專(zhuān)利名稱(chēng)：利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法屬于光纖光柵制作領(lǐng)域，特別屬于取樣光 纖光柵制作的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
取樣光纖光柵是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的光纖光柵，通過(guò)對(duì)普通均勻光纖光柵的正弦 型折射率調(diào)制在空間上進(jìn)行周期間隔的采樣獲得，其折射率調(diào)制的包絡(luò)類(lèi)似方波。其中取 樣周期為T(mén)，在此周期內(nèi)，有效光柵的長(zhǎng)度為dT，T-dT段內(nèi)沒(méi)有光柵，為空白段，dT/T為占空 比。折射率調(diào)制的空間周期取樣，使取樣光纖光柵在頻域具有多個(gè)波長(zhǎng)間隔相等的反射峰， 亦即具有了多波長(zhǎng)的選擇透射或反射能力。正是由于這種多信道的工作能力，取樣光纖光 柵具有廣泛的用途，例如用于密集波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中作為多信道濾波器，在光纖激 光器中作為多波長(zhǎng)選頻元件，以及用于多信道色散補(bǔ)償?shù)取V為使用的取樣光纖光柵的制作方法是在用相位掩模法或全息法制作光柵的時(shí) 候在相位掩模版前面或全息法中的光纖前放置一塊能夠?qū)す夤鈴?qiáng)進(jìn)行周期性遮擋的取 樣振幅掩模版，該振幅掩模版呈梳狀條紋結(jié)構(gòu)，其條紋周期也即取樣周期決定著取樣光柵 反射峰的波長(zhǎng)間隔。受到振幅掩模版加工工藝——線切割方法的限制，取樣周期越小或取 樣占空比越小的振幅掩模版越難制作，而小的取樣周期有利于實(shí)現(xiàn)較大的波長(zhǎng)覆蓋范圍， 小的取樣占空比有利于提高取樣光柵各反射峰的反射峰值均衡度。而且一種取樣波長(zhǎng)間隔 的取樣光纖光柵必須由一種取樣周期的振幅掩模版來(lái)制作，成本高并且十分不靈活。一項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利的改進(jìn)方法是利用光闌、電子快門(mén)及電控光闌來(lái)制作取樣光纖光 柵，該方法中，紫外光依次通過(guò)電子快門(mén)，反射鏡，光闌和相位掩模版之后照射在光纖上，光 闌的作用是對(duì)照射在光纖上的光斑寬度進(jìn)行控制(光闌透光寬度的調(diào)整由光闌旋轉(zhuǎn)臺(tái)和 光闌平移臺(tái)共同實(shí)現(xiàn))，電子快門(mén)的開(kāi)合決定在光纖上的某個(gè)位置進(jìn)行曝光，通過(guò)平移臺(tái)的 移動(dòng)及快門(mén)的周期開(kāi)合，在光纖光柵的掃描制作過(guò)程中實(shí)時(shí)控制快門(mén)的開(kāi)啟和閉合，來(lái)實(shí) 現(xiàn)對(duì)光纖的周期性曝光，曝光區(qū)域的長(zhǎng)度可以通過(guò)調(diào)整光闌寬度實(shí)現(xiàn)，周期的調(diào)整可以通 過(guò)調(diào)整平移臺(tái)的移動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)。但是由于這種方法所需光學(xué)元件多而復(fù)雜，而且需要在光 柵制作過(guò)程中對(duì)多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)難度較高，重復(fù)性也不好。授權(quán)公告日2008年8月27日，授權(quán)公告號(hào)CN 100414310C，發(fā)明名稱(chēng)“一種取樣光 纖光柵的制作方法”所公開(kāi)的是紫外光源發(fā)出的紫外光通過(guò)掃描平臺(tái)上與光入射方向成 45度的反射鏡改變方向后，依次入射到會(huì)聚透鏡、取樣振幅掩模版、相位掩模版和光敏光纖 上。此專(zhuān)利通過(guò)對(duì)取樣振幅掩模版的改進(jìn)獲得了取樣周期和占空比靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，但仍 然受到振幅掩模版加工工藝——線切割方法的限制，取樣周期越小或取樣占空比越小的振 幅掩模版越難制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法。該方法利用組合光斬波片取代傳統(tǒng)的振幅掩模版來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光 源強(qiáng)度的周期性調(diào)制。組合光斬波片由圓心對(duì)中的兩個(gè)帶有扇形透光區(qū)域的普通光斬波片 重疊構(gòu)成，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)圓形光斬波片的相對(duì)位置，使兩斬波片扇形透光區(qū)域交疊的程度 不同，形成了透光區(qū)域?qū)挾瓤烧{(diào)的組合光斬波片，透光區(qū)域?qū)挾葘Q定取樣光柵每周期中 光柵的長(zhǎng)度dT，進(jìn)而影響取樣光柵的占空比(dT/T)及光柵反射譜中各反射峰反射率的均 衡度。在光柵制作過(guò)程中，置于平移臺(tái)上的組合光斬波片隨平移臺(tái)平動(dòng)的同時(shí)還要進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)，所以取樣光柵的周期將由掃描平臺(tái)的平移速度和組合光斬波片的旋轉(zhuǎn)速度共同決定， 靈活可調(diào)。本發(fā)明的技術(shù)方案利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法包括以下步驟利用兩塊相同的光斬波片重疊在一起之后，形成透光區(qū)域?qū)挾瓤烧{(diào)的組合光斬波 片，將固定有組合光斬波片的光斬波頭置于會(huì)聚透鏡和相位掩模版之間，固定在平移臺(tái)上。同時(shí)啟動(dòng)紫外光源、光斬波片的控制器和平移臺(tái)。會(huì)聚透鏡會(huì)聚之后的紫外光經(jīng)組合光斬波片上的狹縫后，相繼入射到相位掩模版 和光敏光纖上。在掃描光敏光纖的同時(shí)，利用組合光斬波片的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏光纖的周期性曝 光，制成取樣光纖光柵。所述的組合光斬波片是兩片相同的光斬波片，由穿過(guò)其上三個(gè)弧形通孔的螺釘固 定在光斬波頭上。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果在本發(fā)明的方法中，取樣光柵的取樣周期可以通過(guò)調(diào)節(jié)平移臺(tái)的平移速度和組合 光斬波片的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，取樣周期靈活可調(diào)。取樣光柵每周期中光柵的長(zhǎng)度由組合光 斬波片透光區(qū)域?qū)挾葲Q定，可以通過(guò)調(diào)節(jié)組合光斬波片中兩片光斬波片的相對(duì)位置來(lái)調(diào)節(jié) 單個(gè)取樣周期中的光柵長(zhǎng)度，進(jìn)而影響取樣光柵的占空比，以獲得反射譜中各反射峰反射 率均衡度高的光柵特性。因此該方法具有取樣周期和取樣占空比靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，有利于 實(shí)現(xiàn)較小的取樣占空比，制作出反射峰均衡的取樣光纖光柵。


圖1本發(fā)明提出的光斬波器制作取樣光柵的裝置圖。圖2 (a)單個(gè)光斬波片的平面圖。圖2(b)將兩片相同的光斬波片疊加在一起之后形成具有寬度可調(diào)透光狹縫的組 合光斬波片的示意圖。圖2(c)將兩個(gè)光斬波片重疊后進(jìn)一步調(diào)整兩斬波片相對(duì)位置后獲得更窄的透光 狹縫的示意圖。圖3取樣光纖光柵的折射率調(diào)制示意圖。
圖4紫外光入射位置說(shuō)明。圖5取樣光纖光柵的反射光譜圖。圖中紫外光源101、紫外光102、平移臺(tái)103、反射鏡104、聚透鏡105、組合光斬波 片106、光斬波頭107、光纖夾具108、相位掩模版109、光敏光纖110。
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。利用光斬波器制作取樣光纖光柵的裝置，如圖1所示，制作取樣光纖光柵時(shí)，把固 定有組合光斬波片106的光斬波頭107置于平移臺(tái)103上，使組合光斬波片106的平面與 光束入射方向垂直，由于常用于光柵制作的紫外光源101為KrF準(zhǔn)分子激光器，其產(chǎn)生的紫 外激光102的發(fā)散角很小，所以組合光斬波片106與相位掩模版109之間的距離沒(méi)有嚴(yán)格 要求，盡量靠近即可。以紫外光102入射方向?yàn)閰⒖济枋鲅b置中各部件的位置關(guān)系紫外光 源101發(fā)出的紫外光102經(jīng)過(guò)安裝在平移臺(tái)103上與紫外光102入射方向成45度角的反 射鏡104反射后，又經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡105會(huì)聚，之后相繼垂直照射在組合光斬波片106、相位 掩模版109和光敏光纖110上，其中，相位掩模版109和光敏光纖110安裝于光纖夾具108 上。光纖夾具108固定在光學(xué)平臺(tái)上。組合光斬波片106通過(guò)光斬波頭107安裝于光柵制作系統(tǒng)中的平移臺(tái)103上，使 光斬波片平面垂直于紫外光入射方向，并使紫外光入射在斬波片上半部分，如圖4。在光柵 制作過(guò)程中，平移臺(tái)的移動(dòng)將帶動(dòng)組合光斬波片106以及光反射鏡對(duì)光敏光纖實(shí)現(xiàn)水平掃 描曝光。同時(shí)，由于只有當(dāng)組合光斬波片106的狹縫與光斑所在位置相對(duì)應(yīng)時(shí)，紫外光才能 透過(guò)狹縫，組合光斬波片106的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)制作光柵的紫外光源的周期性強(qiáng)度調(diào)制，進(jìn) 而在光纖沿線形成周期性的折射率調(diào)制，制成取樣光纖光柵。光斬波器包括組合光斬波片106、光斬波頭107、控制器；其實(shí)現(xiàn)是在市售的光斬 波器(SRS公司的產(chǎn)品SR540，包括控制器、光斬波頭及光斬波片)上進(jìn)行如下操作將光斬 波頭上的一片光斬波片替換成兩片相同的光斬波片，由穿過(guò)其上三個(gè)弧形通孔(見(jiàn)圖2a) 的螺釘固定在光斬波頭107上(見(jiàn)圖2b和圖2c)，使兩片相同的光斬波片重疊在一起，形成 透光區(qū)域?qū)挾瓤烧{(diào)的組合光斬波片106。透光區(qū)域?qū)挾葘Q定取樣光柵每周期中光柵的長(zhǎng) 度dT，如圖3所示，通過(guò)對(duì)組合光斬波片106中兩片光斬波片相對(duì)位置的手動(dòng)微調(diào)，使組合 光斬波片上產(chǎn)生很窄的透光狹縫，實(shí)現(xiàn)透光區(qū)域?qū)挾鹊恼{(diào)節(jié)，即可改變?nèi)庸鈻诺恼伎毡?(dT/T)進(jìn)而改善光柵反射譜中各反射峰反射率的均衡度。具體的狹縫寬度可以根據(jù)制作取樣光柵的取樣周期及取樣占空比來(lái)確定，例如要 制作每取樣周期中光柵長(zhǎng)度dT為Imm的取樣光纖光柵，則應(yīng)令透光狹縫在激光透過(guò)處的寬 度為1mm。同時(shí)，組合光斬波片106的轉(zhuǎn)速由控制器來(lái)調(diào)整。利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法包括步驟一，將處理后的光敏光纖110和相位掩模版109固定于光纖夾具108上；步驟二，調(diào)組合光斬波片106的縫隙寬度；步驟三，同時(shí)啟動(dòng)紫外光源101、光斬波片的控制器和平移臺(tái)；步驟四，紫外光源101發(fā)出的紫外光102通過(guò)平移臺(tái)103上與紫外光入射方向成 45度的反射鏡104改變方向后，垂直入射到會(huì)聚透鏡105，經(jīng)會(huì)聚透鏡105會(huì)聚之后的紫外 光102經(jīng)組合光斬波片106上的狹縫后，相繼入射到相位掩模版109和光敏光纖110上。在光柵制作過(guò)程中，使平移臺(tái)103帶動(dòng)反射鏡104及組合光斬波片106勻速移動(dòng) (移動(dòng)速度為Vm(mm/s))，并通過(guò)控制器控制光斬波片以Vs (轉(zhuǎn)/s)轉(zhuǎn)速進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，在 實(shí)現(xiàn)紫外光對(duì)光敏光纖110的掃描式曝光的同時(shí)，利用光斬波片旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖的空間
5周期性曝光，制作出取樣光纖光柵。形成的曝光周期即取樣光柵的取樣周期為Vm/Vs(mm)。 例如平移臺(tái)移動(dòng)速度為Vm = 0. 5mm/s,光斬波片的轉(zhuǎn)速Vs = 1轉(zhuǎn)/s，則制成取樣光纖光 柵的取樣周期為0. 5mm，對(duì)應(yīng)的取樣光纖光柵的反射譜中各反射峰之間的波長(zhǎng)間隔約為 1. 6nm，可獲得的取樣光纖光柵反射譜特性的仿真結(jié)果如圖5所示。
權(quán)利要求
利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法，其特征在于該制作取樣光纖光柵的方法包括利用兩塊相同的光斬波片重疊在一起之后，形成透光區(qū)域?qū)挾瓤烧{(diào)的組合光斬波片(106)，將固定有組合光斬波片(106)的光斬波頭(107)置于會(huì)聚透鏡(105)和相位掩模版(109)之間，固定在平移臺(tái)(103)上；同時(shí)啟動(dòng)紫外光源(101)、光斬波片的控制器和平移臺(tái)(103)；會(huì)聚透鏡(105)會(huì)聚之后的紫外光(102)經(jīng)組合光斬波片(106)上的狹縫后，相繼入射到相位掩模版(109)和光敏光纖(110)上；在掃描光敏光纖(110)的同時(shí)，利用組合光斬波片(106)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏光纖(110)的周期性曝光，制成取樣光纖光柵。
2.利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法所用組合光斬波片，其特征在于組合光斬 波片包括兩片相同的光斬波片，由穿過(guò)其上三個(gè)弧形通孔的螺釘固定在光斬波頭(107) 上。
全文摘要
利用光斬波器制作取樣光纖光柵的方法，屬于光纖光柵制作領(lǐng)域。該制作取樣光纖光柵的方法包括利用兩塊相同的光斬波片重疊在一起形成透光區(qū)域?qū)挾瓤烧{(diào)的組合光斬波片(106)，將固定有組合光斬波片的光斬波頭(107)置于會(huì)聚透鏡(105)和相位掩模板(109)之間，固定在平移臺(tái)(103)上；同時(shí)啟動(dòng)紫外光源(101)、光斬波片的控制器和平移臺(tái)；會(huì)聚透鏡會(huì)聚之后的紫外光(102)經(jīng)組合光斬波片上的狹縫后，入射到相位掩模板和光敏光纖(110)上；在掃描光敏光纖的同時(shí)，利用組合光斬波片的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏光纖的周期性曝光，制成取樣光纖光柵。該方法具有取樣周期和取樣占空比靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)較小的取樣占空比，制作出反射峰均衡的取樣光纖光柵。
文檔編號(hào)G02B5/00GK101915954SQ20101024094
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者任文華, 馮素春, 劉艷, 寧提綱, 尹國(guó)路, 裴麗, 譚中偉, 陶沛琳 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)