专利名称：制备双波段长周期光栅的设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及制备双波段长周期光栅的设备，特别是同时制备具有两种不同耦合波长的双波段长周期光栅。
长周期滤波光栅(LPFG)滤波器将在光纤中传播光信号的芯模耦合到传播方向上的盖层模中。因为LPFG滤波器不能反射，所以它可以平滑EDFA(掺铒光纤放大器)中的增益。当下述相位匹配条件得到满足时，发生耦合。
βco-βcl(n)＝2π/Λ(1)其中βco是芯模的传播常数，βcl(n)是盖层模的传播常数，Λ是光栅周期。
如果在等式1中满足β＝2πn/λ(n是有效折射率，λ是耦合波长)，则芯模和盖层模之间的折射率差为nco-ncl(n)＝λ/Λ(2)当利用特定的掩膜周期Λ，由UV(紫外)激光束照射光纤时，光敏光纤的芯的折射率将发生变化，结果耦合波长向长波长移动。LPFG是通过沿柱形透镜的X轴或Y轴会聚UV光，例如准分子激光束，并透过周期为Λ的幅度掩膜照射光敏光纤而制备的。
为实现预期的LPFG滤波谱，即精确的耦合波长位置和消光比，将在特定的时间内利用精确控制的幅度掩膜周期投射UV激光束。
有多种方法可以用于更加精确地控制幅度掩膜的周期。一种方法是通过以预定的周期移动狭缝或光纤来投射UV激光束。单狭缝可以确保精确的周期和周期的自由调节。除了这些优点之外，单狭缝的缺点是占空比，即具有可变周期的光透射区域和非透射区域的开/关比不是恒定的，因为狭缝的尺寸不是固定的，且由于折射率是逐点变化的，需占用长时间。
作为获得精确周期的另一种方法，通过制备硅图形、再用铬掺杂硅图形可以制备另一种幅度掩膜。然而，幅度掩膜难以制作且成本高，尽管具有周期精确的优点。此外，周期是固定的，由此只能实现一个预期的谱。幅度掩膜的另一个缺点是由于损伤功率极限很低，不能有效地使用高功率的准分子激光器。
在利用上述幅度掩膜对在两个波段中具有多个峰的光学放大器中的增益谱进行平滑，制备双波段长周期光栅的过程中，每当光谱特性发生变化时，就必需设计新的周期掩膜。在这种情况下，需要具有针对每个波段的相应周期的掩膜，要连续使用两个掩膜，所以有可能由于光敏光纤的特性而引起错误。
因此，本发明的目的是提供一种在一根光纤上同时制备双波段长周期光栅的设备。
为了实现上述目的，提供了一种双波段长周期光栅制备设备。双波段长周期光栅制备设备在光纤中制备具有两种不同周期的长周期光栅。为此，设备具有发射UV光的激光器、第一长周期光栅制备单元和第二长周期光栅制备单元。第一长周期光栅制备单元包括配置在光纤的一个部分上、并交替地具有透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第一幅度掩膜，并通过控制第一幅度掩膜的位置决定了刻写在光纤上的第一长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的。第二长周期光栅制备单元包括在光纤的一个不同部分上、并交替地具有透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第二幅度掩膜，并通过控制第二幅度掩膜的位置决定了刻写在光纤上的第二长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的，并且基本上与第一长周期光栅制备单元同时制成第二长周期光栅。
本发明的上述和其它目的、特点和优点将通过结合附图进行的下列详细描述而更加明显，其中
图1是本发明双波段长周期光栅制备设备的简图；图2A是耦合波长对在载入H2之后将光纤保持在室温的时间周期和暴露在UV光下的曝光时间周期的曲线；图2B是耦合波长对在载入H2之后将光纤保持在室温的时间周期的曲线；图3是光纤放大器相对于波长的增益特性曲线；图4示出图1所示的第一或第二幅度掩膜的实施方案；图5示出通过在图1所示的第一或第二长周期光栅制备单元中控制幅度掩膜的位置而确定长周期光栅的周期的过程；图6A是在图5中当x+y＝700mm时光栅周期对x的曲线；和图6B是在图5中当x+y＝430mm时光栅周期对x的曲线。
下面将参照附图描述本发明的优选实施方案。在下列描述中，将不再详细描述众知的功能和结构，因为这将不必要地使本发明冗长。
图1是本发明双波段长周期光栅制备设备的简图。图1的双波段长周期光栅制备设备包括UV激光器100、第一长周期光栅制备单元110、第二长周期光栅制备单元120、光源130、光纤140、量具150和控制器(未示出)。
第一长周期光栅制备单元110包括分束镜111、柱形透镜112、第一散光镜113、第一幅度掩膜114和第一狭缝115。
第二长周期光栅制备单元120包括反射镜121、柱形透镜122、第二散光镜123、第二幅度掩膜124和第二狭缝125。
第一和第二长周期光栅制备单元110和120基本同时地在光纤140上制备第一和第二长周期光栅。
具体地讲，分束镜110将UV激光器光100发出的UV激光束分成两个相等的子光束。分束镜110将部分分束光反射90°，改变光路，并透过另一部分分束光。第一柱形透镜112汇聚来自改变路径的UV光。第一散光镜113将来自第一柱形透镜112的光散开，它优选地是凹透镜。第一幅度掩膜114选择性地透过来自第一散光镜113的光。第一狭缝115的宽度与确定长周期光栅带宽的光栅长度相同。当透过第一狭缝115的光到达光纤140时，量具150在每个波长上测量透过光纤140的光的耦合峰。控制器通过定位第一幅度掩膜114，以便使耦合发生在长周期光栅滤波器的预定波长上，来控制长周期光栅的周期。
透过分束镜110的UV光由反射镜121反射90°。第二柱形透镜122汇聚来自被反射镜121所改变的路径的UV光。第二散光镜123将来自第二柱形透镜122的光散开。第二幅度掩膜124选择性地透过来自第二散光镜123的光。第二狭缝125的宽度与确定长周期光栅带宽的光栅长度相同。当透过第二狭缝125的光到达光纤140时，量具150在每个波长上测量透过光纤140的光的耦合峰。控制器通过定位第二幅度掩膜124，以便使耦合发生在预定波长上，来控制长周期光栅的周期。
在此，光纤140是UV光敏感的、掺锗的和载入H2的。H2处理需要在大约80-90°，在或低于100bar下进行几十小时。对于刻写光栅，载入H2的光纤保持在室温。扩散在光纤中的氢分子随着时间的推移溢出光纤的盖层，由此纤芯和盖层的有效折射率变得不同。因此，耦合条件随着将光纤保持在室温的时间周期而变化。
图2A示出耦合波长相对于在载入H2之后将光纤保持在室温的时间周期以及用UV激光束照射光纤的时间周期的变化。图2B示出耦合波长相对于在载入H2之后将光纤保持在室温的时间周期的变化。由图2A和2B可以看出，如果在载入H2之后将光纤保持在室温的时间较长但低于大约30小时，耦合波长将向长波长方向移动，在大约30小时之后耦合波长向短波长移动。由于在制备氢化处理光纤的过程中利用光谱分析仪测量的光谱不是真正的稳定光谱，应当对测量的光谱进行补偿。具体地讲，当增益峰在1530和1550nm时，如从图3所示的光纤放大器的增益特性所观察到的，应当同时平滑两个波段，以实现增益平滑光纤放大器。
图4示出图1所示的第一或第二幅度掩膜114或124的实施方案。图4所示的幅度掩膜是2mm厚的金属衬底400，例如不锈钢衬底。在金属衬底400上界定出用于透射光线的周期(Λ0)为几百μm的周期透射区域402和周期非透射区域402。利用CO2激光器或化学刻蚀处理透射区域402。金属衬底400提高了损伤极限，由此可以将高功率UV激光器用作光源。透射区域402透射入射的激光，非透射区域404阻挡入射在金属部分上的UV激光。
图5示出通过控制幅度掩膜在图1所示的第一或第二长周期光栅制备单元110或120中的位置而确定长周期光栅周期的过程。参考图5，透过柱形透镜512的激光束由散光镜即凹透镜513散开，由幅度掩膜514掩蔽，然后激光束透射到光纤540上。为了描述清楚，设激光束的散光点和幅度掩膜514之间的距离为x，幅度掩膜514和光纤540之间的距离为y。如果由散光点、透过幅度掩膜514入射到光纤540上的水平激光束550的长度为C、B和A，则tanα＝3a/x＝A/(x+y)tanβ＝2a/x＝B/(x+y)tanγ＝a/x＝C/(x+y)如果Λ是刻写在光纤540上的长周期光栅的周期，Λ＝2a(x+y)/x＝Λ0(x+y)/x其中是幅度掩膜的周期Λ0，2a。
即，固定凹透镜513和光纤540之间的距离，刻写在光纤540上的长周期光栅的周期随幅度掩膜514的位置变化。
图6A是当x+y＝430mm时光栅周期对x值的曲线，图6B是当x+y＝430mm时光栅周期对x值的曲线。在此，幅度掩膜周期是420um。
为了制作具有预定输出光谱的长周期光栅，带宽通过控制狭缝尺寸设定，并控制凹透镜和幅度掩膜之间的距离以及幅度掩膜和光纤之间的距离。根据本发明，长周期光栅的带宽可以通过控制被激光束照射的光纤区域来控制。本发明使用的掩膜便于制作，且成本低，因为它是由金属制作的。另外，掩膜的功率损伤极限很高，并可以控制其周期。因为通过同时制作双波段长周期光栅可以避免氢扩散引起的波长移动，所以滤波器的设计更加容易，并缩短了制备时间。
用于长周期光栅的光的输出能量等于或低于120mJ。在本发明中，高功率(600mJ)准分子激光束由分束镜分割成两束相等的子光束。由此，长周期光栅可以利用准分子激光束稳定高效地制作。
尽管已经参照特定的优选实施方案描述和示出了本发明，但本领域的技术人员应当理解的是在不偏离由后附权利要求定义的本发明宗旨和范围的条件下，可以进行各种形式和细节上的变化。
权利要求
1.在光纤中制备具有两种不同周期的长周期光栅的双波段长周期光栅制备设备，包括发射UV光的激光器；第一长周期光栅制备单元，包括配置在光纤的一部分上、并在其上交替地界定出透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第一幅度掩膜，用以通过控制第一幅度掩膜的位置来确定刻写在光纤上的第一长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的；和第二长周期光栅制备单元，包括配置在光纤的另一部分上、并在其上交替地界定出透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第二幅度掩膜，用以通过控制第二幅度掩膜的位置来确定刻写在光纤上的第二长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的，基本上与第一长周期光栅制备单元同时制作第二长周期光栅。
2.权利要求1的设备，其中第一长周期光栅制备单元还包括将UV光分割成两束相等的子光束的分束器，将第一分割子光束以预定的角度反射到改变的光路中，并透射第二分割子光束使其到达第二长周期光栅制备单元。
3.权利要求2的设备，其中第一长周期光栅制备单元还包括对来自改变光路的第一子光束进行会聚的第一透镜，和将透过透镜的激光束进行散光的第一散光镜，和选择性地将发散的第一子光束投射到光纤上的第一幅度掩膜。
4.权利要求3的设备，其中第一散光镜是凹透镜。
5.权利要求4的设备，其中第一长周期光栅的周期Λ由下式确定Λ＝Λ0(x+y)/x其中，Λ0是第一幅度掩膜的周期，x是凹透镜的焦点与第一幅度掩膜之间的距离，y是第一幅度掩膜与光纤之间的距离。
6.权利要求1的设备，其中幅度掩膜由金属制成。
7.权利要求1的设备，其中第一长周期光栅制备单元还包括其宽度与在第一幅度掩膜和光纤之间的第一长周期光栅的长度相同的第一狭缝。
8.权利要求2的设备，其中第二长周期光栅制备单元还包括将第二子光束以预定角度反射到改变的光路中的反射镜，对来自改变光路的第二子光束进行会聚的第二透镜，将透过第二透镜的激光束进行发散的第二散光镜，和选择性地将发散的第二子光束投射到光纤上的第二幅度掩膜。
9.权利要求8的设备，其中第二散光镜是凹透镜。
10.权利要求9的设备，其中第二长周期光栅的周期Λ由下式确定Λ＝Λ0(x+y)/x其中，Λ0是第二幅度掩膜的周期，x是凹透镜的焦点与第二幅度掩膜之间的距离，y是第二幅度掩膜与光纤之间的距离。
11.权利要求8的设备，其中第二幅度掩膜由金属制成。
12.权利要求8的设备，其中第二长周期光栅制备单元还包括其宽度与在第二幅度掩膜和光纤之间的第二长周期光栅的长度相同的第二狭缝。
13.在光纤中制备具有两种不同周期的长周期光栅的双波段长周期光栅制备设备，包括发射UV光的激光器；第一长周期光栅制备单元，包括配置在光纤的一部分上、并在其上交替地界定出透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第一幅度掩膜，用以通过控制第一幅度掩膜的位置来确定刻写在光纤上的第一长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的；和第二长周期光栅制备单元，包括配置在光纤的一部分上、并在其上交替地界定出透过UV光的光透射区域和阻挡UV光的非透射区域的第二幅度掩膜，用以通过控制第二幅度掩膜的位置来确定刻写在光纤上的第二长周期光栅的周期，激光器和光纤之间的距离是固定的，基本上与第一长周期光栅制备单元同时制作第二长周期光栅。发射光的光源；对光源发射的、透过在其上刻写了第一和第二长周期光栅的光纤的光的输出谱进行测量的量具；和检查从量具接收的输出谱、并控制第一和第二幅度掩膜的位置以实现预定输出谱的控制器。
全文摘要
提供了一种双波段长周期光栅制备设备。双波段长周期光栅制备设备在光纤上制备具有两种不同周期的长周期光栅。为此,设备具有发射UV光的激光器,第一和第二长周期光栅制备单元。第一长周期光栅制备单元包括第一幅度掩膜,第二长周期光栅制备单元包括第二幅度掩膜,并通过控制第一、第二幅度掩膜的位置来确定刻写在光纤上的第一、第二长周期光栅的周期,激光器和光纤之间的距离是固定的。基本上与制备第一长周期光栅同时制作第二长周期光栅。
文档编号G02B5/18GK1278070SQ0011809
公开日2000年12月27日 申请日期2000年6月9日 优先权日1999年6月21日
发明者章絑宁 申请人:三星电子株式会社