專利名稱：制備雙波段長周期光柵的設備的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及制備雙波段長周期光柵的設備，特別是同時制備具有兩種不同耦合波長的雙波段長周期光柵。
長周期濾波光柵(LPFG)濾波器將在光纖中傳播光信號的芯模耦合到傳播方向上的蓋層模中。因為LPFG濾波器不能反射，所以它可以平滑EDFA(摻鉺光纖放大器)中的增益。當下述相位匹配條件得到滿足時，發生耦合。
βco-βcl(n)＝2π/Λ(1)其中βco是芯模的傳播常數，βcl(n)是蓋層模的傳播常數，Λ是光柵周期。
如果在等式1中滿足β＝2πn/λ(n是有效折射率，λ是耦合波長)，則芯模和蓋層模之間的折射率差為nco-ncl(n)＝λ/Λ(2)當利用特定的掩膜周期Λ，由UV(紫外)激光束照射光纖時，光敏光纖的芯的折射率將發生變化，結果耦合波長向長波長移動。LPFG是通過沿柱形透鏡的X軸或Y軸會聚UV光，例如準分子激光束，并透過周期為Λ的幅度掩膜照射光敏光纖而制備的。
為實現預期的LPFG濾波譜，即精確的耦合波長位置和消光比，將在特定的時間內利用精確控制的幅度掩膜周期投射UV激光束。
有多種方法可以用于更加精確地控制幅度掩膜的周期。一種方法是通過以預定的周期移動狹縫或光纖來投射UV激光束。單狹縫可以確保精確的周期和周期的自由調節。除了這些優點之外，單狹縫的缺點是占空比，即具有可變周期的光透射區域和非透射區域的開/關比不是恒定的，因為狹縫的尺寸不是固定的，且由于折射率是逐點變化的，需占用長時間。
作為獲得精確周期的另一種方法，通過制備硅圖形、再用鉻摻雜硅圖形可以制備另一種幅度掩膜。然而，幅度掩膜難以制作且成本高，盡管具有周期精確的優點。此外，周期是固定的，由此只能實現一個預期的譜。幅度掩膜的另一個缺點是由于損傷功率極限很低，不能有效地使用高功率的準分子激光器。
在利用上述幅度掩膜對在兩個波段中具有多個峰的光學放大器中的增益譜進行平滑，制備雙波段長周期光柵的過程中，每當光譜特性發生變化時，就必需設計新的周期掩膜。在這種情況下，需要具有針對每個波段的相應周期的掩膜，要連續使用兩個掩膜，所以有可能由于光敏光纖的特性而引起錯誤。
因此，本發明的目的是提供一種在一根光纖上同時制備雙波段長周期光柵的設備。
為了實現上述目的，提供了一種雙波段長周期光柵制備設備。雙波段長周期光柵制備設備在光纖中制備具有兩種不同周期的長周期光柵。為此，設備具有發射UV光的激光器、第一長周期光柵制備單元和第二長周期光柵制備單元。第一長周期光柵制備單元包括配置在光纖的一個部分上、并交替地具有透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第一幅度掩膜，并通過控制第一幅度掩膜的位置決定了刻寫在光纖上的第一長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的。第二長周期光柵制備單元包括在光纖的一個不同部分上、并交替地具有透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第二幅度掩膜，并通過控制第二幅度掩膜的位置決定了刻寫在光纖上的第二長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的，并且基本上與第一長周期光柵制備單元同時制成第二長周期光柵。
本發明的上述和其它目的、特點和優點將通過結合附圖進行的下列詳細描述而更加明顯，其中

圖1是本發明雙波段長周期光柵制備設備的簡圖；圖2A是耦合波長對在載入H2之后將光纖保持在室溫的時間周期和暴露在UV光下的曝光時間周期的曲線；圖2B是耦合波長對在載入H2之后將光纖保持在室溫的時間周期的曲線；圖3是光纖放大器相對于波長的增益特性曲線；圖4示出圖1所示的第一或第二幅度掩膜的實施方案；圖5示出通過在圖1所示的第一或第二長周期光柵制備單元中控制幅度掩膜的位置而確定長周期光柵的周期的過程；圖6A是在圖5中當x+y＝700mm時光柵周期對x的曲線；和圖6B是在圖5中當x+y＝430mm時光柵周期對x的曲線。
下面將參照附圖描述本發明的優選實施方案。在下列描述中，將不再詳細描述眾知的功能和結構，因為這將不必要地使本發明冗長。
圖1是本發明雙波段長周期光柵制備設備的簡圖。圖1的雙波段長周期光柵制備設備包括UV激光器100、第一長周期光柵制備單元110、第二長周期光柵制備單元120、光源130、光纖140、量具150和控制器(未示出)。
第一長周期光柵制備單元110包括分束鏡111、柱形透鏡112、第一散光鏡113、第一幅度掩膜114和第一狹縫115。
第二長周期光柵制備單元120包括反射鏡121、柱形透鏡122、第二散光鏡123、第二幅度掩膜124和第二狹縫125。
第一和第二長周期光柵制備單元110和120基本同時地在光纖140上制備第一和第二長周期光柵。
具體地講，分束鏡110將UV激光器光100發出的UV激光束分成兩個相等的子光束。分束鏡110將部分分束光反射90°，改變光路，并透過另一部分分束光。第一柱形透鏡112匯聚來自改變路徑的UV光。第一散光鏡113將來自第一柱形透鏡112的光散開，它優選地是凹透鏡。第一幅度掩膜114選擇性地透過來自第一散光鏡113的光。第一狹縫115的寬度與確定長周期光柵帶寬的光柵長度相同。當透過第一狹縫115的光到達光纖140時，量具150在每個波長上測量透過光纖140的光的耦合峰。控制器通過定位第一幅度掩膜114，以便使耦合發生在長周期光柵濾波器的預定波長上，來控制長周期光柵的周期。
透過分束鏡110的UV光由反射鏡121反射90°。第二柱形透鏡122匯聚來自被反射鏡121所改變的路徑的UV光。第二散光鏡123將來自第二柱形透鏡122的光散開。第二幅度掩膜124選擇性地透過來自第二散光鏡123的光。第二狹縫125的寬度與確定長周期光柵帶寬的光柵長度相同。當透過第二狹縫125的光到達光纖140時，量具150在每個波長上測量透過光纖140的光的耦合峰。控制器通過定位第二幅度掩膜124，以便使耦合發生在預定波長上，來控制長周期光柵的周期。
在此，光纖140是UV光敏感的、摻鍺的和載入H2的。H2處理需要在大約80-90°，在或低于100bar下進行幾十小時。對于刻寫光柵，載入H2的光纖保持在室溫。擴散在光纖中的氫分子隨著時間的推移溢出光纖的蓋層，由此纖芯和蓋層的有效折射率變得不同。因此，耦合條件隨著將光纖保持在室溫的時間周期而變化。
圖2A示出耦合波長相對于在載入H2之后將光纖保持在室溫的時間周期以及用UV激光束照射光纖的時間周期的變化。圖2B示出耦合波長相對于在載入H2之后將光纖保持在室溫的時間周期的變化。由圖2A和2B可以看出，如果在載入H2之后將光纖保持在室溫的時間較長但低于大約30小時，耦合波長將向長波長方向移動，在大約30小時之后耦合波長向短波長移動。由于在制備氫化處理光纖的過程中利用光譜分析儀測量的光譜不是真正的穩定光譜，應當對測量的光譜進行補償。具體地講，當增益峰在1530和1550nm時，如從圖3所示的光纖放大器的增益特性所觀察到的，應當同時平滑兩個波段，以實現增益平滑光纖放大器。
圖4示出圖1所示的第一或第二幅度掩膜114或124的實施方案。圖4所示的幅度掩膜是2mm厚的金屬襯底400，例如不銹鋼襯底。在金屬襯底400上界定出用于透射光線的周期(Λ0)為幾百μm的周期透射區域402和周期非透射區域402。利用CO2激光器或化學刻蝕處理透射區域402。金屬襯底400提高了損傷極限，由此可以將高功率UV激光器用作光源。透射區域402透射入射的激光，非透射區域404阻擋入射在金屬部分上的UV激光。
圖5示出通過控制幅度掩膜在圖1所示的第一或第二長周期光柵制備單元110或120中的位置而確定長周期光柵周期的過程。參考圖5，透過柱形透鏡512的激光束由散光鏡即凹透鏡513散開，由幅度掩膜514掩蔽，然后激光束透射到光纖540上。為了描述清楚，設激光束的散光點和幅度掩膜514之間的距離為x，幅度掩膜514和光纖540之間的距離為y。如果由散光點、透過幅度掩膜514入射到光纖540上的水平激光束550的長度為C、B和A，則tanα＝3a/x＝A/(x+y)tanβ＝2a/x＝B/(x+y)tanγ＝a/x＝C/(x+y)如果Λ是刻寫在光纖540上的長周期光柵的周期，Λ＝2a(x+y)/x＝Λ0(x+y)/x其中是幅度掩膜的周期Λ0，2a。
即，固定凹透鏡513和光纖540之間的距離，刻寫在光纖540上的長周期光柵的周期隨幅度掩膜514的位置變化。
圖6A是當x+y＝430mm時光柵周期對x值的曲線，圖6B是當x+y＝430mm時光柵周期對x值的曲線。在此，幅度掩膜周期是420um。
為了制作具有預定輸出光譜的長周期光柵，帶寬通過控制狹縫尺寸設定，并控制凹透鏡和幅度掩膜之間的距離以及幅度掩膜和光纖之間的距離。根據本發明，長周期光柵的帶寬可以通過控制被激光束照射的光纖區域來控制。本發明使用的掩膜便于制作，且成本低，因為它是由金屬制作的。另外，掩膜的功率損傷極限很高，并可以控制其周期。因為通過同時制作雙波段長周期光柵可以避免氫擴散引起的波長移動，所以濾波器的設計更加容易，并縮短了制備時間。
用于長周期光柵的光的輸出能量等于或低于120mJ。在本發明中，高功率(600mJ)準分子激光束由分束鏡分割成兩束相等的子光束。由此，長周期光柵可以利用準分子激光束穩定高效地制作。
盡管已經參照特定的優選實施方案描述和示出了本發明，但本領域的技術人員應當理解的是在不偏離由后附權利要求定義的本發明宗旨和范圍的條件下，可以進行各種形式和細節上的變化。
權利要求
1.在光纖中制備具有兩種不同周期的長周期光柵的雙波段長周期光柵制備設備，包括發射UV光的激光器；第一長周期光柵制備單元，包括配置在光纖的一部分上、并在其上交替地界定出透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第一幅度掩膜，用以通過控制第一幅度掩膜的位置來確定刻寫在光纖上的第一長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的；和第二長周期光柵制備單元，包括配置在光纖的另一部分上、并在其上交替地界定出透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第二幅度掩膜，用以通過控制第二幅度掩膜的位置來確定刻寫在光纖上的第二長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的，基本上與第一長周期光柵制備單元同時制作第二長周期光柵。
2.權利要求1的設備，其中第一長周期光柵制備單元還包括將UV光分割成兩束相等的子光束的分束器，將第一分割子光束以預定的角度反射到改變的光路中，并透射第二分割子光束使其到達第二長周期光柵制備單元。
3.權利要求2的設備，其中第一長周期光柵制備單元還包括對來自改變光路的第一子光束進行會聚的第一透鏡，和將透過透鏡的激光束進行散光的第一散光鏡，和選擇性地將發散的第一子光束投射到光纖上的第一幅度掩膜。
4.權利要求3的設備，其中第一散光鏡是凹透鏡。
5.權利要求4的設備，其中第一長周期光柵的周期Λ由下式確定Λ＝Λ0(x+y)/x其中，Λ0是第一幅度掩膜的周期，x是凹透鏡的焦點與第一幅度掩膜之間的距離，y是第一幅度掩膜與光纖之間的距離。
6.權利要求1的設備，其中幅度掩膜由金屬制成。
7.權利要求1的設備，其中第一長周期光柵制備單元還包括其寬度與在第一幅度掩膜和光纖之間的第一長周期光柵的長度相同的第一狹縫。
8.權利要求2的設備，其中第二長周期光柵制備單元還包括將第二子光束以預定角度反射到改變的光路中的反射鏡，對來自改變光路的第二子光束進行會聚的第二透鏡，將透過第二透鏡的激光束進行發散的第二散光鏡，和選擇性地將發散的第二子光束投射到光纖上的第二幅度掩膜。
9.權利要求8的設備，其中第二散光鏡是凹透鏡。
10.權利要求9的設備，其中第二長周期光柵的周期Λ由下式確定Λ＝Λ0(x+y)/x其中，Λ0是第二幅度掩膜的周期，x是凹透鏡的焦點與第二幅度掩膜之間的距離，y是第二幅度掩膜與光纖之間的距離。
11.權利要求8的設備，其中第二幅度掩膜由金屬制成。
12.權利要求8的設備，其中第二長周期光柵制備單元還包括其寬度與在第二幅度掩膜和光纖之間的第二長周期光柵的長度相同的第二狹縫。
13.在光纖中制備具有兩種不同周期的長周期光柵的雙波段長周期光柵制備設備，包括發射UV光的激光器；第一長周期光柵制備單元，包括配置在光纖的一部分上、并在其上交替地界定出透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第一幅度掩膜，用以通過控制第一幅度掩膜的位置來確定刻寫在光纖上的第一長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的；和第二長周期光柵制備單元，包括配置在光纖的一部分上、并在其上交替地界定出透過UV光的光透射區域和阻擋UV光的非透射區域的第二幅度掩膜，用以通過控制第二幅度掩膜的位置來確定刻寫在光纖上的第二長周期光柵的周期，激光器和光纖之間的距離是固定的，基本上與第一長周期光柵制備單元同時制作第二長周期光柵。發射光的光源；對光源發射的、透過在其上刻寫了第一和第二長周期光柵的光纖的光的輸出譜進行測量的量具；和檢查從量具接收的輸出譜、并控制第一和第二幅度掩膜的位置以實現預定輸出譜的控制器。
全文摘要
提供了一種雙波段長周期光柵制備設備。雙波段長周期光柵制備設備在光纖上制備具有兩種不同周期的長周期光柵。為此,設備具有發射UV光的激光器,第一和第二長周期光柵制備單元。第一長周期光柵制備單元包括第一幅度掩膜,第二長周期光柵制備單元包括第二幅度掩膜,并通過控制第一、第二幅度掩膜的位置來確定刻寫在光纖上的第一、第二長周期光柵的周期,激光器和光纖之間的距離是固定的。基本上與制備第一長周期光柵同時制作第二長周期光柵。
文檔編號G02B5/18GK1278070SQ0011809
公開日2000年12月27日 申請日期2000年6月9日 優先權日1999年6月21日
發明者章絑寧 申請人:三星電子株式會社