制作多波長體布拉格光柵的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制作多波長體布拉格光柵(VBG)的方法，具體包括一紫外光源透過一梯形棱鏡對感光介質(zhì)光熱折變(PTR)玻璃進行照射；通過輔助光學平板或PTR玻璃本身將入射的記錄光反射，反射與入射的記錄光在PTR玻璃中干涉形成駐波；調(diào)諧激光源的波長或旋轉(zhuǎn)激光反射元件使記錄光的入射角度改變，實現(xiàn)不同周期的曝光；曝光后的PTR玻璃經(jīng)熱處理與切割，最終獲得多波長VBG。本發(fā)明提出的制作多波長VBG的方法簡潔實用，在保持記錄裝置不變的情況下即可實現(xiàn)VBG工作波長連續(xù)可調(diào)諧；制作的VBG通光孔徑不受樣品吸收或材料其它性能的限制；只需一束記錄光入射從而大大簡化了記錄裝置，從而有利于VBG的大量高效制作。
【專利說明】制作多波長體布拉格光柵的方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及制作多波長體布拉格光柵的方法，特別涉及通過調(diào)諧記錄光波長或改變記錄光入射角度實現(xiàn)在光熱折變玻璃中制作具有多個光譜反射峰的多波長體布拉格光柵的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為濾波元件的體布拉格光柵(VBG)對入射光波長有選擇性，可用于改善光的發(fā)射光譜(如激光發(fā)射的峰值波長和光譜寬度)[B.L.Volodin, S.V.Dolgy, E.D.Melnik,E.Downs,J.Shaw,and V.S.Ban,“Wavelength stabilizat1n and spectrum narrowing ofhigh-power multimode laser d1des and arrays by use of volume Bragg gratings，，，Optics Letters, 29:1891 (2004) ；T.Chung, A.Rapaport, et al, “Solid-state laserspectral narrowing using a volumetric photothermal refractive Bragg gratingcavity mirror”，Optics Letters, 31:229 (2006)],從而在半導體激光、固體激光、等離子體激光、二極管超熒光、光纖通訊、環(huán)境傳感器、測量儀器、國防等領域有著廣泛而重要的應用。然而在VBG應用中，與大部分的只用于穩(wěn)定單一激光波長不同，J.E.Montagne和M.L.Neve在專利[Patent N0.:US 7, 636, 379 B2]中提出，使用具有多個光譜反射峰的VBG(多波長VBG)可以將泵浦半導體激光器(LD)的波長隨溫度漂移離散化，即在一定溫度范圍內(nèi)LD波長被多波長VBG鎖定在一個或幾個峰值，而當溫度進入下一范圍后，波長發(fā)生跳變，而不是隨溫度連續(xù)變化。通過選擇合適的多波長VBG光譜反射峰值，使其分別對準激光工作物質(zhì)(如Nd: YAG晶體)較高的吸收系數(shù)，從而可以實現(xiàn)寬溫區(qū)內(nèi)激光工作物質(zhì)對泵浦LD較高的吸收率，即可避免激光工作物質(zhì)在寬溫區(qū)下對泵浦LD光吸收不充分的情況。
[0003]分波前/振幅法[鄭浩斌，何焰藍等，“用于實現(xiàn)空間濾波的體布拉格光柵的制備”，光電工程，36:125(2009)]與相位掩膜板法[R.Kashyap，P.F.Mckee, D.ArmesZiUVWritten reflect1n grating structures in photo-sensitive optical fibers usingphase shifted phase masks”，Electronics Letters, 30:1977 (1994)]均可實現(xiàn) VBG 的制作，但卻較少用其獲得多波長VBG的專利和文章。G.A.Rakuljic與V.Leyva等人提出了通過“側(cè)面寫入”在光折變鈮酸鋰中制作多波長VBG的方法[PatentN0.:US 5,491,570],但該方法有諸多缺點，比如有限的可用波長范圍復雜的樣品制備(需要拋光樣品的至少兩個正交面)，無法獲得寬工作波長調(diào)諧范圍等。另外，“側(cè)面寫入”的方法對所制作VBG的通光孔徑有根本限制，這是由于為了得到所需要的光折變記錄光束必須被記錄材料吸收，而這將導致所記錄的光柵的穿透深度受限于吸收材料。由于這個原因，反射VBG濾波器的通光孔徑通常不超過約4-6毫米，取決于材料的性質(zhì)尤其是材料的均勻性?，F(xiàn)有的用于制作VBG的光敏材料主要有:鹵化銀感光材料、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物材料、光折變晶體等。其中，鹵化銀感光材料具有高的靈敏度，但是衍射效率較低，加工、顯影處理程序較繁瑣。用重鉻酸鹽明膠制作的全息圖具有很高的衍射效率，可達90%以上，但感光靈敏度低，光譜響應范圍窄。另外，此材料制成的全息圖受環(huán)境的影響很大，在高溫下很容易消像。光致聚合物材料可以克服上述材料的一些缺點，但缺點是材料受環(huán)境(溫度、濕度)影響較大，乳膠有收縮和膨脹現(xiàn)象，有待進一步提高性能。光折變晶體(如光折變鈮酸鋰)不耐高溫，同時在用其制備光柵時會記錄上附加衍射圖案。上世紀80年代末90年代初，Glebov等人開始研究新型的全息記錄光敏玻璃材料[L.B.Glebov, N.V.Nikonorov,E.1.Panysheva, et al, “Polychromic glasses-a new material for recording volumephase holograms”, Sov.Phys.Dokl, 35:878 (1990)],以 S12-Na2O-Al2O3-ZnO 為主成分，摻入Ag、Ce和氟化物、溴化物，通過紫外光輻照及熱處理，制備出空間線對高達2500/mm，I?3mm厚的VBG，其絕對衍射效率高達93 %。由于紫外光輻照外加熱處理導致玻璃的折射率改變，這一過程被稱為光熱折變(PTR)過程，稱具有這種特性的玻璃為PTR玻璃[0.M.Efimov, L.B.Glebov, L.N.Glebova, et al, “High-efficiency Bragg Gratings inPhotothermorefractive Glass”, App1.0pt.,38:619(1999)].作為一種新型的光敏材料，PTR玻璃在制備體光柵時具有與記錄激光波長匹配的光譜吸收性、線性傳輸特性、高的分辨率以及低的噪聲，還擁有很強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高的損傷閾值及相對價廉的價格，成為目前最有效的VBG記錄介質(zhì)。
[0004]本發(fā)明涉及的制作多波長VBG的方法，在保持記錄裝置不變的情況下通過調(diào)諧記錄光波長或改變記錄光入射角度實現(xiàn)在PTR玻璃中制作工作波長在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧的VBG.VBG在PTR玻璃的表面記錄使得通光孔徑不受樣品吸收或材料其他性能的限制。只需一束記錄光入射到記錄組件即可在PTR玻璃中形成駐波光強分布進而實現(xiàn)VBG的記錄，大大簡化了記錄設置，從而有利于VBG的大量高效制作。記錄組件中棱鏡與輔助光學平板的特殊設計有利于裝夾工具的固定，保證了在記錄過程中非常好的穩(wěn)定性。此外，VBG記錄介質(zhì)PTR玻璃的正交邊不需要拋光，這大大降低了生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明涉及通過調(diào)諧記錄光波長或改變記錄光入射角度實現(xiàn)在PTR玻璃中制作具有多個光譜反射峰的多波長VBG的方法，該方法包括:提供一紫外激光源組件用于對感光介質(zhì)進行曝光；提供一感光記錄介質(zhì)PTR玻璃用于記錄VBG ;使PTR玻璃的一面與梯形棱鏡表面接觸；通過輔助的光學平板或PTR玻璃本身將入射的記錄光反射，使入射與反射記錄光在PTR玻璃中干涉形成駐波光強分布；調(diào)諧激光源的波長或旋轉(zhuǎn)激光反射元件使記錄光的入射角度改變，實現(xiàn)不同周期的曝光；曝光后的PTR玻璃在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下工藝熱處理，獲得多波長VBG原件；沿垂直于光柵條紋的方向?qū)Χ嗖ㄩLVBG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的矩形個體單元。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明制作多波長VBG的裝置包括:激光源11、上游反射鏡12、擴束前鏡13，擴束后鏡14，下游反射鏡15，梯形棱鏡16，記錄介質(zhì)17，輔助光學平板18以及裝夾具19、20。
[0008]所述激光源11，發(fā)射具有高斯分布的紫外光束，光束自由傳播直到光反射組件上游反射鏡12。鏡12可按雙箭頭所示旋轉(zhuǎn)從而允許設置激光源11與VBG寫入組件(PTR玻璃與梯形棱鏡等)的距離。擴束前鏡13與后鏡14構(gòu)成一望遠鏡擴束系統(tǒng)，將紫外光束擴展到所需要的尺寸以實現(xiàn)對記錄介質(zhì)均勻曝光。下游反射鏡15將擴束后的紫外光反射至VBG寫入組件。
[0009]梯形棱鏡16是由對記錄波長透明的材料制成，且具有與記錄介質(zhì)相同的折射率。梯形棱鏡16至少有三個平面16A，16B, 16C，其中至少一個表面16A經(jīng)過光學拋光。記錄介質(zhì)17采用PTR玻璃，其一面17A與梯形棱鏡16的一表面16B接觸(使用折射率匹配液體或光學直接接觸)。因此，從梯形棱鏡16到記錄介質(zhì)17是一個連續(xù)光路，中間沒有空氣進入。輔助光學平板18的一面18A光學拋光且鍍有對記錄光高反的介質(zhì)膜，與記錄介質(zhì)17的表面17B接觸，形成一個連續(xù)光路。輔助光學平板18的面18B與梯形棱鏡16的面16C一樣，均為平面，從而有利于裝夾具19、20對寫入組件的裝夾固定。記錄光經(jīng)梯形棱鏡的面16A入射，透過棱鏡與PTR玻璃由輔助光學平板的面18A將其反射，反射的記錄光與入射的記錄光在記錄介質(zhì)17中形成光強周期分布的駐波，實現(xiàn)了對PTR玻璃的曝光。
[0010]根據(jù)兩束光形成駐波的空間周期及VBG反射峰波長與光柵周期的關(guān)系，得出如下公式:
[0011]
又。p _ ^rec nop( I )
cos θορ cos erec nrec........................................................................
[0012]其中λ ^和Θ m分別是VBG的工作波長和工作激光在VBG內(nèi)的衍射角，Iitjp和Iirec分別是工作波長和記錄波長在記錄介質(zhì)中的折射率，λ _和分別為記錄光波長和記錄光在記錄介質(zhì)中的入射角。其中，在工作衍射角Θ。。一定的條件下，通過調(diào)諧記錄光的波長λ Μ?；蚋淖冇涗浌獾娜肷浣铅é?。均可以達到調(diào)節(jié)VBG工作波長的目的。本發(fā)明從以上兩個角度出發(fā)，分別通過調(diào)諧紫外激光源的波長λ_和旋轉(zhuǎn)下游反射鏡改變記錄光入射角度Θ rec在記錄介質(zhì)PTR玻璃中實現(xiàn)多波長VBG的記錄。
[0013]此外，如果通過入射記錄光在記錄介質(zhì)外表面17B處的全內(nèi)反射形成駐波，這種情況下入射角(Θ J!^對應全內(nèi)反射的臨界角arcsind/nj ,當激光正入射VBG即θ op
=O度時，最小工作波長由公式(I)得:
[0014]
λ ■ * -^..................................................................(2)
mn cos(arcsin(l / nrec))
[0015]由于同種材料在一定波長范圍內(nèi)色散不會太大，以上公式中近似了 ％與11_相等。由公式(2)可以看出，記錄的VBG工作波長滿足λορ> Xmln.根據(jù)公式(2)，如果入_=325nm, nrec = 1.52,則 λ min = 432nm。
[0016]經(jīng)過以上的曝光，PTR玻璃中作為光敏激活劑的鈰(Ce)吸收了紫外輻射，產(chǎn)生光化學反應，三價鈰離子(Ce3+)吸收能量電離釋放出電子(e)，形成四價鈰離子(Ce4+)。而曝光區(qū)域的銀離子(Ag+)捕獲鈰離子釋放出的電子變?yōu)殂y原子(Ag)，未曝光區(qū)域的銀仍以Ag+形式存在。經(jīng)過溫度在450?500°C下的熱處理，銀原子在硅酸鹽玻璃中迅速擴散形成銀微晶，結(jié)果在曝光區(qū)出現(xiàn)大量銀團簇，它們不改變玻璃的折射率和吸收特性，但在玻璃中形成潛象。然后再經(jīng)過高溫500?550°C下的熱處理，在曝光的玻璃處鈉離子(Na+)和氟離子(F_)開始沉淀，立方氟化鈉(NaF)晶體以銀粒子為成核中心生長，最終導致在立方NaF晶體表面生長大量拉長的角錐形復合物(Na、Ag-F、Br)晶體。由于材料組成成分折射率的差另O，在曝光與未曝光部分形成折射率的變化，最終形成VBG。經(jīng)過以上處理得到的是多波長VBG原件，然后沿垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的個體單元。
[0017]本發(fā)明的制作多波長VBG的方法優(yōu)越性在于:
[0018]本發(fā)明的上述方法相比于已知的系統(tǒng)有諸多優(yōu)點。例如，在保持記錄裝置不變的情況下(只調(diào)諧記錄光波長或旋轉(zhuǎn)下游反射鏡角度)即可以實現(xiàn)被記錄的VBG工作波長在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧，從而使得制作過程更加簡潔實用。同時，由于VBG是在PTR玻璃的工作表面記錄的，所以通光孔徑不受樣品吸收或材料其他性能的限制，理論上允許任意大通光孔徑的VBG的記錄。另外，只需一束記錄光入射到記錄組件即可與反射光形成駐波光強分布實現(xiàn)對PTR玻璃周期曝光，大大簡化了記錄裝置，從而有利于VBG的大量高效制作。記錄組件中棱鏡的梯形設計有利于裝夾工具對其固定，保證了在記錄過程中非常好的穩(wěn)定性。此外，VBG記錄介質(zhì)PTR玻璃記錄表面的正交面不需要拋光，這大大降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明(實施例1)通過調(diào)諧激光源波長+輔助光學平板內(nèi)表面反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明(實施例1、2)制作的多波長VBG切割示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明(實施例2)通過旋轉(zhuǎn)下游反射鏡+輔助光學平板內(nèi)表面反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明(實施例3)通過調(diào)諧激光源波長+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明(實施例4)通過旋轉(zhuǎn)下游反射鏡+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0024]實施例1調(diào)諧激光源波長+輔助光學平板內(nèi)表面反射記錄光制作多波長VBG
[0025]如圖1所示，該實施例中的光源組件包括一激光源11、上游反射鏡12、擴束前鏡13、擴束后鏡14及下游反射鏡15。其中紫外激光源11采用經(jīng)非線性頻率變換的摻鈦籃寶石固體激光器，發(fā)射波長的可調(diào)諧范圍是250?300nm ;上游反射鏡12為平面鏡，鍍有紫外光寬帶高反膜，通過驅(qū)動器改變其對紫外光的反射角度可以控制激光器與記錄組件的距離；擴束前鏡13與后鏡14，分別具有一定曲率并鍍有紫外光寬帶高反膜，構(gòu)成一擴束系統(tǒng)，可以將紫外光束擴展到需要的尺寸以實現(xiàn)對記錄介質(zhì)的均勻曝光；下游反射鏡15為平面鏡，鍍有紫外光寬帶高反膜，調(diào)節(jié)其角度將紫外光反射至VBG寫入組件。
[0026]在本實施例中VBG記錄組件包括一梯形棱鏡16、一記錄介質(zhì)17、一輔助光學平板18及裝夾具19、20。其中梯形棱鏡16是由對250?300nm記錄光透明的玻璃材料制成，且具有與記錄介質(zhì)相同的折射率。梯形棱鏡16的表面16A經(jīng)過光學拋光，并鍍有對250?300nm的增透膜；表面16C為平面，從而有利于對其進行裝夾固定。記錄介質(zhì)17采用商業(yè)PTR玻璃板，與記錄表面正交的面不需要拋光，其對紫外光的吸收范圍為250?350nm。PTR玻璃板一面17A與梯形棱鏡16的一表面16B通過折射率匹配液體直接接觸，從而由梯形棱鏡16到記錄介質(zhì)17形成一個連續(xù)光路，中間沒有空氣。輔助光學平板18的面18A光學拋光且鍍有對250?300nm高反的介質(zhì)膜，與記錄介質(zhì)17的表面17B光學直接接觸。裝夾具
19、20與梯形棱鏡16的面16C、輔助光學平板18的面18B直接接觸，用于對梯形棱鏡16、記錄介質(zhì)17和輔助光學平板18的裝夾固定，從而有利于穩(wěn)定的VBG記錄。記錄光經(jīng)梯形棱鏡的面16A入射，透過棱鏡與PTR玻璃由輔助光學平板的面18A將其反射，反射的記錄光與入射的記錄光在記錄介質(zhì)17中形成光強周期分布的駐波，實現(xiàn)了對PTR玻璃的曝光。固定記錄光的入射角度θ M。，通過控制軟件改變所使用的摻鈦籃寶石固體激光器的發(fā)射波長，也就是記錄光波長，即可以得到不同的曝光周期，根據(jù)公式(1)，從而可獲得不同的工作波長入。5.
[0027]通過以上操作，光源組件擴束勻化后對PTR原始玻璃進行了均勻光照曝光。經(jīng)過曝光后的PTR玻璃板通過在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下的“兩步法”工藝熱處理，導致PTR玻璃材料組成成分折射率的差別，在曝光與未曝光部分形成折射率的變化，獲得多波長VBG原件。然而為了獲得個體單元的多波長VBG還需對VBG原件進行切割，如圖2所示，將切割刀沿AA’方向即垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的矩形個體單元101，其光柵周期將平行于面18A.由于所形成的的光柵周期平行于記錄表面，所以VBG通光孔徑不受記錄介質(zhì)吸收性質(zhì)的限制。
[0028]實施例2旋轉(zhuǎn)下游反射鏡+輔助光學平板內(nèi)表面反射記錄光制作多波長VBG
[0029]如圖3所示，該實施例中的光源組件包括一激光源21、上游反射鏡22、擴束前鏡23、擴束后鏡24及下游反射鏡25。其中紫外激光源21采用氦鎘(He-Cd)激光器，發(fā)射波長為325nm ;上游反射鏡22為平面鏡，鍍有325nm高反膜，通過驅(qū)動器改變其對紫外光的反射角度可以控制激光器與記錄組件的距離；擴束前鏡23與后鏡24，分別具有一定曲率并鍍有325nm高反膜，構(gòu)成一擴束系統(tǒng)，可以將紫外光束擴展到需要的尺寸以實現(xiàn)對記錄介質(zhì)的均勻曝光；下游反射鏡15為平面鏡，鍍有325nm高反膜，通過旋轉(zhuǎn)其角度可以改變紫外光入射至VBG寫入組件的角度。
[0030]在本實施例中VBG記錄組件同實施例1中相同，包括一梯形棱鏡26、一記錄介質(zhì)27、一輔助光學平板28及裝夾具29、30。記錄光經(jīng)梯形棱鏡的面26A入射，透過棱鏡與記錄介質(zhì)PTR玻璃由輔助光學平板的面28A將其反射，反射的記錄光與入射的記錄光在記錄介質(zhì)27中形成光強周期分布的駐波，實現(xiàn)了對PTR玻璃的曝光。固定記錄光的波長λ rec,在本實施例中λ _ = 325nm，通過電動旋轉(zhuǎn)平移臺精確控制下游反射鏡25的反射角度，如圖2中箭頭所示，從而可以改變記錄光在感光介質(zhì)中的入射角度，根據(jù)公式(1)，即可獲得不同的工作波長入_
[0031]經(jīng)過曝光后的PTR玻璃板通過在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下的“兩步法”工藝熱處理，獲得多波長VBG原件。然后使用切割刀沿垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的矩形個體單元。
[0032]實施例3調(diào)諧激光波長+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG
[0033]圖4是通過調(diào)諧激光波長+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的光源組件與實施例1中的相同，不再重述。VBG記錄組件包括一梯形棱鏡36和一記錄介質(zhì)37及裝夾具39、40。其中梯形棱鏡36是由對記錄光透明的玻璃材料制成，且具有與記錄介質(zhì)相同的折射率。梯形棱鏡36的表面36A經(jīng)過光學拋光，并鍍有對250?300nm的增透膜；表面36C為平面，從而有利于對其進行裝夾固定。記錄介質(zhì)37采用商業(yè)PTR玻璃板，其對紫外光的吸收范圍為250nm-350nm。PTR玻璃板一面37A與梯形棱鏡36的一表面36B直接接觸，形成一個連續(xù)光路。PTR玻璃板的另一面37B光學拋光，對入射的記錄光全內(nèi)反射，反射光與入射的記錄光在PTR玻璃板中形成駐波，實現(xiàn)對PTR玻璃板的周期條紋曝光。裝夾具39、40與梯形棱鏡36的面36C、記錄介質(zhì)37的面37B直接接觸，用于對梯形棱鏡36和記錄介質(zhì)37的裝夾固定。固定記錄光的入射角度，通過控制軟件改變所使用的摻鈦籃寶石固體激光器的發(fā)射波長，也就是記錄光波長λ Μ。，根據(jù)公式(1)，即可獲得不同的工作波長入_
[0034]同樣的，經(jīng)過曝光后的PTR玻璃板通過在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下的“兩步法”工藝熱處理，獲得多波長VBG原件。然后使用切割刀沿垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的矩形個體單元。
[0035]實施例4旋轉(zhuǎn)下游反射鏡+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG
[0036]圖5是通過旋轉(zhuǎn)下游反射鏡+記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射記錄光制作多波長VBG的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的光源組件與實施例2中的相同，不再重述。VBG記錄組件與實施例3中的相同，包括一梯形棱鏡46和一記錄介質(zhì)47及裝夾具49、50。記錄介質(zhì)47采用商業(yè)PTR玻璃板，其一面47B光學拋光，對入射的記錄光全內(nèi)反射，反射光與入射的記錄光在PTR玻璃板中形成駐波，實現(xiàn)對PTR玻璃板的周期條紋曝光。固定記錄光的波長λ_，在本實施例中λ _ = 325nm，通過電動旋轉(zhuǎn)平移臺精確控制下游反射鏡45的反射角度，如圖4中箭頭所示，可以改變記錄光在感光介質(zhì)中的入射角度，根據(jù)公式(I)，即可獲得不同的工作波長λ。。.由于產(chǎn)生駐波所需要的反射光是通過記錄介質(zhì)外表面全內(nèi)反射產(chǎn)生的，根據(jù)公式(2)，記錄的VBG工作波長λ ορ存在一個最小值λ min，本實施例中λ min = 432nm。
[0037]經(jīng)過曝光后的PTR玻璃板通過在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下的“兩步法”工藝熱處理，獲得多波長VBG原件。然后使用切割刀沿垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，即可獲得多波長VBG的矩形個體單元。
[0038]本發(fā)明還可以有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出相應的改變和變型，但這些相應的改變和變型都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.制作多波長體布拉格光柵(VBG)的方法,該方法包括:一光源組件用于對感光介質(zhì)進行曝光，一感光介質(zhì)用于記錄VBG, —棱鏡與感光介質(zhì)表面接觸形成連續(xù)光路,輔助的光學板或感光介質(zhì)本身將入射的記錄光反射形成駐波光強分布，周期曝光的感光介質(zhì)經(jīng)熱處理與切割，最終獲得多波長VBG的個體單元；其特征在于: 所述的多波長VBG的制作方法是通過調(diào)諧激光源的波長或旋轉(zhuǎn)激光反射元件改變記錄光的入射角度實現(xiàn)被記錄的VBG工作波長在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧；所述的調(diào)諧激光源的波長可以通過軟件控制或手動調(diào)節(jié)激光器元件實現(xiàn)；所述的旋轉(zhuǎn)激光反射元件改變記錄光的入射角度可以通過旋轉(zhuǎn)精密光學平移臺實現(xiàn)； 所述的駐波光強周期條紋平行于感光介質(zhì)的工作表面，使記錄的VBG通光孔徑不受感光介質(zhì)吸收或其他性能的限制； 所述的駐波只需一束記錄光入射到記錄組件即可與反射光干涉形成，大大簡化了記錄裝置，從而有利于VBG的大量高效制作； 所述的棱鏡采用梯形設計有利于裝夾工具對其固定，保證了記錄組件在VBG記錄過程中非常好的穩(wěn)定性； 所述的感光介質(zhì)記錄表面的正交面不需要拋光，大大降低了生產(chǎn)成本。
2.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述光源組件包括激光源、上游反射鏡、擴束系統(tǒng)和下游反射鏡；所述的激光源可以為固定波長紫外激光器或波長可調(diào)諧紫外激光器；所述的固定波長紫外激光器為發(fā)射激光波長在250nm-350nm之間的激光器；所述的波長可調(diào)諧紫外激光器為波長可在250nm-350nm之間調(diào)諧的激光器；所述的上游反射鏡為鍍記錄波長高反膜的一個或多個平鏡，將記錄光反射至擴束系統(tǒng)，通過驅(qū)動器改變其對記錄光的反射角度可以控制激光器與記錄介質(zhì)的距離；所述的擴束系統(tǒng)由兩個或多個具有一定曲率的鍍有對記錄光高反或增透膜的鏡片構(gòu)成，將記錄光束擴展到需要的尺寸以實現(xiàn)對記錄介質(zhì)進行均勻曝光；所述的下游反射鏡為鍍記錄波長高反膜的一個或多個平鏡，通過驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)其角度可以改變?nèi)肷渲劣涗浗橘|(zhì)的記錄光角度。
3.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的感光介質(zhì)采用片狀或塊狀光熱折變(PTR)玻璃，以S12-Na2O-Al2O3-ZnO為主成分，摻入Ag、Ce和氟化物、溴化物等，對紫外光的吸收范圍為250nm-350nm，其一面與權(quán)利要求1所述的梯形棱鏡一表面使用折射率匹配液體或光學直接接觸，形成一個連續(xù)光路，中間沒有空氣進入。
4.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的梯形棱鏡是由對記錄波長透明的材料制成，且具有與感光介質(zhì)相同的折射率；所述的梯形棱鏡至少有三個平面，其中至少記錄光入射面光學拋光，并鍍對記錄光的增透膜。
5.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的一光源組件用于對感光介質(zhì)進行曝光具體為光源組件發(fā)射的記錄光經(jīng)權(quán)利要求4所述的光學拋光面入射至梯形棱鏡，穿過梯形棱鏡后經(jīng)過梯形棱鏡與感光介質(zhì)的接觸面連續(xù)入射至感光介質(zhì)。
6.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的輔助的光學板或感光介質(zhì)本身將入射的記錄光反射形成駐波光強分布可以為通過輔助光學板鍍膜將記錄光反射；所述的輔助光學板一面鍍有對記錄光高反膜，鍍膜面與權(quán)利要求3所述的感光介質(zhì)一表面使用折射率匹配液體或光學直接接觸，形成一個連續(xù)光路，中間沒有空氣進入。
7.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的輔助的光學板或感光介質(zhì)本身將入射的記錄光反射形成駐波光強分布可以為通過感光介質(zhì)PTR玻璃的外表面將入射的記錄光全內(nèi)反射；所述的PTR玻璃外表面光學拋光，在滿足一定入射角的條件下對記錄光全內(nèi)反射。
8.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的熱處理為對曝光后的PTR玻璃在溫度為450?500°C與高溫500?550°C下進行的“兩步法”工藝熱處理。
9.按權(quán)利要求1所述的制作多波長VBG的方法，其特征在于，所述的對VBG切割是通過切割刀沿垂直于光柵條紋的方向?qū)BG原件進行切割，最終獲得一個或多個多波長VBG的矩形個體單元。
【文檔編號】G02B6/02GK104133267SQ201410405773
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】張小富, 陳臻懿, 林安英, 張玉珂, 謝仕永, 張帆, 商海慶, 安俊明 申請人:林安英, 陳臻懿