专利名称：一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板的制作方法
技术领域：
本发明涉及制作任意折射率调制光纤光栅，适用于光纤通信、光纤传感、 光纤激光器、光纤滤波器、色散补偿器、全光网络及高速长距离传输等领域。
背景技术：
光纤光栅以其重量轻、体积小、成本低和灵活方便、与光纤兼容性好、 插入损耗低、波长选择性好等优点，在光纤通信中有着广泛的应用。其在光通 信中可构成的器件包括光纤光栅外腔激光器、半导体激光器、超窄脉冲产生、 掺饵光纤放大器、拉曼光纤放大器、波长转换器、滤波器、波分复用器、光纤 光栅色散补偿器等，因此光纤光栅的应用几乎渗透在光纤通信系统的每个角落， 然而，要实现以上功能，就必须制作出性能优良的光纤光栅， 一般均匀光纤光 栅有较宽的补偿频带，但是一方面其反射谱存在着较严重的旁瓣，这会给相邻 的信道产生极大的串扰，而另一方面其时延存在着较大振荡性，这样就不能产 生好的色散补偿作用，因而极大地制约了光纤光栅器件的应用，为了抑制反射 谱的旁瓣，获得较高的旁瓣抑制比，同时减少时延曲线的振荡，需要运用切趾 的办法改变光纤光栅的有效折射率，因此制作性能优良的光纤光栅必须要有非 常好的切趾技术，即对光纤光栅的折射率进行函数的调制，所以，光纤光栅的 切趾技术对于光纤光栅在光纤通信中的应用产生深远的影响。
光纤光栅切趾技术是光纤光栅器件制作工艺中一种非常重要的技术，世界 范围内对它进行了广泛的研究。最传统的光纤光栅切趾方法是利用切趾相位掩 膜板，利用聚焦电子束和湿法刻蚀技术可以制作出板槽尺寸不均匀的相位掩膜 板，紫外光照射此掩膜板后，正负一级衍射光的强度沿着光纤方向呈现切趾函
数分布，从而达到切趾的目的。此法实现起来比较简单，但是相位掩膜板的制 作难度较大，不同的切趾函数需要不同的相位掩膜板，成本很高，而且掩模板 的设计函数就是光栅的切趾函数，切趾函数的好坏直接影响切趾效果，灵活性 不够；同时，这样制作出的光纤光栅平均折射率调制系数不是常数，会出现短 波震荡效应。
另外提出的切趾方法是采用在微机上进行软件编程序控制光纤光栅的写入 过程，通过改变扫描光束的位置、速度或加速度，即通过改变扫描光束的光强来 获得切趾光纤光栅，该方法虽然所需设备成本降低、操作简便、重复性好，具有 很大的调整灵活性。但其要求可控精度高，且对光源的要求也很高。
还有人提出先把光栅制成线性啁啾光栅，然后再写入变迹函数分布，但其同 样对精度要求较高，而且光栅参数固定，价格较高。
较新的切趾写入技术是利用紫外脉冲相干写入变迹光栅，其平均折射率的 变化沿变迹光栅方向是均匀的。但这种方法写入光栅的变迹图样和光栅长度是 固定的，具有非常小的调整灵活性。
随着全光通信技术的不断发展，人们对作为其关键器件之一的光纤光栅的 响应特性提出了更高的要求。光学切趾特别是沿着切趾方向平均折射率变化均 匀的光学切趾是有效抑制旁瓣，减少啁啾光纤光栅时延振荡的有效方法。光学 切趾能避免光栅的短波损耗和有效抑制布拉格光纤光栅反射谱，并能减少啁啾 光纤光栅时延特性的振荡，因此对切趾光纤光栅的研究具有十分重要的意义。 切趾光纤光栅的制造技术也是近几年来人们的研究热点之一，不断有新的写入 方法的报道。
发明内容
本发明的目的就是克服已有制作折射率调制光纤光栅成本高，灵活性不高 等不足，提供一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，它能实 现任意折射率调制光纤光栅的制作。 本发明的技术方案
一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，该掩模板包括-遮光片，振幅掩模板支架，它们之间的连接
在振幅掩模板支架上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外 包络，依次无缝隙排列N个遮光片，遮光片的个数N为整数，N由下式决定 N = L/M
其中L为振幅掩模板支架两内侧间的距离，M为遮光片的宽度，M小于或 者等于0.2cm;
设振幅掩模板支架内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板 支架底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在原点或距离原点为遮光 片宽度M的整数倍处；
根据折射率调制函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照 各自的高度，排列N个遮光片，然后用螺钉固定。
L》nM+l，l为光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的长度，当n为大于 等于l的整数时，选定遮光片的个数后，选择遮光片构成所需折射率调制函数的 包络是任意的。
所用的振幅掩模板支架材料为石英玻璃、木制品或金属制品。 所用的遮光片材料为铜，铁，铅或铝
制作光纤光栅时，用准分子激光器产生紫外光，经过柱面透镜对扩束后的 紫外光光斑进行纵向压縮，将该振幅掩模板支架置于柱面透镜与相位掩模板之
间，根据所需制作的光纤光栅，设置合适的折射率调制函数，通过计算得到振 幅掩模板各个遮光片的高度，之后调节螺钉来调节遮光片在振幅掩模板支架中 的高度，从而得到所需要的折射率调制函数，将压縮后的紫外光垂直照射振幅 掩模板，遮光片阻挡了部分光的通过，对入射平行紫外光进行折射率调制，获 得光通量按照所需折射率调制函数分布的一束紫外光，最后通过相位掩模板对 光敏光纤进行曝光，制作出任意折射率调制的光纤光栅。 本发明的有益效果具体如下
本发明所述的一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，可 以通过设置遮光片的高度来实现任意折射率的调制，灵活地制作出任意折射率 调制的光纤光栅，该振幅掩模板不仅制作简单，而且所用材料成本较低，在使 用时，灵活性较高，易于实施，在制作光纤光栅以及利用光纤光栅构成各种光 器件等领域有广阔的应用前景。
图l为振幅掩模板支架两内侧间的距离与光纤光栅制作中激光扫描相位掩 模板的长度相等且折射率调制函数为高斯函数时， 一种制作任意折射率调制光 纤光栅的插拔式振幅掩模板主视图。
图2为图l的俯视图。
图3为图1的A-A剖面图。
图4为图1的B-B剖视图。
图5为遮光片的前视图。
图6为遮光片的后视图。
图7为本发明制作的插拔式振幅掩模板在制作光纤光栅中的应用结构示意图。
图8为振幅掩模板支架两内侧间的距离与光纤光栅制作中激光扫描相位掩 模板的长度相等且折射率调制函数为正弦函数时， 一种制作任意折射率调制光 纤光栅的插拔式振幅掩模板主视图。
图9为振幅掩模板支架两内侧间的距离与光纤光栅制作中激光扫描相位掩 模板的长度相等且折射率调制函数为两个高斯函数时， 一种制作任意折射率调 制光纤光栅的插拔式振幅掩模板主视图。
图IO为振幅掩模板支架两内侧间的距离大于光纤光栅制作中激光扫描相 位掩模板的长度且折射率调制函数为高斯函数时， 一种制作任意折射率调制光 纤光栅的插拔式振幅掩模板主视图。
具体实施例方式
下面结合附图对一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板作 进一步描述。 实施例一
如图1和图7，其构成的器件之间的连接 振幅掩模板支架30材料选择石英玻璃、木制品或金属制品。 遮光片11 1N材料选择铜，铁，铅或铝。 选择螺钉个数N。 选择任意的折射率调制函数。
遮光片11 1N，螺钉，振幅掩模板支架30，它们之间的连接
在振幅掩模板支架上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外 包络，依次无缝隙排列N个遮光片，遮光片的个数N为整数，N由下式决定 N = L/M
其中L为振幅掩模板支架两内侧间的距离，M为遮光片的宽度，M小于或
者等于0.2cm;
设振幅掩模板支架内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板 支架底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在原点或距离原点为遮光
片宽度M的整数倍处；
根据折射率调制函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照 各自的高度，排列N个遮光片，然后用螺钉将所有遮光片固定在振幅掩模板支 架30上。
L》nM+l，1为光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的长度，当n为大于 等于l的整数时，选定遮光片的个数后，选择遮光片构成所需折射率调制函数的 包络是任意的。
制作光纤光栅时，用准分子激光器产生紫外光，经过柱面透镜对扩束后的 紫外光光斑进行纵向压缩，将该振幅掩模板支架置于柱面透镜与相位掩模板之 间，根据所需制作的光纤光栅，设置合适的折射率调制函数，通过计算得到振 幅掩模板各个遮光片的高度，之后调节螺钉来调节遮光片在振幅掩模板支架中 的高度，从而得到所需要的折射率调制函数，将压縮后的紫外光垂直照射振幅 掩模板，遮光片阻挡了部分光的通过，对入射平行紫外光进行折射率调制，获 得光通量按照所需折射率调制函数分布的一束紫外光，最后通过相位掩模板对 光敏光纤进行曝光，制作出任意折射率调制的光纤光栅。
实施例二
如图8和图7,其构成的器件之间的连接
光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的长度1取10cm，光纤光栅制作中激 光扫描相位掩模板的长度与振幅掩模板支架30的两内侧距离L相等，遮光片宽度
取0.2cm由N=L/M得到N为50。
振幅掩模板支架30材料选择木制品。 遮光片11 150材料选择铝。 选择螺钉个数50。 折射率调制函数选择正弦函数。
在振幅掩模板支架上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外 包络，依次无缝隙排列50个遮光片。
设振幅掩模板支架内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板 支架底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在原点，根据折射率调制 正弦函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照各自 的高度，排列50个遮光片，然后用螺钉将所有遮光片固定在振幅掩模板支架30 上。
制作光纤光栅时，用准分子激光器50产生紫外光，经过柱面透镜60对扩 束后的紫外光光斑进行纵向压縮，将该振幅掩模板支架30置于柱面透镜60与 相位掩模板10之间，设置合适的正弦折射率调制函数，通过计算得到振幅掩模 板30各个遮光片11 150的高度，之后调节螺钉来调节遮光片11 150在振幅 掩模板支架中30的高度，从而得到所需要的正弦折射率调制函数，将压縮后的 紫外光垂直照射振幅掩模板30，遮光片阻挡了部分光的通过，对入射平行紫外 光进行折射率调制，获得光通量按照所需折射率调制函数分布的一束紫外光， 最后通过相位掩模板10对光敏光纤80进行曝光，制作出正弦折射率调制的光 纤光栅。
实施例三
如图9和图7， 一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，其 构成的器件之间的连接
光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的长度1取7cm，光纤光栅制作中激光 扫描相位掩模板的长度与振幅掩模板支架30的两内侧距离L相等，遮光片宽度取 O.lcm,由N-L/M得到N为70。
振幅掩模板支架30材料选择铜制品。
遮光片11 170材料选择铁。
选择螺钉个数70。
折射率调制函数选择两个相同的高斯函数。
在振幅掩模板支架上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外 包络，依次无缝隙排列70个遮光片。
设振幅掩模板支架内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板 支架底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在原点，根据折射率调制 正弦函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照各自 的高度，排列70个遮光片，然后用螺钉将所有遮光片固定在振幅掩模板支架30 上。
制作光纤光栅时，用准分子激光器50产生紫外光，经过柱面透镜60对扩 束后的紫外光光斑进行纵向压縮，将该振幅掩模板支架30置于柱面透镜60与 相位掩模板10之间，设置两个相同的高斯折射率调制函数，通过计算得到振幅 掩模板30各个遮光片11 170的高度，之后调节螺钉来调节遮光片11 170在 振幅掩模板支架中30的高度，从而得到所需要的折射率调制函数，将压縮后的 紫外光垂直照射振幅掩模板30，遮光片阻挡了部分光的通过，对入射平行紫外
光进行折射率调制，获得光通量按照所需折射率调制函数分布的一束紫外光，
最后通过相位掩模板10对光敏光纤80进行曝光，制作出两个高斯折射率调制 的光纤光栅。 实施例四
如图10和图7， 一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板， 其构成的器件之间的连接
光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的长度1取6cm,光纤光栅制作中激光 扫描相位掩模板的长度大于振幅掩模板支架30的两内侧距离L，遮光片宽度M 取0.1cm,由N-L/M得到N为60。
振幅掩模板支架30材料选择石英玻璃。
遮光片11 163材料选择铁。
选择螺钉个数63。
折射率调制函数选择高斯函数。
设振幅掩模板支架内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板 支架底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在距离原点0.2cm处，根 据折射率调制高斯函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无
缝隙按照各自的高度，排列60个遮光片，在振幅掩模板支架内左侧与遮光片13 之间将遮光片ll、 12无缝排列在振幅掩模板支架内的底平面上，在振幅掩模板 支架内右侧与遮光片162之间将遮光片163无缝排列在振幅掩模板支架内的底 平面上，然后用螺钉将所有遮光片固定在振幅掩模板支架30上。
制作光纤光栅时，用准分子激光器50产生紫外光，经过柱面透镜60对扩 束后的紫外光光斑进行纵向压縮，将该振幅掩模板支架30置于柱面透镜60与
相位掩模板10之间，设置高斯折射率调制函数，通过计算得到振幅掩模板30 各个遮光片13 162的高度，之后调节螺钉来调节遮光片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调制函数，将压縮后的紫外光垂 直照射振幅掩模板30，遮光片阻挡了部分光的通过，对入射平行紫外光进行折 射率调制，获得光通量按照所需折射率调制函数分布的一束紫外光，最后通过 相位掩模板10对光敏光纤80进行曝光，制作出高斯折射率调制的光纤光栅。
权利要求
1.一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，其特征在于，该掩模板包括遮光片(11～1N)，振幅掩模板支架(30)，它们之间的连接在振幅掩模板支架(30)上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外包络，依次无缝隙排列N个遮光片(11～1N)，遮光片(11～1N)的个数N为整数，N由下式决定N＝L/M其中L为振幅掩模板支架(30)两内侧间的距离，M为遮光片的宽度，M小于或者等于0.2cm；设振幅掩模板支架(30)内左侧壁与底平面的交点为坐标轴原点，以振幅掩模板支架(30)底平面为x轴，折射率调制函数的起始位置设置在原点或距离原点为遮光片宽度M的整数倍处；根据折射率调制函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照各自的高度，排列N个遮光片(11～1N)，然后用螺钉固定。
2. 根据权利要求l所述的一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，L》nM+l，1为光纤光栅制作中激光扫描相位掩模板的 长度，当n为大于等于l的整数时，选定遮光片(11 1N)的个数后，选择遮光 片(11 1N)构成所需折射率调制函数的包络是任意的。
3. 根据权利要求l所述的一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，所用的振幅掩模板支架(30)材料为石英玻璃、木制品 或金属制品。
4. 根据权利要求l所述的一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅 掩模板，其特征在于，所用的遮光片(11 1N)材料为铜，铁，铅或铝。
全文摘要
本发明公开了一种制作任意折射率调制光纤光栅的插拔式振幅掩模板，涉及光纤光栅制作等领域。该掩模板是在振幅掩模板支架(30)上端的缝隙内按照制作光纤光栅的折射率调制函数的外包络，依次无缝隙排列N个遮光片，N＝L/M；其中L为振幅掩模板支架(30)两内侧间的距离，M为遮光片的宽度，M小于或等于0.2cm；折射率调制函数的起始位置设置在原点或距离原点为遮光片宽度M的整数倍处；根据折射率调制函数，通过x轴值计算得到相应的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处依次无缝隙按照各自的高度，排列N个遮光片(11～1N)，然后用螺钉固定。
文档编号G03F1/26GK101369096SQ20081022436
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者吴树强, 宁提纲, 祁春慧, 丽 裴, 赵瑞峰, 兰 郭 申请人:北京交通大学