專利名稱：任意啁啾光纖光柵的刻制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種任意啁啾光纖光柵的刻制裝置，確切地說是一種采用均勻的 相位掩模板，通過控制光纖的拉伸制作任意啁啾光纖光柵的刻制裝置。
背景技術(shù)：
光纖光柵問世己近三十年，光纖光柵的制作技術(shù)也經(jīng)歷了幾次變革。1978年，加拿 大的K. 0. Hill及其同事在實(shí)驗(yàn)中觀察到氖離子激光在光纖中相向傳輸形成駐波時，在光 纖中形成折射率周期分布的光柵，即光纖光柵內(nèi)寫入法。1989年，G. Meltz等人發(fā)明了紫外 側(cè)寫入技術(shù)，他們利用兩束干涉的紫外光從光纖的側(cè)面寫入了光柵，即全息寫入法，這項(xiàng)技 術(shù)不僅大大提高了光柵的寫入效率，而且可以通過改變兩束相干光的夾角從而達(dá)到控制布 拉格波長的目的。1993年，K. O.Hill等人提出了相位掩模法寫入技術(shù)(Phase mask)，利用紫 外激光經(jīng)過相位掩模衍射后的士 1級衍射光形成的干涉條紋對光纖曝光，此技術(shù)的提出極大 地放寬了對寫入光源相干性的要求，使得光纖光柵的制作更加容易，并使得光纖光柵的批量 生產(chǎn)成為可能。其后研究人員相繼提出了逐點(diǎn)寫入法(Point by point)和掃描寫入法等。隨著光纖光柵紫外寫入技術(shù)的迅速發(fā)展，利用啁啾光柵對常規(guī)光纖色散進(jìn)行補(bǔ)償 的研究取得了顯著的進(jìn)展，迄今為止已經(jīng)有多種方法被用于產(chǎn)生啁啾光纖光柵。Hill等人 采用使光柵的光學(xué)周期沿光柵長度方向發(fā)生漸變的兩次曝光法，用等周期光強(qiáng)分布制作了 啁啾光纖光柵。Sugden等人以及Zhang等人通過在曝光過程中使光纖彎曲放置的方法在光 纖上制作了啁啾光柵。Byron等人、Dong等人以及Putnam等人均采用氫氟酸腐蝕使光纖外 徑發(fā)生漸變?nèi)缓笤谄渖蠈懭氲戎芷诠鈻?，通過在寫入過程中或?qū)懭胪戤吅笤诠饫w上施加應(yīng) 力的方法制作了啁啾光纖光柵。此外，Hi 11等人以及Taverner等人通過對均勻光柵施加應(yīng) 力或溫度梯度的方法在均勻光柵中產(chǎn)生了啁啾效應(yīng)。Farriers等人通過在雙光束全息光路 系統(tǒng)中加入柱面鏡使兩束光的干涉角度沿光纖軸向發(fā)生連續(xù)變化在光纖上制作了啁啾光 柵。Eggleton等人則利用紫外光斑的高斯型強(qiáng)度分布用棱鏡干涉法制作了啁啾光纖光柵， Kashyap等人采用由電子束曝光圖形生成技術(shù)制作的分段啁啾零級抑制相位掩模板在光纖 上制作了分段啁啾光柵。啁啾光柵全息寫入法突破了其它制作方法對寫入波長的限制，能靈活改變光柵的 寫入波長，但它對光源的相干性和空間環(huán)境要求較高，調(diào)整上也比較困難。逐點(diǎn)寫入法不 需要模板，它使光束沿著光纖軸向移動，同時控制光的通斷和強(qiáng)度變化，但它對機(jī)械裝置的 精度要求極高，實(shí)現(xiàn)難度大。相位掩模板的方法，簡化了光柵的制作難度，提高了制作效率， 對光源的相干性和實(shí)驗(yàn)裝置穩(wěn)定性要求不高，但啁啾掩模板的價格極高，且制作光柵的中 心波長和啁啾系數(shù)都受到掩模板的限制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足它在波分復(fù)用光纖通信領(lǐng)域上的應(yīng) 用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，具有良好重復(fù)性和靈活性的任意啁啾光纖光柵的刻制裝置。其技術(shù)方案是一種任意啁啾光纖光柵的刻制裝置，包括激光器、反射鏡、柱面透 鏡、掩模板和電腦，其特征在于所述反射鏡和柱面透鏡自上而下依次固定在掃描移動平臺 上，激光器設(shè)置在反射鏡鏡面對應(yīng)的一側(cè)，反射鏡鏡面按照激光器水平發(fā)射的激光行進(jìn)方 向前后呈45度傾斜設(shè)置；掃描移動平臺的下方設(shè)置掩模板和光纖移動平臺，掃描移動平臺 和光纖移動平臺通過串口與電腦連接。本實(shí)用新型采用的原理如下啁啾光纖光柵的周期不是常數(shù)而是沿軸向單調(diào)變化的，由于不同的柵格周期對應(yīng) 不同的反射波長，啁啾光柵能形成很寬的反射帶。啁啾光柵具有一個非周期的光柵間距，它 的反射波長與柵格的關(guān)系為λΒ(ζ) = 2neff(z) Λ (ζ)式中，neff(z)為光柵有效折射率，Λ (ζ)為沿長度變化的光柵周期，其分布可近似 表示為(如圖1)式中，Q' ( · ζ)表征光柵chirp程度的常數(shù)，稱為chirp參數(shù)。當(dāng)光纖光柵受到 軸向應(yīng)力時，其波長漂移量由下式?jīng)Q定=其中Pe是光彈效應(yīng)，一般取0. 22，則有Q(z) = (I-Pe) ε (ζ) = 0. 78 ε (ζ)而ε (ζ)可由軟件控制位移臺27的運(yùn)動對光纖進(jìn)行拉伸而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)ε (ζ)為常數(shù) 時，Q' (ζ)為常數(shù)零，刻制的光柵即為布拉格光纖光柵；當(dāng)ε (ζ)為線性函數(shù)時，Q' (ζ)為 常數(shù)，刻制的光柵即為線性啁啾光柵，其啁啾系數(shù)為0. 78 ε ‘ (ζ)；當(dāng)ε (ζ)為任意數(shù)學(xué)函 數(shù)時，則刻制的啁啾光柵的啁啾系數(shù)與該函數(shù)保持一定數(shù)學(xué)關(guān)系。為獲取所需色散系數(shù)的 啁啾光纖光柵，可以通過軟件對ε (ζ)和光柵長度等進(jìn)行靈活控制而實(shí)現(xiàn)。因此，在光通信 領(lǐng)域使用該技術(shù)可較輕松地實(shí)現(xiàn)色散管理。未寫入光柵的光纖屈服強(qiáng)度可達(dá)6GPa，當(dāng)光纖經(jīng)相位掩模板在強(qiáng)紫外光照射下 時，光纖的機(jī)械抗拉強(qiáng)度有所下降，在700MPa左右，裸光纖的楊氏模量E約72GPa，這表明光 柵能承受的最大拉伸應(yīng)變量約1%，對1550nm波段的光柵而言，調(diào)諧量約是12nm。其技術(shù)效果是本實(shí)用新型通過編制的軟件，可改變掃描移動平臺的運(yùn)動狀態(tài)，精 確控制速度變化、使其按照設(shè)定的函數(shù)對光纖進(jìn)行拉伸，使得刻制光柵的裝置簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí) 用、易于實(shí)現(xiàn)，具有很好的重復(fù)性和靈活性。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于1)提出一種由均勻掩模板制作啁啾光纖光柵的簡單方法；2)通過控制拉伸的速率和光柵長度，可以制作色散系數(shù)很大的啁啾光柵。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示任意啁啾光纖光柵的刻制裝置，包括激光器、反射鏡、柱面透鏡、掩模 板和電腦。反射鏡22采用平面反射鏡，具有掃描及反射光束的功能。掩模板25采用布拉 格相位掩模板，反射鏡和柱面透鏡24自上而下依次固定在掃描移動平臺23上，激光器21 設(shè)置在反射鏡鏡面對應(yīng)的一側(cè)。激光器為連續(xù)的244nm倍頻氬離子激光器，由美國相干公 司生產(chǎn)。反射鏡鏡面按照激光器水平發(fā)射的激光行進(jìn)方向前后呈45度傾斜設(shè)置，將水平發(fā) 射的激光按照90度反射到柱面透鏡上，柱面透鏡對激光束進(jìn)行縱向壓縮，聚焦，聚焦后的 光斑垂直照射在布拉格相位掩模板25上。掃描移動平臺的下方設(shè)置光纖移動平臺27，掃描 移動平臺和光纖移動平臺通過串口與電腦(圖中未示)連接。任意啁啾光纖光柵的刻制方法1)將光纖26固定在光纖移動平臺27上；2)反射鏡將激光器水平發(fā)射過來的激光按照90度反射到柱面透鏡上，柱面透鏡 對激光束進(jìn)行縱向壓縮，聚焦成一點(diǎn)，焦點(diǎn)在光纖纖芯附近；聚焦后的光斑垂直照射在布拉 格相位掩模板25上，通過士 1級衍射光的干涉，使光斑聚焦在光纖芯徑上；3)通過設(shè)置在電腦中的軟件對掃描移動平臺的運(yùn)動方向、速度和范圍進(jìn)行控制， 使得光斑按照設(shè)定的函數(shù)沿著光纖軸向掃描；4)通過設(shè)置在電腦中的軟件控制光纖移動平臺的運(yùn)動狀態(tài)，按照設(shè)定的函數(shù)對光 纖進(jìn)行拉伸，通過軟件對光纖拉伸數(shù)學(xué)函數(shù)的實(shí)時控制，在彈性范圍內(nèi)通過光纖自身的收 縮，獲得軸向折射率的啁啾刻制，即得所需任意啁啾光纖光柵。在光柵刻制過程中，可通過光柵性能測試裝置對光纖光柵的透射譜和反射譜實(shí)時 進(jìn)行監(jiān)測，以獲得所需性能的任意啁啾光纖光柵。光柵性能測試裝置由光源28、環(huán)形器29 和光譜分析儀30構(gòu)成，光纖的一端接入光譜分析儀，另一端接入環(huán)形器29，環(huán)形器的另一 端接入光源28，其輸出端接入光譜分析儀。采用上述方法制作的啁啾光纖光柵表現(xiàn)出良好的性能。如圖2所示，X軸為波長 (nm)，Y軸為光強(qiáng)(dB)，中心波長1549. 28nm，反射帶寬12. 74nm，光柵長度30mm，可應(yīng)用于 光纖通信領(lǐng)域中的色散補(bǔ)償中。
權(quán)利要求一種任意啁啾光纖光柵的刻制裝置，包括激光器、反射鏡、柱面透鏡、掩模板和電腦，其特征在于所述反射鏡(22)和柱面透鏡(24)自上而下依次固定在掃描移動平臺(23)上，激光器(21)設(shè)置在反射鏡鏡面對應(yīng)的一側(cè)，反射鏡鏡面按照激光器水平發(fā)射的激光行進(jìn)方向前后呈45度傾斜設(shè)置；掃描移動平臺的下方設(shè)置掩模板(25)和光纖移動平臺(27)，掃描移動平臺和光纖移動平臺通過串口與電腦連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意啁啾光纖光柵的制作裝置，其特征在于所述的掩模板 (25)為布拉格相位掩模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意啁啾光纖光柵的制作裝置，其特征在于所述的激光器 (21)為連續(xù)的244nm倍頻氬離子激光器。
專利摘要任意啁啾光纖光柵的刻制裝置，屬于光纖光柵制作裝置技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括激光器、反射鏡、柱面透鏡、掩模板和電腦，反射鏡(22)和柱面透鏡(24)自上而下依次固定在掃描移動平臺(23)上，激光器(21)設(shè)置在反射鏡鏡面對應(yīng)的一側(cè)，反射鏡鏡面按照激光器水平發(fā)射的激光行進(jìn)方向前后呈45度傾斜設(shè)置；掃描移動平臺的下方設(shè)置掩模板(25)和光纖移動平臺(27)，掃描移動平臺和光纖移動平臺通過串口與電腦連接。通過編制的軟件，可改變掃描移動平臺的運(yùn)動狀態(tài)，精確控制速度變化、使其按照設(shè)定的函數(shù)對光纖進(jìn)行拉伸，使得刻制光柵的裝置簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，具有很好的重復(fù)性和靈活性。
文檔編號G02B6/02GK201654269SQ20102015548
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉斌, 司紀(jì)強(qiáng), 李友松, 胡元元 申請人:合肥正陽光電科技有限責(zé)任公司