一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種正交錯(cuò)位光柵的刻寫裝置，其結(jié)構(gòu)包括：紫外光源、準(zhǔn)直聚焦透鏡、掩模板、平面鏡鏡組、分光鏡、電機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中平面鏡鏡組由第一平面鏡、第二平面鏡和第三平面鏡組成，電機(jī)控制系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)和前進(jìn)電機(jī)組成。本實(shí)用新型可以刻寫短周期的布拉格型正交錯(cuò)位光纖光柵和長(zhǎng)周期正交錯(cuò)位光纖光柵，利用刻寫的正交錯(cuò)位光纖光柵能夠產(chǎn)生渦旋光束和對(duì)光束的偏振控制。該實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)明晰，穩(wěn)定性高，制作簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及刻寫光纖光柵的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻 寫裝置，采用掩模板法單面曝光刻寫的正交錯(cuò)位光纖光柵。

【背景技術(shù)】
[0002] 渦旋光束的特性在于在光束橫截面上相位具有空間非均勻分布，光束攜帶了一定 的軌道角動(dòng)量分布，其中心點(diǎn)位相具有奇異性。此光束在高數(shù)值孔徑透鏡聚焦下能產(chǎn)生特 殊的場(chǎng)分布，在量子通信和微結(jié)構(gòu)操控等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。采用單面曝光技術(shù)將光纖刻寫 成正交錯(cuò)位型光柵，從而在光纖中激發(fā)出渦旋光束。隨著光纖通信和光纖傳感技術(shù)的快速 發(fā)展，人們對(duì)全光纖型光波調(diào)制器件的功能及性能提出了更高要求，手征光纖光柵因其具 有圓偏振選擇特性而備受關(guān)注，采用單面曝光技術(shù)將光纖刻寫成長(zhǎng)周期正交錯(cuò)位型光柵， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的偏振控制。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道渦旋光束的產(chǎn)生大都在自由空間中產(chǎn)生，即使利用特殊結(jié)構(gòu)的光 纖產(chǎn)生的渦旋光束，其特殊結(jié)構(gòu)的制作對(duì)機(jī)械加工要求也較高，在一般情況下也難以實(shí)現(xiàn)， 本刻寫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。并且刻寫好后的光柵可以根據(jù)輸入光的形式，有多種實(shí)現(xiàn)渦旋光的 輸出，靈活方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題為：為了克服【背景技術(shù)】中所述缺陷，本實(shí)用新型提 供一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置和刻寫方法，其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，成本較低。本實(shí)用新 型是利用相位掩模板，采用單面曝光技術(shù)在光柵橫截面上產(chǎn)生非對(duì)稱的橫向折射率調(diào)制， 單面曝光技術(shù)在光柵的寫入過(guò)程中，纖芯區(qū)折射率隨刻寫深度的變化呈遞減的指數(shù)函數(shù)形 式，采用此技術(shù)可以制作短周期的布拉格正交錯(cuò)位光纖光柵。除此之外，也可以換用振幅型 掩模板刻寫長(zhǎng)周期正交錯(cuò)位光纖光柵。
[0005] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于包括：紫外光源、第一準(zhǔn)直聚焦透 鏡、第二準(zhǔn)直聚焦透鏡、第一掩模板、第二掩模板、平面鏡組、分光鏡、電機(jī)控制系統(tǒng)，其中平 面鏡組包括第一平面反射鏡、第二平面反射鏡和第三平面反射鏡，電機(jī)控制系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn) 電機(jī)跟前進(jìn)電機(jī)，紫外光源產(chǎn)生的紫外光，經(jīng)過(guò)分光鏡分為兩束，一束直接通過(guò)第一準(zhǔn)直聚 焦透鏡后，后照射到第一掩模板上，形成衍射能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形成的干涉光對(duì) 被刻寫的光纖進(jìn)行曝光，另一束光分別經(jīng)過(guò)由第一平面反射鏡、第二平面反射鏡和第三平 面反射鏡反射組成的平面鏡組后，經(jīng)第二準(zhǔn)直聚焦透鏡垂直照射到第二掩模板上，后對(duì)光 纖在另一位置處進(jìn)行曝光，通過(guò)調(diào)節(jié)第一平面反射鏡、第二平面反射鏡和第三平面反射鏡 對(duì)光纖進(jìn)行垂直曝光，并且兩個(gè)曝光位置成90°，距離差Λζ。
[0007] 進(jìn)一步的，紫外光源為氬離子激光器或準(zhǔn)分子激光器。
[0008] 進(jìn)一步的，掩模板是刻寫布拉格光纖光柵的相位掩模板，或者是刻寫長(zhǎng)周期的振 幅型掩模板。
[0009] 進(jìn)一步的，前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)被刻寫的光纖沿軸向向前移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠帶動(dòng)被刻 寫的光纖繞軸向旋轉(zhuǎn)。
[0010] 進(jìn)一步的，分光鏡為常用的分光鏡，例如三棱鏡等其它分光器件。
[0011] 本實(shí)用新型的原理在于：
[0012] 一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，包括：紫外光源、準(zhǔn)直聚焦透鏡、掩模板、平面 鏡組、分光鏡、電機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中平面鏡組包括第一平面反射鏡、第二平面反射鏡和 第三平面反射鏡，電機(jī)控制系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)跟前進(jìn)電機(jī)組成。常用的紫外光源有氬離 子激光器、準(zhǔn)分子激光器等。
[0013] 所用的相位掩模板當(dāng)紫外光透過(guò)后，能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形成的干涉條 紋對(duì)被刻寫的光纖進(jìn)行曝光，使纖芯折射率產(chǎn)生周期性變化寫入光柵。當(dāng)光束通過(guò)刻寫長(zhǎng) 周期正交錯(cuò)位光柵所用的振幅型掩模板時(shí)，透光部分對(duì)應(yīng)的光纖會(huì)曝光，從而在纖芯中形 成永久性的折射率調(diào)制，不透光部分對(duì)應(yīng)的光纖不變化。
[0014] 平面鏡組由第一平面反射鏡、第二平面反射鏡和第三平面鏡組成，通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè) 平面鏡使光束通過(guò)三個(gè)平面鏡后對(duì)光纖垂直進(jìn)行曝光，并且兩個(gè)曝光位置成90°，距離差 Δ z〇
[0015] 電機(jī)控制系統(tǒng)主要有兩個(gè)電機(jī)組成：前進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)光纖繞軸 向旋轉(zhuǎn)，其可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光纖沿軸向向前移動(dòng)。所用的刻寫光纖 選用常用的光纖，如單模光纖、多模光纖，也可以是多層光纖等特殊光纖。紫外光照射到上 面后能形成折射率調(diào)制。
[0016] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0017] 本實(shí)用新型利用掩模板，采用單面曝光刻寫的方法，既可以刻寫長(zhǎng)周期正交錯(cuò)位 光纖光柵，也可以刻寫短周期的正交錯(cuò)位光纖光柵，可以直接利用目前所用的掩模板刻寫 技術(shù)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，造價(jià)較低，容易實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型刻寫系統(tǒng)裝置示意圖。
[0019] 圖2為圖1的A處的具體光路示意圖。
[0020] 圖3為采用單面曝光技術(shù)的示意圖，其中一束光將光纖纖芯刻寫成具有一定折射 率調(diào)制深度的光柵，其中深色區(qū)域112為折射率調(diào)制，105為光纖包層，113為光纖纖芯。
[0021] 圖4為單面曝光光纖橫截面的非對(duì)稱折射率分布示意圖。
[0022] 圖5為刻寫好后的光纖光柵的分布情況示意圖。
[0023] 圖中附圖標(biāo)記含義為：101為紫外光源，102為分光鏡，將光束分成兩束，103U08 為第一準(zhǔn)直聚焦透鏡、第二準(zhǔn)直聚焦透鏡，104、109為第一掩模板、第二掩模板，105為光 纖，106、107、114分別為第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、第三平面反射鏡，110為旋轉(zhuǎn)電 機(jī)，111為前進(jìn)電機(jī)，112為折射率調(diào)制深度，113為光纖纖芯。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】，以刻寫布拉格正交錯(cuò)位光纖光 柵為例。
[0025] 如示意圖1、圖2所示：刻寫裝置由紫外光源101、第一準(zhǔn)直聚焦透鏡102、第二準(zhǔn) 直聚焦透鏡108、第一掩模板103、第二掩模板109、第一平面反射鏡106、第二平面反射鏡 107、第三平面反射鏡114,分光鏡102、電機(jī)控制系統(tǒng)110U11組成。110為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，111 為前進(jìn)電機(jī)。紫外光源101產(chǎn)生的紫外光，經(jīng)過(guò)分光鏡102分為兩束，一束直接通過(guò)第一準(zhǔn) 直聚焦透鏡103后，后照射到第一掩模板104上，形成衍射能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形 成的干涉光對(duì)被刻寫的光纖105進(jìn)行曝光。另一束光分別經(jīng)過(guò)第一平面反射鏡106、第二平 面反射鏡107、第三平面反射鏡114反射后，經(jīng)第二準(zhǔn)直聚焦透鏡108垂直照射到第二掩模 板109上，后對(duì)光纖105在另一位置處進(jìn)行曝光，通過(guò)調(diào)節(jié)第一平面反射鏡106、第二平面反 射鏡107、第三平面反射鏡114,使光垂直照射到光纖上，并且兩個(gè)曝光位置成90°，距離差 Λζ?？虒懖捎玫氖菃蚊嫫毓饧夹g(shù)，刻寫具有一定的深度112?？虒懙倪^(guò)程中，首先單面照射 光纖的一面，并且前進(jìn)電機(jī)109帶動(dòng)光纖向前移動(dòng)，當(dāng)這一面刻寫到所需的光纖光柵長(zhǎng)度L 后，如圖3所示，關(guān)閉紫外光源101，這時(shí)光纖在前進(jìn)電機(jī)111帶動(dòng)下繼續(xù)向前移動(dòng)△ ζ的距 離后，關(guān)閉前進(jìn)電機(jī)111，這時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)110,光纖105在旋轉(zhuǎn)電機(jī)110帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)光纖 旋轉(zhuǎn)180°，這時(shí)關(guān)閉旋轉(zhuǎn)電機(jī)110,啟動(dòng)紫外光源101跟前進(jìn)電機(jī)111繼續(xù)單面刻寫光纖 105。重復(fù)上述操作，直到將光纖從4個(gè)方向都被刻寫成如圖5所示。當(dāng)刻寫好后的光纖光 柵用輸入光是線偏振光來(lái)產(chǎn)生渦旋光時(shí)，Λζ跟光纖光柵周期Λ的關(guān)系是：
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：包括：紫外光源（101)、第一準(zhǔn)直 聚焦透鏡（102)、第二準(zhǔn)直聚焦透鏡（108)、第一掩模板（103)、第二掩模板（109)、分光鏡 (102) 、平面鏡組、電機(jī)控制系統(tǒng)，其中平面鏡組包括第一平面反射鏡（106)、第二平面反射 鏡（107)和第三平面鏡（114)，電機(jī)控制系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)（110)跟前進(jìn)電機(jī)（111);紫外 光源（101)產(chǎn)生的紫外光，經(jīng)過(guò)分光鏡（102)分為兩束，一束直接通過(guò)第一準(zhǔn)直聚焦透鏡 (103) 后，后照射到掩模板（104)上，形成衍射能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形成的干涉光對(duì) 被刻寫的光纖（105)進(jìn)行曝光，另一束光經(jīng)過(guò)平面鏡組后經(jīng)第二準(zhǔn)直聚焦透鏡（108)垂直 照射到第二掩模板（109)上，后對(duì)光纖（105)在另一位置處進(jìn)行曝光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：紫外光源 (101) 為氬離子激光器或準(zhǔn)分子激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：第一掩模 板（103)、第二掩模板（109)是刻寫布拉格光纖光柵的相位掩模板，或者是刻寫長(zhǎng)周期的振 幅型掩模板；其中第一掩模板（103)跟第二掩模板（109)兩者完全相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：所述平面 鏡組由第一平面反射鏡（106)、第二平面反射鏡（107)和第三平面鏡（114)組成，通過(guò)調(diào)節(jié) 三個(gè)平面鏡使光束通過(guò)三個(gè)平面鏡后對(duì)光纖垂直進(jìn)行曝光，并且兩個(gè)曝光位置成90°，距 離差Δζ。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：前進(jìn)電機(jī) (111)帶動(dòng)被刻寫的光纖沿軸向向前移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)（110)能夠帶動(dòng)被刻寫的光纖繞軸向 旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交錯(cuò)位光纖光柵的刻寫裝置，其特征在于：分光鏡 (102) 可選三棱鏡或其它分光器件，其可將光束分為兩束。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK203838363SQ201420241578
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月11日
【發(fā)明者】張曉強(qiáng), 王安廷, 許立新, 顧春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)