專利名稱：用勞埃德鏡寫光敏光柵的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及一種在波導(dǎo)中形成布喇格折射率光柵的方法和設(shè)備，尤其涉及一種用勞埃德鏡和相位延遲板形成這類光柵的方法，這里相位延遲板的作用是將光柵的位置偏離反射鏡與波導(dǎo)之間的界面，以產(chǎn)生較長的且最好是對稱的光柵。
對于包括通信等許多應(yīng)用來說，光波導(dǎo)(包括光纖波導(dǎo)和平面型波導(dǎo))已變得越來越重要。內(nèi)部包含光波導(dǎo)光柵尤其在波導(dǎo)纖芯內(nèi)包含折射率光柵的波導(dǎo)以較佳方式實(shí)現(xiàn)了可在波導(dǎo)中提供特殊功能的許多裝置。一種制作光波導(dǎo)光柵的方法是用單一頻率激光器導(dǎo)出的兩束干涉光束形成一光束圖案，如果光束的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，那么經(jīng)過一段時(shí)間后，會將一折射率光柵寫入波導(dǎo)纖芯中。眾所周知，可用這種方法來形成布喇格光柵。
所形成的布喇格光柵可以是持久的，也可以是短暫的，所謂持續(xù)的是指實(shí)質(zhì)上在纖芯中形成永久光柵，并在除去形成光柵的輻射后光柵繼續(xù)存在，而所謂短暫的是指只有形成光柵的輻射入射纖芯時(shí)光柵才存在。例如，F(xiàn)aco等人的專利第5,218,651號對此作了描述。
為了形成高質(zhì)量的光柵，需要用相干長度較長的光源來減少光纖中產(chǎn)生的位于濾光器損耗譜中的旁瓣?？梢再I到染料激光器之類的相干性較長的光源，但其價(jià)格昂貴，不是特別耐用，難以調(diào)諧和保持調(diào)諧，并且一般不能滿足在生產(chǎn)環(huán)境中使用。準(zhǔn)分子激光器根據(jù)其價(jià)位、耐用性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)適于進(jìn)行生產(chǎn)，并且當(dāng)與相位掩模聯(lián)用時(shí)適合于寫光柵，但該激光器的相干長度比染料激光器的短，為此不能在波導(dǎo)中形成布喇格光柵。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在波導(dǎo)中形成折射率光柵的方法和設(shè)備，它能克服公知方法和設(shè)備的缺點(diǎn)，并且本發(fā)明尤其提供了一種允許在特別適用于生產(chǎn)環(huán)境的經(jīng)改進(jìn)的勞埃德反射鏡方法中使用相干長度較短的光源的方法和設(shè)備。
簡要地說，依照本發(fā)明較佳實(shí)施例在波導(dǎo)中形成折射率光柵的方法包括以下步驟將波導(dǎo)定位在反射鏡的一側(cè)邊緣；使光輻射相干光束的第一部分以第一角度入射到反射鏡上，并使光輻射相干光束的第二部分入射到光的相位延遲板上；將第一和第二部分合并成一束干涉光束，并將干涉光束入射到波導(dǎo)上，以在波導(dǎo)中形成一個(gè)光柵。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例，光的相位延遲板包含一石英板，它使光束之第二部分的延遲量足以使干涉圖案移離反射鏡的邊緣。
依照本發(fā)明的又一方面，使光柵圖案離開反射鏡邊緣足夠遠(yuǎn)，以在波導(dǎo)中形成對稱的光柵。
依照本發(fā)明在波導(dǎo)中形成折射率光柵的設(shè)備包括一波導(dǎo)，當(dāng)波導(dǎo)暴露在光輻射光束下時(shí)，其構(gòu)造材料會改變其折射率；一光輻射相干的光源，用于形成輻射光束；一反射鏡，用于截取光束的第一部分，并通過某一角度反射光束的第一部分；一相位延遲板，用于截取光束的第二部分，使通過該板傳播的光束的第二部分延遲。其中反射鏡和相位延遲板的布置使得光束的第一部分和經(jīng)延遲的光束第二部分在波導(dǎo)上形成一干涉圖案，以在用以形成折射率光柵的對應(yīng)干涉圖案的圖案中改變波導(dǎo)折射率。
依照本發(fā)明的再一方面，反射鏡和相位延遲板的布置可在波導(dǎo)中形成一對稱圖案，圖案中心偏離波導(dǎo)與反射鏡的交界線。
附圖概述本發(fā)明的新穎方面將通過所附權(quán)利要求書的具體限制來描述，而結(jié)合附圖參考以下關(guān)于本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述將完全理解發(fā)明本身及其其它目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖有

圖1是依照本發(fā)明在波導(dǎo)中形成折射率光柵的設(shè)備示意圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)參照圖1，在光纖或平面型波導(dǎo)10中形成一折射率光柵。將波導(dǎo)固定于反射鏡12的一側(cè)邊緣，并且波導(dǎo)方向一般垂直于反射鏡12的第一反射面14。最好用能產(chǎn)生紫外線折射率變化的光束產(chǎn)生輻射20，最好由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生輻射，從而使光束的第一部分入射反射鏡，而第二部分直接入射波導(dǎo)?？梢允褂貌ㄩL處于約193-514納米之間的光束。最好安排一個(gè)石英的相位延遲板22，只使入射光束的第二部分通過該板。相位延遲板厚度的選擇應(yīng)能沿波導(dǎo)縱向使直接入射的光束第二部分與反射后光束第一部分形成的干涉圖案中心偏離波導(dǎo)與鏡反射面的交界線。已發(fā)現(xiàn)當(dāng)反射鏡所處的半角約為13度時(shí)，由石英制成的厚度約為1毫米的相位延遲板可使布喇格光柵中心偏離反射鏡與波導(dǎo)的交界線約1毫米。
通過調(diào)節(jié)反射鏡相對入射光束的半角，便能調(diào)節(jié)經(jīng)光柵反射后光的波長(布喇格波長)。布喇格波長λBragg可以表示成λBragg＝Neffλwrite/sin0其中，Neff是波導(dǎo)的有效折射率，而λwrite是紫外線光束的波長。依照本發(fā)明，半角最好處于10至15度之間。
波導(dǎo)最好是平面型波導(dǎo)或光纖波導(dǎo)。波導(dǎo)纖芯最好對入射光束敏感，從而可以改變纖芯的折射率。例如，鍺硅酸鹽石英包層光纖(germanosilicate silicaclad fiber)在240納米處對紫外輻射敏感，從而產(chǎn)生足夠的折射率變化，形成以5∶12.5摩爾百分比摻雜GeO2的布喇格光柵。例如，可以使用市場上有的6.6％摻雜。依照本發(fā)明，鍺的濃度可以從小于1％直至接近100％。形成有效光柵所必須的曝光長度依賴于輻射強(qiáng)度。當(dāng)纖芯曝光大約20分鐘時(shí)，大約4.5毫瓦的平均光功率可以產(chǎn)生有效的布喇格光柵。將光功率增強(qiáng)至約18.5毫瓦可在大約5分鐘內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)的光柵。
只要光纖不過熱，用該方法形成的布喇格光柵基本上是永久的。依照本發(fā)明方法形成的光柵可以在500℃高溫下經(jīng)受許多小時(shí)性能基本上不劣化。
可以在波導(dǎo)中形成臨時(shí)或短暫層，其中波導(dǎo)纖芯由一種經(jīng)光抽運(yùn)使光放大的材料制成，并且所產(chǎn)生的抽運(yùn)波至少可在纖芯內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)可變的干涉場，干涉場包括在纖芯光放大材料內(nèi)產(chǎn)生的光條紋，臨時(shí)層至少延伸到波導(dǎo)的一部分纖芯上。只有或只要存在抽運(yùn)波，才會出現(xiàn)干涉場。
在用勞埃德反射鏡但不用本發(fā)明之相位延遲板的方法中，要求具有較長的時(shí)間相干性，但依照本發(fā)明在波導(dǎo)中形成布喇格光柵的方法可以降低這種要求。勞埃德反射鏡的布置實(shí)質(zhì)上是利用紫外線的波前，并且將紫外線折返，以產(chǎn)生干涉圖案。由于使光束本身折返，所以為了產(chǎn)生所需的干涉圖案，必須在光束第一和第二部分之重疊部分的長度上空間相干。對于相干性較低的光源例如準(zhǔn)分子激光器(因已討論的原因而需使用)，通過對激勵(lì)激光器的光束進(jìn)行擴(kuò)束，可以提高空間相干性。但是，如果光源的時(shí)間相干性較短，比方說準(zhǔn)分子激光器的相干性為幾百微秒，那么這仍然限制了光柵的長度。
通過將諸如石英板等相位延遲板插入光束的上半部分，可使上半部分光束與下半部分光束之間的零延時(shí)位置從波導(dǎo)與反射鏡的交界線移動到光纖上一較高的位置。石英板越厚，零延時(shí)位置沿波導(dǎo)向上移動得越高。依照本發(fā)明添加相位延遲板的方法使光柵長度增加了2倍多。
依照本發(fā)明形成光柵的方法和設(shè)備的另一優(yōu)點(diǎn)是，所形成的光柵是對稱的，即沿波導(dǎo)縱向?qū)⒐鈻诺闹醒敕迤x波導(dǎo)與反射鏡的交界線，移動到沿光纖縱向移位的某一位置上。如果縱向移位至少是所產(chǎn)生光柵長度的一半，那么光柵就是對稱的。因?yàn)閷ΨQ光柵可降低光柵傳遞函數(shù)中的旁瓣，所以需要使用對稱光柵。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以依照本發(fā)明對室溫下放在100大氣壓氫氣中超過7天的SMF-28光纖進(jìn)行曝光。反射鏡與入射紫外光束成13.5°角度固定，并且光束的波長為240納米。相位延遲板的厚度為1毫米，該板固定在不被勞埃德反射鏡反射的光束部分中。
在對光纖曝光大約4分鐘后，將形成一光柵，光柵的中心距離勞埃德反射鏡與光纖的交界線約1毫米，并且光柵的條紋圖案基本對稱，這些光柵條紋在1,478納米附近產(chǎn)生了傳輸中大的衰減。
權(quán)利要求
1.一種在波導(dǎo)中形成折射率光柵的方法，其特征在于，包括以下步驟將所述波導(dǎo)定位在反射鏡的一側(cè)邊緣；使一束相干的光輻射的第一部分以第一角度入射到所述反射鏡上，并使該束相干的光輻射的第二部分入射到光的相位延遲板上；將所述第一和第二部分合并成一束干涉光束，并將所述干涉光束入射到所述波導(dǎo)上，以在所述波導(dǎo)中形成一個(gè)光柵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在波導(dǎo)中形成光柵的所述步驟包括形成一個(gè)永久光柵。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在波導(dǎo)中形成光柵的所述步驟包括形成一個(gè)臨時(shí)光柵。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光的相位延遲板包含一石英板。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述石英板使所述光束之第二部分產(chǎn)生的延遲量足以使干涉圖案偏離反射鏡的邊緣。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使干涉圖案的移位足夠大，以在波導(dǎo)中形成一對稱的光柵。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)包含一光纖波導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述波導(dǎo)包含一平面型波導(dǎo)。
9.用于在波導(dǎo)中形成折射率光柵的設(shè)備，其特征在于，包括一波導(dǎo)，當(dāng)在光輻射光束下曝光時(shí)，其構(gòu)造材料會改變其折射率；一相干光輻射的光源，用于形成輻射光束；一反射鏡，用于截取光束的第一部分，并通過φ角度反射光束的第一部分；一相位延遲板，用于截取光束的第二部分，使通過該板傳播的光束的第二部分延遲；反射鏡和相位延遲板的布置使得經(jīng)反射的光束第一部分和經(jīng)延遲的光束第二部分在波導(dǎo)上形成一干涉圖案，以在形成折射率光柵的圖案中改變波導(dǎo)折射率。
10.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，反射鏡和相位延遲板的布置可在波導(dǎo)中形成一對稱圖案，圖案中心偏離波導(dǎo)與反射鏡的交界線。
全文摘要
在波導(dǎo)中形成折射率光柵的設(shè)備包括一根波導(dǎo),當(dāng)曝光時(shí)其構(gòu)造材料會改變其折射率;相干光輻射的光源,用于形成輻射光束;反射鏡,用于截取光束的第一部分,并反射第一部分;相位延遲板,用于截取光束的第二部分,使通過該板傳播的第二部分延遲。其中反射鏡和相位延遲板的布置使得經(jīng)反射的光束第一部分和經(jīng)延遲的光束第二部分在波導(dǎo)上形成一干涉圖案,以在用以形成折射率光柵的對應(yīng)干涉圖案中改變波導(dǎo)折射率。
文檔編號C03B37/02GK1178011SQ97190021
公開日1998年4月1日 申請日期1997年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月17日
發(fā)明者托馬斯·A·庫克, 羅伯特·A·摩達(dá)維斯 申請人:康寧股份有限公司