一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置及方法，該裝置包括激光光源、衰減片、激光光源準直光學系統(tǒng)、數(shù)字微鏡器件、分光鏡、成像光學系統(tǒng)、移動工作平臺、CCD和計算機，該無掩模制備裝置結(jié)構(gòu)簡單、高效，無需使用價格昂貴的掩膜板，成本低，可操作性強，利用該裝置制備硫系光纖光柵時，可充分利用數(shù)字微鏡器件的特點，通過數(shù)字微鏡器件生成動態(tài)的圖像，比傳統(tǒng)制備方法更加簡便，取代傳統(tǒng)的掩模板，避免了掩模板不可重復(fù)循環(huán)使用的缺陷，有利于節(jié)約資源，且本發(fā)明方法操作靈活，刻寫的光纖光柵的周期可控，最終實現(xiàn)硫系光纖光柵的高效率、無掩?？虒?，獲得均勻結(jié)構(gòu)或非均勻結(jié)構(gòu)的光纖光柵，本發(fā)明具有較好的實用價值和應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖光柵的刻寫裝置及方法，具體是一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖光柵作為一種新型的光纖器件，代表了光纖技術(shù)的新進展，其具有體積小，熔接損耗小，與光纖全兼容，抗電磁干擾能力強，化學穩(wěn)定和電絕緣等特點，對全光纖器件的制作和發(fā)展起著重要的作用。近年來，用于通信波段的石英光纖光柵的研究取得了重大進展，主要集中于光纖光柵的紫外光照射生長動力學、光學特性和成柵技術(shù)的研究。石英光纖光柵的制備技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)階段主要集中于非均勻周期的光纖光柵制作、光纖光柵光學特性及其在光纖激光器及光纖傳感中的應(yīng)用研究。
[0003]中紅外波段作為極其重要的大氣窗口，其可用于激光測距、激光雷達和大氣通信，也是大多數(shù)軍用探測器的工作波段。但受石英材料的紅外截止特性限制，目前常用的石英光纖光柵無法應(yīng)用于2μπι以上的中紅外波段。而硫系玻璃材料具有優(yōu)良特性，如其紅外透過范圍寬、非線性系數(shù)高、聲子能量低等優(yōu)勢，在紅外領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，比如紅外傳感器、光纖激光器、全光開關(guān)、濾波器等。而受當前技術(shù)、成本、材料等多個因素的影響，硫系光纖光柵在紅外波段還沒有被廣泛的應(yīng)用。而為了制備高質(zhì)量的硫系光纖光柵，現(xiàn)在各種制備技術(shù)也在不斷的探索與發(fā)展中。
[0004]當前常用的硫系光纖光柵制備方法有掩模板法、激光全息干涉法、激光直寫法。掩模法因每塊模板只能制作固定或稍有差異周期的光纖光柵，且須嚴格控制相位模板的刻蝕深度和占空比，而且高質(zhì)量的模板成本高。激光全息干涉法對光源的空間相干性和時間相干性都有很高的要求，對工作環(huán)境要求嚴格，而且對光路調(diào)節(jié)有極高的精度要求。激光直寫法的加工時間長、效率低，加工的區(qū)域范圍受限且其對于光強、加工時間、脈沖個數(shù)等都不易控制，難以刻寫出所需的光柵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有光纖光柵刻寫方法的不足，提供一種無需掩膜板、成本低、刻寫效率高的硫系光纖光柵的無掩模制備裝置及方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，包括激光光源、衰減片、激光光源準直光學系統(tǒng)、數(shù)字微鏡器件、分光鏡、成像光學系統(tǒng)、移動工作平臺、CCD和計算機，所述的移動工作平臺上安放有硫系光纖，所述的衰減片、激光光源準直光學系統(tǒng)和數(shù)字微鏡器件沿所述的激光光源發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)，所述的數(shù)字微鏡器件的芯片上下載有預(yù)設(shè)的目標光柵的圖形，經(jīng)所述的數(shù)字微鏡器件反射的激光脈沖分為兩束，即第一激光束和第二激光束，所述的第一激光束保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，所述的成像光學系統(tǒng)布設(shè)在所述的第一激光束的傳輸方向，所述的第一激光束經(jīng)所述的成像光學系統(tǒng)反射后，最終聚焦照射于所述的硫系光纖上，曝光刻寫得到硫系光纖光柵，且在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖上的第一激光束的反射光返回至CCD中；所述的分光鏡布設(shè)在所述的第二激光束的傳輸方向，所述的第二激光束通過所述的分光鏡后進入所述的CCD，所述的CCD的輸出端與所述的計算機相連，所述的移動工作平臺的移動由所述的計算機控制。
[0007]作為優(yōu)選，所述的激光光源是波長為800nm、重復(fù)頻率為IkHz的無熱效應(yīng)飛秒激光器。
[0008]作為優(yōu)選，所述的激光光源準直光學系統(tǒng)由沿所述的激光光源發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)的物鏡、小孔光闌和準直透鏡構(gòu)成，所述的物鏡為40倍的物鏡，所述的小孔光闌為15μπι的小孔光闌，所述的準直透鏡的直徑為50mm、焦距為7.5cm。
[0009]作為優(yōu)選，所述的數(shù)字微鏡器件的分辨率為1920X1080，微鏡尺寸為10.8μπι。
[0010]作為優(yōu)選，所述的數(shù)字微鏡器件是美國德州儀器公司生產(chǎn)的型號為V9501的產(chǎn)品。
[0011]作為優(yōu)選，所述的成像光學系統(tǒng)由第一透鏡、第二透鏡、反射鏡和柱透鏡構(gòu)成，所述的第一透鏡、第二透鏡、反射鏡沿所述的第一激光束的傳輸方向依次布設(shè)，所述的第一激光束經(jīng)所述的反射鏡反射后由所述的柱透鏡聚焦并照射在所述的硫系光纖上，所述的反射鏡的反射波長范圍覆蓋所述的激光光源的波長。最終刻寫的硫系光纖光柵的周期由第一透鏡和第二透鏡的焦距和數(shù)字微鏡器件的圖案周期決定。而第一透鏡和第二透鏡是決定刻寫的硫系光纖光柵的周期的關(guān)鍵因素，其作用是對數(shù)字微鏡器件的芯片上預(yù)設(shè)的目標光柵的圖形進行精縮，精縮倍數(shù)由第一透鏡和第二透鏡的焦距決定，最終確定了硫系光纖光柵的刻寫周期。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)需要選擇不同焦距的第一透鏡和第二透鏡，以實現(xiàn)光纖光柵的不同刻寫周期。
[0012]CCD的作用是用于制備時的調(diào)焦，為了制備的硫系光纖光柵能夠有更高的質(zhì)量，盡可能地使刻寫時光纖能在成像光學系統(tǒng)的成像平面上。作為優(yōu)選，所述的CCD的像素尺寸為4.65X4.65μπι，分辨率為1392 X 1040，電子快門為20ys?Is。進一步地，所述的CCD是北京大恒圖像視覺有限公司生產(chǎn)的型號為DH-SVl 421 FM的產(chǎn)品。
[0013]作為優(yōu)選，所述的硫系光纖的一端連接有寬帶光源，另一端連接有光譜儀，所述的寬帶光源的波長范圍為800nm?2500nm，所述的光譜儀的測量范圍為500nm?2500nm。寬帶光源和光譜儀起在線實時監(jiān)測作用，以便對所刻寫的硫系光纖光柵的透射譜的變化情況進行觀察。
[0014]利用上述裝置進行的硫系光纖光柵的無掩模制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)將待加工的帶有有機涂覆層的硫系光纖經(jīng)有機溶液浸泡半小時，去除有機涂覆層后得到裸光纖，取出裸光纖并在無水乙醇中浸泡數(shù)分鐘后，取出并將裸光纖擦拭干凈，在顯微鏡下觀察裸光纖以確定裸光纖無傷痕，然后將裸光纖固定在移動工作平臺上；
[0016]2)在計算機上繪制好目標光柵的圖形并設(shè)置好目標光柵的周期參數(shù)，然后將圖形下載至數(shù)字微鏡器件的芯片上；
[0017]3)打開激光光源的開關(guān)，首先調(diào)節(jié)衰減片，再用功率計測量激光光源發(fā)出的激光脈沖的功率，然后調(diào)節(jié)激光光源準直光學系統(tǒng)，使入射到數(shù)字微鏡器件上的激光脈沖為均勻平行的光束；
[0018]4)對數(shù)字微鏡器件和CCD同軸實時調(diào)焦，使第一激光束所在成像光路和第二激光束所在調(diào)焦光路共軛；
[0019]5)經(jīng)過上述準備工作后，即開始硫系光纖光柵的制備:經(jīng)激光光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)衰減片進行能量控制后，進入激光光源準直光學系統(tǒng)后以平行光束形式出射，照射在數(shù)字微鏡器件上被反射為第一激光束和第二激光束，第一激光束保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，經(jīng)成像光學系統(tǒng)反射后，聚焦于硫系光纖上，對硫系光纖進行曝光刻寫，在刻寫的同時，通過計算機控制移動工作平臺，使移動工作平臺緩慢平移，進而控制硫系光纖光柵的周期，或者，在刻寫的同時，不通過計算機控制移動工作平臺移動，而是對數(shù)字微鏡器件進行掃描移動，最終曝光刻寫得到均勻結(jié)構(gòu)或非均勻結(jié)構(gòu)的硫系光纖光柵;在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖上的第一激光束的反射光返回至CCD中，同時第二激光束通過分光鏡后進入CCD，由CCD向計算機反饋第一激光束和第二激光束的成像情況，計算機上顯示第一激光束和第二激光束所形成的圖形的吻合程度，以便據(jù)此對硫系光纖的位置進行調(diào)節(jié)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明公開的硫系光纖光柵的無掩模制備裝置結(jié)構(gòu)簡單、高效，無需使用價格昂貴的掩膜板，成本低，可操作性強，利用該裝置制備硫系光纖光柵時，可充分利用數(shù)字微鏡器件的特點，通過數(shù)字微鏡器件生成動態(tài)的圖像，比傳統(tǒng)制備方法更加簡便，取代傳統(tǒng)的掩模板，避免了掩模板不可重復(fù)循環(huán)使用的缺陷，有利于節(jié)約資源，且本發(fā)明方法操作靈活，刻寫的光纖光柵的周期可控，最終實現(xiàn)硫系光纖光柵的高效率、無掩?？虒?。此外，在刻寫的同時，可通過計算機控制移動工作平臺，使移動工作平臺緩慢平移，進而控制硫系光纖光柵的周期，獲得均勻結(jié)構(gòu)的硫系光纖光柵;也可不通過計算機控制移動工作平臺，而是對數(shù)字微鏡器件進行掃描移動，以刻寫得到相移光纖光柵和啁啾光纖光柵等非均勻結(jié)構(gòu)的光纖光柵，從而滿足特殊用途的光纖光柵的使用需要。本發(fā)明具有較好的實用價值和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1和實施例2的硫系光纖光柵的無掩模制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0023]實施例1:一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，如圖1所示，包括激光光源1、衰減片2、激光光源準直光學系統(tǒng)3、數(shù)字微鏡器件(S卩DMD) 4、分光鏡5、成像光學系統(tǒng)6、移動工作平臺7、CCD 81和計算機82，移動工作平臺7上安放有硫系光纖9，該激光光源I是波長為800nm、重復(fù)頻率為IkHz的無熱效應(yīng)飛秒激光器，衰減片2、激光光源準直光學系統(tǒng)3和數(shù)字微鏡器件4沿激光光源I發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)，數(shù)字微鏡器件4的芯片上下載有預(yù)設(shè)的目標光柵的圖形，經(jīng)數(shù)字微鏡器件4反射的激光脈沖分為兩束，即第一激光束41和第二激光束42，第一激光束41保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，成像光學系統(tǒng)6布設(shè)在第一激光束41的傳輸方向，第一激光束41經(jīng)成像光學系統(tǒng)6反射后，最終聚焦照射于安放在移動工作平臺7上的硫系光纖9上，曝光刻寫得到硫系光纖光柵，且在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖9上的第一激光束41的反射光返回至CCD 81中；分光鏡5布設(shè)在第二激光束42的傳輸方向，第二激光束42通過分光鏡5后進入CCD 81，(XD 81的輸出端與計算機82相連，移動工作平臺7的移動由計算機82控制;硫系光纖9的一端連接有寬帶光源92，另一端連接有光譜儀91，寬帶光源92的波長范圍為800nm?2500nm，光譜儀91的測量范圍為500nm?2500nmo
[0024]實施例1中，數(shù)字微鏡器件4選用分辨率為1920X1080、微鏡尺寸為10.8μπι的數(shù)字微鏡器件，具體如美國德州儀器公司生產(chǎn)的型號為V9501的產(chǎn)品；CCD 81選用像素尺寸為4.65X4.65μπι、分辨率為1392 X 1040、電子快門為20ys?Is的CCD，具體如北京大恒圖像視覺有限公司生產(chǎn)的型號為DH-SVl 421 FM的產(chǎn)品。
[0025]實施例1中，激光光源準直光學系統(tǒng)3由沿激光光源I發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)的物鏡31、小孔光闌32和準直透鏡33構(gòu)成，物鏡31為40倍的物鏡，小孔光闌32為15μπι的小孔光闌，準直透鏡33的直徑為50mm、焦距為7.5cm。
[0026]實施例1中，成像光學系統(tǒng)6由第一透鏡61、第二透鏡62、反射鏡63和柱透鏡64構(gòu)成，第一透鏡61、第二透鏡62、反射鏡63沿第一激光束41的傳輸方向依次布設(shè)，第一激光束41經(jīng)反射鏡63反射后由柱透鏡64聚焦并照射在硫系光纖9上，反射鏡63的反射波長范圍覆蓋激光光源I的波長;第一透鏡61的焦距為450mm，第二透鏡62的焦距為22.5mm。
[0027]以As2S3硫系光纖為例，利用實施例1的裝置進行的As2S3硫系光纖光柵的無掩模制備方法，包括以下步驟:
[0028]I)將待加工的帶有有機涂覆層的As2S3硫系光纖經(jīng)有機溶液浸泡半小時，去除有機涂覆層后得到As2S3裸光纖，取出裸光纖并在無水乙醇中浸泡數(shù)分鐘后，取出并將裸光纖擦拭干凈，在顯微鏡下觀察裸光纖以確定裸光纖無傷痕，然后將裸光纖固定在移動工作平臺7上；
[0029]2)在計算機82上繪制好目標光柵的圖形并設(shè)置好目標光柵的周期參數(shù)，然后將圖形下載至數(shù)字微鏡器件4的芯片上，若數(shù)字微鏡器件4上的圖形周期為D，則最終刻寫得到的硫系光纖光柵的周期d為:
[0030]d = DX (fi/?2)
[0031]其中&和5分別為第一透鏡61和第二透鏡62的焦距。而As2S3硫系光纖的折射率在5μπι處為2.4，若需要刻寫諧振中心波長為5μm的光纖光柵，則根據(jù)周期公式Λ=λ/2n = 1.04μπι，已知第一透鏡61的焦距f A450mm，第二透鏡62的焦距f2為22.5mm，則由公式d = DX (fi/f2)計算可得，數(shù)字微鏡器件4上的圖形周期D為20.8μπι，可見數(shù)字微鏡器件4上的圖形周期D大于數(shù)字微鏡器件4的微鏡尺寸10.8μπι，可以使用波長SOOnm的激光光源I進行曝光刻寫；
[0032]3)打開激光光源I的開關(guān)，首先調(diào)節(jié)衰減片，再用功率計測量激光光源I發(fā)出的激光脈沖的功率，然后調(diào)節(jié)激光光源準直光學系統(tǒng)3，使入射到數(shù)字微鏡器件4上的激光脈沖為均勻平行的光束；
[0033]4)對數(shù)字微鏡器件4和CCD 81同軸實時調(diào)焦，使第一激光束41所在成像光路和第二激光束42所在調(diào)焦光路共軛；
[0034]5)經(jīng)過上述準備工作后，即開始As2S3硫系光纖光柵的制備:經(jīng)激光光源I發(fā)出的激光脈沖經(jīng)衰減片2進行能量控制后，進入激光光源準直光學系統(tǒng)3后以平行光束形式出射，照射在數(shù)字微鏡器件4上被反射為第一激光束41和第二激光束42，第一激光束41保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，經(jīng)成像光學系統(tǒng)6反射后，聚焦于AS2S3硫系光纖上，對AS2S3硫系光纖進行曝光刻寫，在刻寫的同時，通過計算機82控制移動工作平臺7，使移動工作平臺7緩慢平移，進而控制As2S3硫系光纖光柵的周期，最終曝光刻寫得到均勻結(jié)構(gòu)的As2S3硫系光纖光柵;在As2S3硫系光纖光柵刻寫時，照射到As2S3硫系光纖上的第一激光束41的反射光返回至CXD 81中，同時第二激光束42通過分光鏡5后進入CCD 81，由CCD 81向計算機82反饋第一激光束41和第二激光束42的成像情況，計算機82上顯示第一激光束41和第二激光束42所形成的圖形的吻合程度，以便據(jù)此對As2S3硫系光纖的位置進行調(diào)節(jié)。
[0035]實施例2:—種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，如圖1所示，包括激光光源1、衰減片2、激光光源準直光學系統(tǒng)3、數(shù)字微鏡器件4、分光鏡5、成像光學系統(tǒng)6、移動工作平臺7、CCD 81和計算機82，移動工作平臺7上安放有硫系光纖9，該激光光源I是波長為800nm、重復(fù)頻率為IkHz的無熱效應(yīng)飛秒激光器，衰減片2、激光光源準直光學系統(tǒng)3和數(shù)字微鏡器件4沿激光光源I發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)，數(shù)字微鏡器件4的芯片上下載有預(yù)設(shè)的目標光柵的圖形，經(jīng)數(shù)字微鏡器件4反射的激光脈沖分為兩束，即第一激光束41和第二激光束42，第一激光束41保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，成像光學系統(tǒng)6布設(shè)在第一激光束41的傳輸方向，第一激光束41經(jīng)成像光學系統(tǒng)6反射后，最終聚焦照射于安放在移動工作平臺7上的硫系光纖9上，曝光刻寫得到硫系光纖光柵，且在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖9上的第一激光束41的反射光返回至CCD 81中；分光鏡5布設(shè)在第二激光束42的傳輸方向，第二激光束42通過分光鏡5后進入CCD 81，(XD 81的輸出端與計算機82相連，移動工作平臺7的移動由計算機82控制；硫系光纖9的一端連接有寬帶光源92，另一端連接有光譜儀91，寬帶光源92的波長范圍為800nm?2500nm，光譜儀91的測量范圍為500nm?2500nmo
[0036]實施例2中，數(shù)字微鏡器件4選用分辨率為1920X1080、微鏡尺寸為10.8μπι的數(shù)字微鏡器件，具體如美國德州儀器公司生產(chǎn)的型號為V9501的產(chǎn)品；CCD 81選用像素尺寸為4.65X4.65μπι、分辨率為1392 X 1040、電子快門為20ys?Is的CCD，具體如北京大恒圖像視覺有限公司生產(chǎn)的型號為DH-SVl 421 FM的產(chǎn)品。
[0037]實施例2中，激光光源準直光學系統(tǒng)3由沿激光光源I發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)的物鏡31、小孔光闌32和準直透鏡33構(gòu)成，物鏡31為40倍的物鏡，小孔光闌32為15μπι的小孔光闌，準直透鏡33的直徑為50mm、焦距為7.5cm。
[0038]實施例2中，成像光學系統(tǒng)6由第一透鏡61、第二透鏡62、反射鏡63和柱透鏡64構(gòu)成，第一透鏡61、第二透鏡62、反射鏡63沿第一激光束41的傳輸方向依次布設(shè)，第一激光束41經(jīng)反射鏡63反射后由柱透鏡64聚焦并照射在硫系光纖9上，反射鏡63的反射波長范圍覆蓋激光光源I的波長;第一透鏡61的焦距為600mm，第二透鏡62的焦距為30mm。
[0039]以Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖為例，利用實施例2的裝置進行的Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖光柵的無掩模制備方法，包括以下步驟:
[0040]I)將待加工的帶有有機涂覆層的Ge2QAs2()Se15Te45硫系光纖經(jīng)有機溶液浸泡半小時，去除有機涂覆層后得到Ge2QAS2QSei5Te45裸光纖，取出裸光纖并在無水乙醇中浸泡數(shù)分鐘后，取出并將裸光纖擦拭干凈，在顯微鏡下觀察裸光纖以確定裸光纖無傷痕，然后將裸光纖固定在移動工作平臺7上；
[0041]2)在計算機82上繪制好目標光柵的圖形并設(shè)置好目標光柵的周期參數(shù)，然后將圖形下載至數(shù)字微鏡器件4的芯片上，若數(shù)字微鏡器件4上的圖案周期為D，則最終刻寫得到的硫系光纖光柵的周期d為:
[0042]d = DX(fi/f2)
[0043]其中f JPf2分別為第一透鏡61和第二透鏡62的焦距。而062(^2()3615了645硫系光纖的折射率在5μπι處為3.12，若需要刻寫諧振中心波長為5μπι的光纖光柵，則根據(jù)周期公式Λ= λ/2η = 0.8μπι，已知第一透鏡61的焦距負為600臟，第二透鏡62的焦距f2為30mm，則由公式d=DX (fVf2)計算可得，數(shù)字微鏡器件4上的圖形周期D為16μπι，可見數(shù)字微鏡器件4上的圖形周期D大于數(shù)字微鏡器件4的微鏡尺寸10.8μπι，可以使用波長SOOnm的激光光源I進行曝光刻寫；
[0044]3)打開激光光源I的開關(guān)，首先調(diào)節(jié)衰減片，再用功率計測量激光光源I發(fā)出的激光脈沖的功率，然后調(diào)節(jié)激光光源準直光學系統(tǒng)3，使入射到數(shù)字微鏡器件4上的激光脈沖為均勻平行的光束；
[0045]4)對數(shù)字微鏡器件4和CCD 81同軸實時調(diào)焦，使第一激光束41所在成像光路和第二激光束42所在調(diào)焦光路共軛；
[0046]5)經(jīng)過上述準備工作后，即開始Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖光柵的制備:經(jīng)激光光源I發(fā)出的激光脈沖經(jīng)衰減片2進行能量控制后，進入激光光源準直光學系統(tǒng)3后以平行光束形式出射，照射在數(shù)字微鏡器件4上被反射為第一激光束41和第二激光束42，第一激光束41保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，經(jīng)成像光學系統(tǒng)6反射后，聚焦于Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖上，對Ge2QAs2()Se15Te45硫系光纖進行曝光刻寫，與實施例1的制備方法不同，在刻寫的同時，不通過計算機82控制移動工作平臺7移動，而是對數(shù)字微鏡器件4進行掃描移動，最終曝光刻寫得到非均勾結(jié)構(gòu)的Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖光柵;在Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖光柵刻寫時，照射到662(^82必6151'645硫系光纖上的第一激光束41的反射光返回至0? 81中，同時第二激光束42通過分光鏡5后進入CCD 81，由CCD 81向計算機82反饋第一激光束41和第二激光束42的成像情況，計算機82上顯示第一激光束41和第二激光束42所形成的圖形的吻合程度，以便據(jù)此對Ge2oAs2oSei5Te45硫系光纖的位置進行調(diào)節(jié)。
[0047]實施例2的制備方法中，在刻寫的同時，對數(shù)字微鏡器件4進行掃描移動，最終能夠刻寫相移光纖光柵和啁啾光纖光柵等非均勻結(jié)構(gòu)的光纖光柵，對于刻寫特殊用途的光纖光柵更有效。
【主權(quán)項】
1.一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于包括激光光源、衰減片、激光光源準直光學系統(tǒng)、數(shù)字微鏡器件、分光鏡、成像光學系統(tǒng)、移動工作平臺、CCD和計算機，所述的移動工作平臺上安放有硫系光纖，所述的衰減片、激光光源準直光學系統(tǒng)和數(shù)字微鏡器件沿所述的激光光源發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)，所述的數(shù)字微鏡器件的芯片上下載有預(yù)設(shè)的目標光柵的圖形，經(jīng)所述的數(shù)字微鏡器件反射的激光脈沖分為兩束，即第一激光束和第二激光束，所述的第一激光束保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，所述的成像光學系統(tǒng)布設(shè)在所述的第一激光束的傳輸方向，所述的第一激光束經(jīng)所述的成像光學系統(tǒng)反射后，最終聚焦照射于所述的硫系光纖上，曝光刻寫得到硫系光纖光柵，且在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖上的第一激光束的反射光返回至CCD中；所述的分光鏡布設(shè)在所述的第二激光束的傳輸方向，所述的第二激光束通過所述的分光鏡后進入所述的CCD，所述的CCD的輸出端與所述的計算機相連，所述的移動工作平臺的移動由所述的計算機控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的激光光源是波長為800 nm、重復(fù)頻率為I kHz的無熱效應(yīng)飛秒激光器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的激光光源準直光學系統(tǒng)由沿所述的激光光源發(fā)出的激光脈沖方向依次布設(shè)的物鏡、小孔光闌和準直透鏡構(gòu)成，所述的物鏡為40倍的物鏡，所述的小孔光闌為15 Mi的小孔光闌，所述的準直透鏡的直徑為50 mm、焦距為7.5 cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的數(shù)字微鏡器件的分辨率為1920 X 1080，微鏡尺寸為10.8 μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的數(shù)字微鏡器件是美國德州儀器公司生產(chǎn)的型號為V9501的產(chǎn)品。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的成像光學系統(tǒng)由第一透鏡、第二透鏡、反射鏡和柱透鏡構(gòu)成，所述的第一透鏡、第二透鏡、反射鏡沿所述的第一激光束的傳輸方向依次布設(shè)，所述的第一激光束經(jīng)所述的反射鏡反射后由所述的柱透鏡聚焦并照射在所述的硫系光纖上，所述的反射鏡的反射波長范圍覆蓋所述的激光光源的波長。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的CCD的像素尺寸為4.65X4.65 μπι，分辨率為1392X1040，電子快門為20 ys-l S。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的CCD是北京大恒圖像視覺有限公司生產(chǎn)的型號為DH-SVl 421 FM的產(chǎn)品。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫系光纖光柵的無掩模制備裝置，其特征在于所述的硫系光纖的一端連接有寬帶光源，另一端連接有光譜儀，所述的寬帶光源的波長范圍為800nm?2500 nm，所述的光譜儀的測量范圍為500 nm?2500 nm。10.利用權(quán)利要求1-9中任一項所述的裝置進行的硫系光纖光柵的無掩模制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將待加工的帶有有機涂覆層的硫系光纖經(jīng)有機溶液浸泡半小時，去除有機涂覆層后得到裸光纖，取出裸光纖并在無水乙醇中浸泡數(shù)分鐘后，取出并將裸光纖擦拭干凈，在顯微鏡下觀察裸光纖以確定裸光纖無傷痕，然后將裸光纖固定在移動工作平臺上； 2)在計算機上繪制好目標光柵的圖形并設(shè)置好目標光柵的周期參數(shù)，然后將圖形下載至數(shù)字微鏡器件的芯片上； 3)打開激光光源的開關(guān)，首先調(diào)節(jié)衰減片，再用功率計測量激光光源發(fā)出的激光脈沖的功率，然后調(diào)節(jié)激光光源準直光學系統(tǒng)，使入射到數(shù)字微鏡器件上的激光脈沖為均勻平行的光束； 4)對數(shù)字微鏡器件和CCD同軸實時調(diào)焦，使第一激光束所在成像光路和第二激光束所在調(diào)焦光路共輒； 5)經(jīng)過上述準備工作后，即開始硫系光纖光柵的制備:經(jīng)激光光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)衰減片進行能量控制后，進入激光光源準直光學系統(tǒng)后以平行光束形式出射，照射在數(shù)字微鏡器件上被反射為第一激光束和第二激光束，第一激光束保持反射的方向繼續(xù)向前傳輸，經(jīng)成像光學系統(tǒng)反射后，聚焦于硫系光纖上，對硫系光纖進行曝光刻寫，在刻寫的同時，通過計算機控制移動工作平臺，使移動工作平臺緩慢平移，進而控制硫系光纖光柵的周期，或者，在刻寫的同時，不通過計算機控制移動工作平臺移動，而是對數(shù)字微鏡器件進行掃描移動，最終曝光刻寫得到均勻結(jié)構(gòu)或非均勻結(jié)構(gòu)的硫系光纖光柵;在硫系光纖光柵刻寫時，照射到硫系光纖上的第一激光束的反射光返回至CCD中，同時第二激光束通過分光鏡后進入CCD，由CCD向計算機反饋第一激光束和第二激光束的成像情況，計算機上顯示第一激光束和第二激光束所形成的圖形的吻合程度，以便據(jù)此對硫系光纖的位置進行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】G02B6/02GK105954832SQ201610567087
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】曾江輝, 張培晴, 張倩, 戴世勛, 王訓四, 許銀生, 劉自軍, 張巍, 吳越豪
【申請人】寧波大學