專利名稱：一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作任意折射率調(diào)制光纖光柵，適用于光纖通信、光纖傳感、 光纖激光器、光纖濾波器、色散補償器、全光網(wǎng)絡(luò)及高速長距離傳輸?shù)阮I(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖光柵以其重量輕、體積小、成本低和靈活方便、與光纖兼容性好、 插入損耗低、波長選擇性好等優(yōu)點，在光纖通信中有著廣泛的應(yīng)用。其在光通 信中可構(gòu)成的器件包括光纖光柵外腔激光器、半導(dǎo)體激光器、超窄脈沖產(chǎn)生、 摻餌光纖放大器、拉曼光纖放大器、波長轉(zhuǎn)換器、濾波器、波分復(fù)用器、光纖 光柵色散補償器等，因此光纖光柵的應(yīng)用幾乎滲透在光纖通信系統(tǒng)的每個角落， 然而，要實現(xiàn)以上功能，就必須制作出性能優(yōu)良的光纖光柵， 一般均勻光纖光 柵有較寬的補償頻帶，但是一方面其反射譜存在著較嚴(yán)重的旁瓣，這會給相鄰 的信道產(chǎn)生極大的串?dāng)_，而另一方面其時延存在著較大振蕩性，這樣就不能產(chǎn) 生好的色散補償作用，因而極大地制約了光纖光柵器件的應(yīng)用，為了抑制反射 譜的旁瓣，獲得較高的旁瓣抑制比，同時減少時延曲線的振蕩，需要運用切趾 的辦法改變光纖光柵的有效折射率，因此制作性能優(yōu)良的光纖光柵必須要有非 常好的切趾技術(shù)，即對光纖光柵的折射率進(jìn)行函數(shù)的調(diào)制，所以，光纖光柵的 切趾技術(shù)對于光纖光柵在光纖通信中的應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
光纖光柵切趾技術(shù)是光纖光柵器件制作工藝中一種非常重要的技術(shù)，世界 范圍內(nèi)對它進(jìn)行了廣泛的研究。最傳統(tǒng)的光纖光柵切趾方法是利用切趾相位掩 膜板，利用聚焦電子束和濕法刻蝕技術(shù)可以制作出板槽尺寸不均勻的相位掩膜 板，紫外光照射此掩膜板后，正負(fù)一級衍射光的強度沿著光纖方向呈現(xiàn)切趾函
數(shù)分布，從而達(dá)到切趾的目的。此法實現(xiàn)起來比較簡單，但是相位掩膜板的制 作難度較大，不同的切趾函數(shù)需要不同的相位掩膜板，成本很高，而且掩模板 的設(shè)計函數(shù)就是光柵的切趾函數(shù)，切趾函數(shù)的好壞直接影響切趾效果，靈活性 不夠；同時，這樣制作出的光纖光柵平均折射率調(diào)制系數(shù)不是常數(shù)，會出現(xiàn)短 波震蕩效應(yīng)。
另外提出的切趾方法是采用在微機上進(jìn)行軟件編程序控制光纖光柵的寫入 過程，通過改變掃描光束的位置、速度或加速度，即通過改變掃描光束的光強來 獲得切趾光纖光柵，該方法雖然所需設(shè)備成本降低、操作簡便、重復(fù)性好，具有 很大的調(diào)整靈活性。但其要求可控精度高，且對光源的要求也很高。
還有人提出先把光柵制成線性啁啾光柵，然后再寫入變跡函數(shù)分布，但其同 樣對精度要求較高，而且光柵參數(shù)固定，價格較高。
較新的切趾寫入技術(shù)是利用紫外脈沖相干寫入變跡光柵，其平均折射率的 變化沿變跡光柵方向是均勻的。但這種方法寫入光柵的變跡圖樣和光柵長度是 固定的，具有非常小的調(diào)整靈活性。
隨著全光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對作為其關(guān)鍵器件之一的光纖光柵的 響應(yīng)特性提出了更高的要求。光學(xué)切趾特別是沿著切趾方向平均折射率變化均 勻的光學(xué)切趾是有效抑制旁瓣，減少啁啾光纖光柵時延振蕩的有效方法。光學(xué) 切趾能避免光柵的短波損耗和有效抑制布拉格光纖光柵反射譜，并能減少啁啾 光纖光柵時延特性的振蕩，因此對切趾光纖光柵的研究具有十分重要的意義。 切趾光纖光柵的制造技術(shù)也是近幾年來人們的研究熱點之一，不斷有新的寫入 方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服已有制作折射率調(diào)制光纖光柵成本高，靈活性不高 等不足，提供一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，它能實 現(xiàn)任意折射率調(diào)制光纖光柵的制作。 本發(fā)明的技術(shù)方案
一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，該掩模板包括-遮光片，振幅掩模板支架，它們之間的連接
在振幅掩模板支架上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外 包絡(luò)，依次無縫隙排列N個遮光片，遮光片的個數(shù)N為整數(shù)，N由下式?jīng)Q定 N = L/M
其中L為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離，M為遮光片的寬度，M小于或 者等于0.2cm;
設(shè)振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板 支架底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點或距離原點為遮光 片寬度M的整數(shù)倍處；
根據(jù)折射率調(diào)制函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片在振幅 掩模板支架中的高度，在xl-M， x2=2M，x3=3M……xN=NM處依次無縫隙按照 各自的高度，排列N個遮光片，然后用螺釘固定。
L》nM+l，l為光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的長度，當(dāng)n為大于 等于l的整數(shù)時，選定遮光片的個數(shù)后，選擇遮光片構(gòu)成所需折射率調(diào)制函數(shù)的 包絡(luò)是任意的。
所用的振幅掩模板支架材料為石英玻璃、木制品或金屬制品。 所用的遮光片材料為銅，鐵，鉛或鋁
制作光纖光柵時，用準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生紫外光，經(jīng)過柱面透鏡對擴束后的 紫外光光斑進(jìn)行縱向壓縮，將該振幅掩模板支架置于柱面透鏡與相位掩模板之
間，根據(jù)所需制作的光纖光柵，設(shè)置合適的折射率調(diào)制函數(shù)，通過計算得到振 幅掩模板各個遮光片的高度，之后調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)遮光片在振幅掩模板支架中 的高度，從而得到所需要的折射率調(diào)制函數(shù)，將壓縮后的紫外光垂直照射振幅 掩模板，遮光片阻擋了部分光的通過，對入射平行紫外光進(jìn)行折射率調(diào)制，獲 得光通量按照所需折射率調(diào)制函數(shù)分布的一束紫外光，最后通過相位掩模板對 光敏光纖進(jìn)行曝光，制作出任意折射率調(diào)制的光纖光柵。 本發(fā)明的有益效果具體如下
本發(fā)明所述的一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，可 以通過設(shè)置遮光片的高度來實現(xiàn)任意折射率的調(diào)制，靈活地制作出任意折射率 調(diào)制的光纖光柵，該振幅掩模板不僅制作簡單，而且所用材料成本較低，在使 用時，靈活性較高，易于實施，在制作光纖光柵以及利用光纖光柵構(gòu)成各種光 器件等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。


圖l為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離與光纖光柵制作中激光掃描相位掩 模板的長度相等且折射率調(diào)制函數(shù)為高斯函數(shù)時， 一種制作任意折射率調(diào)制光 纖光柵的插拔式振幅掩模板主視圖。
圖2為圖l的俯視圖。
圖3為圖1的A-A剖面圖。
圖4為圖1的B-B剖視圖。
圖5為遮光片的前視圖。
圖6為遮光片的后視圖。
圖7為本發(fā)明制作的插拔式振幅掩模板在制作光纖光柵中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離與光纖光柵制作中激光掃描相位掩 模板的長度相等且折射率調(diào)制函數(shù)為正弦函數(shù)時， 一種制作任意折射率調(diào)制光 纖光柵的插拔式振幅掩模板主視圖。
圖9為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離與光纖光柵制作中激光掃描相位掩 模板的長度相等且折射率調(diào)制函數(shù)為兩個高斯函數(shù)時， 一種制作任意折射率調(diào) 制光纖光柵的插拔式振幅掩模板主視圖。
圖IO為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離大于光纖光柵制作中激光掃描相 位掩模板的長度且折射率調(diào)制函數(shù)為高斯函數(shù)時， 一種制作任意折射率調(diào)制光 纖光柵的插拔式振幅掩模板主視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板作 進(jìn)一步描述。 實施例一
如圖1和圖7，其構(gòu)成的器件之間的連接 振幅掩模板支架30材料選擇石英玻璃、木制品或金屬制品。 遮光片11 1N材料選擇銅，鐵，鉛或鋁。 選擇螺釘個數(shù)N。 選擇任意的折射率調(diào)制函數(shù)。
遮光片11 1N，螺釘，振幅掩模板支架30，它們之間的連接
在振幅掩模板支架上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外 包絡(luò)，依次無縫隙排列N個遮光片，遮光片的個數(shù)N為整數(shù)，N由下式?jīng)Q定 N = L/M
其中L為振幅掩模板支架兩內(nèi)側(cè)間的距離，M為遮光片的寬度，M小于或
者等于0.2cm;
設(shè)振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板 支架底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點或距離原點為遮光
片寬度M的整數(shù)倍處；
根據(jù)折射率調(diào)制函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片在振幅 掩模板支架中的高度，在xl-M， x2=2M，x3=3M……xN-NM處依次無縫隙按照 各自的高度，排列N個遮光片，然后用螺釘將所有遮光片固定在振幅掩模板支 架30上。
L》nM+l，1為光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的長度，當(dāng)n為大于 等于l的整數(shù)時，選定遮光片的個數(shù)后，選擇遮光片構(gòu)成所需折射率調(diào)制函數(shù)的 包絡(luò)是任意的。
制作光纖光柵時，用準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生紫外光，經(jīng)過柱面透鏡對擴束后的 紫外光光斑進(jìn)行縱向壓縮，將該振幅掩模板支架置于柱面透鏡與相位掩模板之 間，根據(jù)所需制作的光纖光柵，設(shè)置合適的折射率調(diào)制函數(shù)，通過計算得到振 幅掩模板各個遮光片的高度，之后調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)遮光片在振幅掩模板支架中 的高度，從而得到所需要的折射率調(diào)制函數(shù)，將壓縮后的紫外光垂直照射振幅 掩模板，遮光片阻擋了部分光的通過，對入射平行紫外光進(jìn)行折射率調(diào)制，獲 得光通量按照所需折射率調(diào)制函數(shù)分布的一束紫外光，最后通過相位掩模板對 光敏光纖進(jìn)行曝光，制作出任意折射率調(diào)制的光纖光柵。
實施例二
如圖8和圖7,其構(gòu)成的器件之間的連接
光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的長度1取10cm，光纖光柵制作中激 光掃描相位掩模板的長度與振幅掩模板支架30的兩內(nèi)側(cè)距離L相等，遮光片寬度
取0.2cm由N=L/M得到N為50。
振幅掩模板支架30材料選擇木制品。 遮光片11 150材料選擇鋁。 選擇螺釘個數(shù)50。 折射率調(diào)制函數(shù)選擇正弦函數(shù)。
在振幅掩模板支架上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外 包絡(luò)，依次無縫隙排列50個遮光片。
設(shè)振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板 支架底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點，根據(jù)折射率調(diào)制 正弦函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片在振幅掩模板支架中的 高度，在xl-0,2cm， x2=0.4cm， x3=0.6cm……x50=10cm處依次無縫隙按照各自 的高度，排列50個遮光片，然后用螺釘將所有遮光片固定在振幅掩模板支架30 上。
制作光纖光柵時，用準(zhǔn)分子激光器50產(chǎn)生紫外光，經(jīng)過柱面透鏡60對擴 束后的紫外光光斑進(jìn)行縱向壓縮，將該振幅掩模板支架30置于柱面透鏡60與 相位掩模板10之間，設(shè)置合適的正弦折射率調(diào)制函數(shù)，通過計算得到振幅掩模 板30各個遮光片11 150的高度，之后調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)遮光片11 150在振幅 掩模板支架中30的高度，從而得到所需要的正弦折射率調(diào)制函數(shù)，將壓縮后的 紫外光垂直照射振幅掩模板30，遮光片阻擋了部分光的通過，對入射平行紫外 光進(jìn)行折射率調(diào)制，獲得光通量按照所需折射率調(diào)制函數(shù)分布的一束紫外光， 最后通過相位掩模板10對光敏光纖80進(jìn)行曝光，制作出正弦折射率調(diào)制的光 纖光柵。
實施例三
如圖9和圖7， 一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，其 構(gòu)成的器件之間的連接
光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的長度1取7cm，光纖光柵制作中激光 掃描相位掩模板的長度與振幅掩模板支架30的兩內(nèi)側(cè)距離L相等，遮光片寬度取 O.lcm,由N-L/M得到N為70。
振幅掩模板支架30材料選擇銅制品。
遮光片11 170材料選擇鐵。
選擇螺釘個數(shù)70。
折射率調(diào)制函數(shù)選擇兩個相同的高斯函數(shù)。
在振幅掩模板支架上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外 包絡(luò)，依次無縫隙排列70個遮光片。
設(shè)振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板 支架底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點，根據(jù)折射率調(diào)制 正弦函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片在振幅掩模板支架中的 高度，在xl-0.1cm， x2-0.2cm， x3=0.3cm……x70=70cm處依次無縫隙按照各自 的高度，排列70個遮光片，然后用螺釘將所有遮光片固定在振幅掩模板支架30 上。
制作光纖光柵時，用準(zhǔn)分子激光器50產(chǎn)生紫外光，經(jīng)過柱面透鏡60對擴 束后的紫外光光斑進(jìn)行縱向壓縮，將該振幅掩模板支架30置于柱面透鏡60與 相位掩模板10之間，設(shè)置兩個相同的高斯折射率調(diào)制函數(shù)，通過計算得到振幅 掩模板30各個遮光片11 170的高度，之后調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)遮光片11 170在 振幅掩模板支架中30的高度，從而得到所需要的折射率調(diào)制函數(shù)，將壓縮后的 紫外光垂直照射振幅掩模板30，遮光片阻擋了部分光的通過，對入射平行紫外
光進(jìn)行折射率調(diào)制，獲得光通量按照所需折射率調(diào)制函數(shù)分布的一束紫外光，
最后通過相位掩模板10對光敏光纖80進(jìn)行曝光，制作出兩個高斯折射率調(diào)制 的光纖光柵。 實施例四
如圖10和圖7， 一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板， 其構(gòu)成的器件之間的連接
光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的長度1取6cm,光纖光柵制作中激光 掃描相位掩模板的長度大于振幅掩模板支架30的兩內(nèi)側(cè)距離L，遮光片寬度M 取0.1cm,由N-L/M得到N為60。
振幅掩模板支架30材料選擇石英玻璃。
遮光片11 163材料選擇鐵。
選擇螺釘個數(shù)63。
折射率調(diào)制函數(shù)選擇高斯函數(shù)。
設(shè)振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板 支架底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在距離原點0.2cm處，根 據(jù)折射率調(diào)制高斯函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片在振幅掩
模板支架中的高度，在x3-0.3cm， x4=0.4cm， x5=0.5cm......x62-60cm處依次無
縫隙按照各自的高度，排列60個遮光片，在振幅掩模板支架內(nèi)左側(cè)與遮光片13 之間將遮光片ll、 12無縫排列在振幅掩模板支架內(nèi)的底平面上，在振幅掩模板 支架內(nèi)右側(cè)與遮光片162之間將遮光片163無縫排列在振幅掩模板支架內(nèi)的底 平面上，然后用螺釘將所有遮光片固定在振幅掩模板支架30上。
制作光纖光柵時，用準(zhǔn)分子激光器50產(chǎn)生紫外光，經(jīng)過柱面透鏡60對擴 束后的紫外光光斑進(jìn)行縱向壓縮，將該振幅掩模板支架30置于柱面透鏡60與
相位掩模板10之間，設(shè)置高斯折射率調(diào)制函數(shù)，通過計算得到振幅掩模板30 各個遮光片13 162的高度，之后調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)遮光片13 162在振幅掩模 板支架中30的高度，得到所需要的高斯折射率調(diào)制函數(shù)，將壓縮后的紫外光垂 直照射振幅掩模板30，遮光片阻擋了部分光的通過，對入射平行紫外光進(jìn)行折 射率調(diào)制，獲得光通量按照所需折射率調(diào)制函數(shù)分布的一束紫外光，最后通過 相位掩模板10對光敏光纖80進(jìn)行曝光，制作出高斯折射率調(diào)制的光纖光柵。
權(quán)利要求
1.一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，其特征在于，該掩模板包括遮光片(11～1N)，振幅掩模板支架(30)，它們之間的連接在振幅掩模板支架(30)上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外包絡(luò)，依次無縫隙排列N個遮光片(11～1N)，遮光片(11～1N)的個數(shù)N為整數(shù)，N由下式?jīng)Q定N＝L/M其中L為振幅掩模板支架(30)兩內(nèi)側(cè)間的距離，M為遮光片的寬度，M小于或者等于0.2cm；設(shè)振幅掩模板支架(30)內(nèi)左側(cè)壁與底平面的交點為坐標(biāo)軸原點，以振幅掩模板支架(30)底平面為x軸，折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點或距離原點為遮光片寬度M的整數(shù)倍處；根據(jù)折射率調(diào)制函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片(11～1N)在振幅掩模板支架(30)中的高度，在x1＝M，x2＝2M，x3＝3M……xN＝NM處依次無縫隙按照各自的高度，排列N個遮光片(11～1N)，然后用螺釘固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，L》nM+l，1為光纖光柵制作中激光掃描相位掩模板的 長度，當(dāng)n為大于等于l的整數(shù)時，選定遮光片(11 1N)的個數(shù)后，選擇遮光 片(11 1N)構(gòu)成所需折射率調(diào)制函數(shù)的包絡(luò)是任意的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，所用的振幅掩模板支架(30)材料為石英玻璃、木制品 或金屬制品。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，所用的遮光片(11 1N)材料為銅，鐵，鉛或鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作任意折射率調(diào)制光纖光柵的插拔式振幅掩模板，涉及光纖光柵制作等領(lǐng)域。該掩模板是在振幅掩模板支架(30)上端的縫隙內(nèi)按照制作光纖光柵的折射率調(diào)制函數(shù)的外包絡(luò)，依次無縫隙排列N個遮光片，N＝L/M；其中L為振幅掩模板支架(30)兩內(nèi)側(cè)間的距離，M為遮光片的寬度，M小于或等于0.2cm；折射率調(diào)制函數(shù)的起始位置設(shè)置在原點或距離原點為遮光片寬度M的整數(shù)倍處；根據(jù)折射率調(diào)制函數(shù)，通過x軸值計算得到相應(yīng)的y值，即遮光片(11～1N)在振幅掩模板支架中的高度，在x1＝M，x2＝2M，x3＝3M…xN＝NM處依次無縫隙按照各自的高度，排列N個遮光片(11～1N)，然后用螺釘固定。
文檔編號G03F1/26GK101369096SQ20081022436
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者吳樹強, 寧提綱, 祁春慧, 麗 裴, 趙瑞峰, 蘭 郭 申請人:北京交通大學(xué)