信號(hào)。在感測(cè)應(yīng)用中，牛:波峰 兩側(cè)的高旁波瓣在感觀係統(tǒng)內(nèi)會(huì)被作為微弱的佝惑器信號(hào)探測(cè)出來(lái)，從而會(huì)中斷感測(cè)估息。>H 有"旁波瓣的摻佴光纖放大器(以下稱作"EDFA")泵浦激光穩(wěn)定器FBG會(huì)'Ji入不希望的激 光嶺一并由此弓l入增加怕勺系統(tǒng)噪音。
用預(yù)先設(shè)計(jì)的剖面對(duì)FBG的折射率加以調(diào)制可以提供一種抑制旁波瓣的解決辦法。這禾巾 方法也稱作切趾。因此，與均勻FBG光柵不同，切趾光柵具有沿光柵區(qū)調(diào)制過(guò)的折射率，以 實(shí)現(xiàn)諸如Gaussian、 cosine、 Hamming、 Blackman等期望的剖面。
許多方法和系統(tǒng)都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)折射率剖面切趾。例如，Mechin等人在美國(guó)專利 US6，574,395中提出一種ffiil改變掃描光束的速度來(lái)控制FBG的UV曝光時(shí)間的方法。Kersey 等人在關(guān)國(guó)專利US6，681，067中提出另一種方法，其中ffii寸用C02激光器加熱和照射來(lái)有選擇 地擦除折射率。另外的方法還包括有用聲學(xué)品體(acoustic-crystal)頻率調(diào)制使UV光束振動(dòng)。 然而，實(shí)現(xiàn)切趾FBG的最廣泛使用方法卻是在激光器與柱面聚焦3^竟之間的UV激光束的傳 播路徑上放置具有專門設(shè)計(jì)剖面的振幅掩模。
寫入FBG的系統(tǒng)和方法在現(xiàn)有技術(shù)中也是公知的。例如，Malo等人在美國(guó)專利 US6，911,659中教導(dǎo)/ -種改變光纖折射率的系統(tǒng)和方法。然而，Malo的這種系統(tǒng)和方法包括 有使用阻擋掩模，該阻擋模塊限制了可以寫入的FBG的種類，這是因?yàn)檫@種阻擋模塊會(huì)阻擋
4大部分的激光功率。
被用于FBG切趾的振幅掩模通常包括兩個(gè)UV探索窗口 (exploring windows)。第一個(gè)窗 口被用于FBG的AC折射率調(diào)制，而第二個(gè)窗口被用于FBG的DC折射率平坦化補(bǔ)償。 一般 而言，為使包層模損耗最小化，F(xiàn)BG的DC折射率平坦化補(bǔ)償是必需的。使用振幅掩模能夠在 單次處理中寫入具有高SLSR和低包層損耗的FBG。因此，使用振幅掩模能實(shí)現(xiàn)高性能FBG 的寫入。


圖1示出l頓振幅掩模的傳統(tǒng)裝置脂。如戶膽到的，該裝置腦的振幅掩模110安裝在 柱面透鏡120甜面的一個(gè)位置上。在這種結(jié)構(gòu)中，只要振幅掩模110保持在柱面Jt^竟120的甜 面，在激光束傳播路徑150上的位置的倒可變化者鵬對(duì)應(yīng)于相同的切趾剖面。這為模型化光纖 內(nèi)的折射率剖面提供了一種簡(jiǎn)易的方式，從而還有利于振幅掩模的設(shè)計(jì)和切趾的適用性。然而， 這種方法的--個(gè)主要缺點(diǎn)在于掩模110會(huì)阻擋UV激光束的很大一部分，因此將降低FBG的 寫入效率。在振幅掩模具有小孔徑時(shí)，尤其是這種情況。因此，這種方齒歐隹用具有小孔徑的 振幅掩模寫入較大的FBG。在某些情況下，這更是不可能的。這種力1去的另外一個(gè)缺點(diǎn)來(lái)源 丁-切趾剖面內(nèi)出現(xiàn)的失真。這些失真由夫瑯和費(fèi)衍射引起，這是由于激光束穿過(guò)l幅掩膜ll() 的小孔徑這樣的傳播路徑和激光束經(jīng)過(guò)相劉效長(zhǎng)距離傳播至位于柱向-透鏡120焦點(diǎn)處的光纖 14()u
在圖1所示的這種傳統(tǒng)切趾方法的裝置100中，由于振幅掩模在激光束傳播路徑150匕的 位覽的變化不會(huì)影響折射率調(diào)制，因此針振幅掩模對(duì)應(yīng)一種明確的折射率調(diào)制。為/獲得不 同的切趾咅靦，必須為每種切趾剖面設(shè)計(jì)和制作不同的掩模。而且.，山于在給定船隔掩模下折 射率調(diào)制會(huì)依據(jù)不同的激光束條件發(fā)生改變，因it樹于同樣的折射率調(diào)制，需要具有多個(gè)振幅 掩模。所以，丌發(fā)用于給定折射率調(diào)制的振幅掩模經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致包括設(shè)計(jì)拋幅掩模、校iH振幅掩 模、重翁戰(zhàn)附辰幅掩模等歩驟在內(nèi)的重復(fù)過(guò)程。這種過(guò)程不但增加成本，而且斷氐設(shè)計(jì)新折射 率調(diào)制振幅掩模的靈活性和日寸間效率。因此，這會(huì)妨礙對(duì)新FBG的科學(xué)研究和工程研制。
因而，就需要一種能夠消除前述缺點(diǎn)的寫入切趾FBG的新系統(tǒng)和新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于提供一種用于在用激光寫入FBG時(shí)、通過(guò)振幅掩模調(diào)制激光功率
剖而的W趾方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于樹共一種振幅掩模設(shè)在柱面透鏡與光纖之間的切趾方法和系統(tǒng)。 本發(fā)明的再一個(gè)目標(biāo)在于提供一種振幅掩模的位置在柱面透鏡與光纖之間可以調(diào)節(jié)的切
趾方法和系統(tǒng)。相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種向光纖寫入FBG的方法和系統(tǒng)，這些FBG的折射率在光柵區(qū)上 被調(diào)制過(guò)以提供切趾光譜。
本發(fā)明的裝置一般包括用來(lái)誘發(fā)光纖材料產(chǎn)生折射率變化的UV激光源。很多波長(zhǎng)可以被 使用，例如但不限于244和248納米的波長(zhǎng)。不難5對(duì)軍，波長(zhǎng)可以根據(jù)應(yīng)用情;艦行選擇。
本發(fā)明的裝置還包括用以聚焦UV激光束的柱面透鏡。要寫入有效FBG的光纖通常安置 在柱面透鏡的焦點(diǎn)處或焦點(diǎn)附近。
根據(jù)本發(fā)明，用來(lái)調(diào)制光柵折射率的振幅掩模安置在柱面iSi竟與光纖之間的UV光的聚焦 光束上。優(yōu)選地，振幅掩模放置在柱面透鏡的焦點(diǎn)附近。由于振幅掩模與光纖之間的距離很短， 因此這種裝置可以避免光束穿過(guò)振幅掩模內(nèi)的小孔徑或窄狹縫經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離的傳播而引起的 不希望出現(xiàn)的夫瑯和費(fèi)衍射和/或菲涅耳衍射。
而且，由于振幅掩模放置在柱面邀竟與光纖之間，因此與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)置(例如美國(guó)專利 US6，911,659)相比，振幅掩模會(huì)阻擋較少部分的UV光。因此，這種新穎的裝置容許用具有 小孔徑的振幅掩模或窄而強(qiáng)的切趾振幅掩模高效i爐行強(qiáng)FBG的UV寫入。
本發(fā)明另一個(gè)重要的方面在于因?yàn)檎穹谀７胖迷谥嫱哥R與光纖之間的聚焦光束上，所 以不同位賞的振幅掩模會(huì)在FBG內(nèi)限定出不同的折射率調(diào)制剖面。因此，通過(guò)沿聚焦激光.汆 調(diào)整或調(diào)節(jié)從振幅掩模至恍纖之問(wèn)的距離，就能連續(xù)改變切趾剖而。另外，用單個(gè)振幅掩校還 能使光柵的折射率凋制最優(yōu)化。
如果需要，和/或當(dāng)需要時(shí)，本發(fā)明的裝置還可以設(shè)有相位掩模，放置在光纖附近。相位 掩模用來(lái)將聚焦的激光束衍射成兩個(gè)方向朝光纖入射。衍射的光束產(chǎn)生干涉圖案，覆蓋光纖的 光柵區(qū)。干涉圖案包括交替的高強(qiáng)度區(qū)和低強(qiáng)度區(qū)。高強(qiáng)度區(qū)生成光纖的折射率變化。
不難理解，本發(fā)明的其他和另外的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將在理解下面要描述的或在權(quán)禾腰求書中給
出的示例性實(shí)施例的基礎(chǔ)上變得明顯，而且這里沒(méi)有提至啲各種優(yōu)點(diǎn)也將在實(shí)踐中實(shí)施本發(fā)明
時(shí)呈現(xiàn)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
附閣說(shuō)明
參看下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明將變得更加易于理解。在附圖中
圖1是依照現(xiàn)有技術(shù)的方法禾瞎統(tǒng)，利用振幅掩模寫入具有調(diào)制折射率的FBG的裝置的 示意圖2是依照本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，利用振幅掩模寫入具有調(diào)制折射率的FBG的裝置的/f意圖。
》瞧施方式參看圖2，示出在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中使用的裝置200。如圖所示，圖2包括兩個(gè)振幅 掩模。按照本發(fā)明，第一 "真實(shí)"振幅掩模270安置在柱面Jt^竟220與光纖240之間。如假想 線所示，第二振幅掩模210至少在光線光學(xué)方面與第一振幅掩模270等同，振幅掩模270應(yīng)當(dāng) 放置在柱面透鏡220之前(如圖1的現(xiàn)有技術(shù))。
如上戶腿，在光纖光學(xué)方面，兩個(gè)振幅掩模210和270是等同的。然而，在波光學(xué)方面， 兩個(gè)振幅掩模210和270并不等同。換句話說(shuō)，振幅掩模210確定的切趾剖面不同于振幅掩模 270確定的切趾剖面。這種差異性是本發(fā)明的基礎(chǔ)之一。
如上所述地，與傳統(tǒng)FBG切趾方法的設(shè)置(參看圖l)不同，在本發(fā)明中，振幅掩模270 放置聚焦激光束位于柱面itM 220與焦點(diǎn)之間的傳播路徑260上，光纖240用現(xiàn)有技術(shù)中己知 的方式安裝。根據(jù)光線光學(xué)定律，振幅掩模270在柱面透鏡220之前的激光束傳播路徑250上 基本與振幅掩模210等同。反過(guò)來(lái)也是如此。因此，安置在柱面透鏡220之前并沿著激光束傳 播路徑250的振幅掩模210基本等同于沿著聚焦光束的傳播路徑260并設(shè)在柱面透鏡220與光 纖240之間的振幅掩模270。根據(jù)這個(gè)光線光學(xué)定律，掩模210和270相互為彼此的映像。因 此，根據(jù)光線光學(xué)，這些等同的振幅掩1iiS當(dāng)為光纖240提供相同的切趾音靦。然而，從光纖 240位置的角度考慮，并且根據(jù)波光學(xué)，掩模210和270提供的切趾剖而是不同的，且是不i'丁 逆的。
現(xiàn)在參看圖l，示出現(xiàn)有技術(shù)用于切趾方法和系統(tǒng)的裝置100。在這種裝置中，振幅掩校 110放置在柱面透鏡120之前，沿著激光束的傳播路徑150。在裝'S 100中，振幅掩模110僅 齢寸光纖140提供一種功率調(diào)制剖面，即使沿聚焦光束的傳播路徑160具剤艮多基本相同的掩模。
在優(yōu)化的聚焦斜牛下，抵達(dá)光纖140的總激光功率是恒定的。在具有較小孔矜.的振幅掩模
no的情形下，由于大部分激光功率都被振幅掩模no遮蔽，因此當(dāng)采用切趾時(shí)逸就限制r光
棚寫入的強(qiáng)度。不難ilM，被振幅掩模110阻擋的激光功率是不可能被用來(lái)寫入光棚的。
而且，在穿過(guò)振幅掩模110的小孔fet后，在抵達(dá)光纖140之柳敫光仍舊有相對(duì)較長(zhǎng)的距 離要傳播。在穿過(guò)小孔徑后又傳播很長(zhǎng)距離的激光束會(huì)由于夫瑯和費(fèi)衍射誘發(fā)切趾剖面出現(xiàn)變 形。類做也，用窄而強(qiáng)的振幅掩模謝亍強(qiáng)切趾會(huì)由于菲涅耳衍射誘發(fā)切趾咅曬出現(xiàn)變形，菲涅 耳衍射是在當(dāng)激光束穿過(guò)類似狹縫的孑L徑之后傳播很長(zhǎng)距離弓l起的。
然而，如圖2所示和上面解釋，如果振幅掩模270放置在柱面透鏡220與光纖24()之間的 聚焦激光束的傳播路徑260上時(shí)，振幅掩模270具有一個(gè)位于柱面透鏡220之甜的等同掩模 210。而且，通過(guò)在聚焦激光束的傳播路徑260上移動(dòng)振幅掩模270 (參看箭頭290)，頓隔掩模270可以確定出一系列不同的等同振幅掩模210，這取決于掩模270的位置。這些等同的掩 模具有相同的寬度但不同的高度，從而具有不同的切趾剖面。因此，只通過(guò)改變單個(gè)振幅掩模 270的位置，就能產(chǎn)生多個(gè)切趾剖面。
同時(shí)，通過(guò)在聚焦激光束的傳播路徑260上放置振幅掩模270，被掩模270固有地阻擋的 激光功率就比掩模270等效放置在柱面透鏡220之前顯著降低。由于阻擋了較少的激光功率， 因此振幅掩模270容許用這種切趾方法和系統(tǒng)寫入較強(qiáng)的FBG。
另外，通過(guò)將振幅掩模270更靠近光纖240放置，激光束在穿過(guò)小 L徑或較窄的對(duì)以狹縫 的丌口之后所傳播的距離顯著減小。這個(gè)結(jié)果能夠極大地減少切趾剖面內(nèi)由夫瑯和費(fèi)衍射和/ 或菲涅耳衍射弓胞的變形。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的裝置200顯然還可以包括本領(lǐng)域公知的相位掩模 230，大體放置在光纖240附近，如現(xiàn)有技術(shù)的裝置100—樣(參看圖l)。相位掩模230被用 來(lái)在光纖240的光柵寫入?yún)^(qū)上生成干涉圖案。
雖然這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并在附圖中示出，但是應(yīng)當(dāng)i翻率，本發(fā)明不限 于這些具體的實(shí)施例，只要不脫離本發(fā)明的范圍或精神，各種變化和改變都是可以實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1. 一種向具有折射率的光纖寫入具有大體切趾光譜的光柵的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a. 產(chǎn)生激光束的激光源；b. 柱面透鏡，基本上橫切所述激光束放置，用以將所述激光束聚焦成聚焦光束并朝焦點(diǎn)聚焦；c. 基本上橫切所述聚焦光束放置的振幅掩模，所述振幅掩模具有用以產(chǎn)生窄聚焦光束的孔徑；其中所述光纖基本上橫切所述窄聚焦光束放置，并且大體位于所述柱面透鏡的所述焦點(diǎn)附近或焦點(diǎn)處，借此所述窄聚焦光束照射所述光纖的狹窄部分，并改變所述光纖該所述狹窄部分的所述折射率。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述激光源是紫外激光源。
3. 如權(quán)禾腰求2所述的系統(tǒng)，其中所述紫外激光源的波長(zhǎng)是244納 248納米。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括基本上橫切所述振幅掩模與所述光纖 之問(wèn)的所述窄聚焦光束放置的相位掩模。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述振幅掩模沿所述聚焦光束的位賞可以改變。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述振幅掩模沿所述聚焦光束的位置"了以改變。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述 L徑是狹窄 L徑。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述 L徑是狹飽犬孔徑。
9. 一種向具有折射率的光纖寫入具有大體切趾光譜的光柵的方法，所述方法包括歩驟a. 導(dǎo)引激光束到柱面透鏡，該柱面itlt基本橫切所述激光束放青；b. 用所述柱面Jt1i將所述激光束聚焦成聚焦光束，并朝焦點(diǎn)聚焦；c. 導(dǎo)引所述聚焦光束到振幅掩模上，該振幅掩?；拯S切所述聚焦光束放置，所述振幅 掩模具有用以產(chǎn)生窄聚焦光束的孔徑；d. 導(dǎo)引所述窄聚焦光束到所述光纖上，所述光纖基本橫切所述窄聚焦光束放置，并大休 位丁-所述柱面透鏡的所述焦點(diǎn)附近或焦點(diǎn)處，借此所述窄聚焦光束照射所述光纖的狹窄部分， 并改變所述光纖該所述狹窄部分的所述折射率。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述激光束是紫外激光束。
11. 如權(quán)禾腰求10所述的方法，其中所述紫外激光源的波長(zhǎng)是244納米或248納米。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中歩驟d)用下面歩驟替代d.導(dǎo)引所述窄聚焦光束到相位掩模上，該相位掩?；緳M切所述窄聚焦光朿放置，借此所述相位掩模產(chǎn)生衍射光束；e.導(dǎo)引所述衍射光束到所述光纖上，所述光纖基*|黃切所述衍射光束放置，并大體位于 所述柱面透鏡的所述焦點(diǎn)附近或焦點(diǎn)處，借此戶腿衍射光束用具有交替的低光強(qiáng)區(qū)和高光強(qiáng)區(qū) 的干涉圖案照射所述光纖的一部分，并借此所述高光強(qiáng)區(qū)改變所述這些區(qū)的所述折射率。
13. 如權(quán)利要求9的方法，還包括調(diào)節(jié)所述振幅掩模沿所述聚焦光束的位置的歩驟。
14. 如權(quán)利要求9的方法，其中所述 L徑是狹窄 L徑。
15. 如權(quán)禾腰求9的方法，其中所述 L徑是狹縫狀孔徑。
16. —禾中向具有折射率的光纖寫入具有大體切趾光譜的光柵的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a. 產(chǎn)生激光束的激光源；b. 柱面激竟，基本上橫切所述激光束放置，用以將所述激光束聚焦成聚焦光束并朝焦點(diǎn)聚焦；c. 基本上橫切所述聚焦光束放置的振幅掩模，F(xiàn)M振幅掩模具有用以產(chǎn)生窄聚焦3'f凍的孔徑；d. 基本上橫切所述窄聚焦光束放置的相位掩模，所述相位掩模產(chǎn)生衍射光朿 其中所述光纖基本上橫切所述衍射光束放置，并且大體位于所述柱面透鏡的所述焦點(diǎn)附近或焦點(diǎn)處，借此所述衍射光束用具有交替的低光強(qiáng)區(qū)和高光強(qiáng)區(qū)的干涉圖案照射所述光纖的 一部分，并借此所述高光強(qiáng)區(qū)改變所述這些區(qū)的所述折射率。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述激光源是紫外激光源。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述紫外激光源的波長(zhǎng)是244納米或248納米。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述振幅掩模沿所述聚焦光束的位置可以改變。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述孔徑是狹窄孔徑。
21.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述孔徑是狹縫狀孔徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用以向光纖寫入具有切趾光譜的光纖布拉格光柵(FBG)(切趾FBG)的方法和系統(tǒng)。振幅調(diào)制掩模放置在聚焦柱面透鏡與光纖之間。通過(guò)減小振幅掩模與光纖之間的距離，本發(fā)明可以將由激光束穿過(guò)振幅掩模內(nèi)的小和/或狹窄孔徑、長(zhǎng)距離傳播所引起的衍射效應(yīng)降至最小。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用到用小振幅掩模寫入具有切趾光譜的FBG，以在半最大(FWHM)帶寬(BW)處實(shí)現(xiàn)寬于1.2nm的全寬，及高達(dá)30dB的旁瓣抑制率(SLSR)。這些方法和系統(tǒng)通常能提高在FBG記入時(shí)所用激光的激光功效，并能優(yōu)化光柵的折射率調(diào)制剖面。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101438189SQ200780016617
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者侯汝杰, 周長(zhǎng)尊, 趙云飛 申請(qǐng)人:Itf實(shí)驗(yàn)室