CN1170176C - 透(反)射形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
透(反)射形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法属于光纤光栅制作技术领域，其特征在于它依次含有如下步骤：在与一个特定波长相应的光纤上的有效长度内，用不同的曝光强度按扫描写入法制作多只光栅；测量并记录下这些曝光强度与透(反)射率的对应关系并据此建立数据库；根据用户提供的滤波器透射谱图及其它条件算出用户所需波长处用户所需透射率与曝光强度的关系，从而得到沿用户所需光栅长度方向上曝光强度的分布即对应于曝光时反射镜停留时间的分布；根据上述扫描写入法在控制反射镜处于不同位置时采用不同停留曝光时间的条件下制作出用户所需的大啁啾光纤光栅，其制作方便又灵活。
Description
技术领域
透(反)射形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法属于光纤光栅制作技术领域。
背景技术
相位模板法大大简化了光纤光栅的制作难度，提高了研制效率。它对光源的相干性和对实验装置的稳定性要求不高，但制作的光栅周期要由模板上的周期决定。当模板上的周期保持恒定不变时，在紫外充分曝光条件下得到的是均匀光纤光栅，它只有一个中心波长，带宽也较窄，约为0.1到0.3nm；而当模板上的周期是变化的情况，在紫外曝光后得到的是啁啾光纤光栅，它的透(反)射谱带宽较宽，包括一系列不同波长。通常啁啾光纤光栅的带宽在0.5nm到5nm之间，当其带宽超过10nm时，可称为大啁啾光纤光栅。采用结合相位模板法和氩离子倍频连续激光器的特点而提出的扫描写入法可以方便灵活地制作各种类型的光纤光栅。其实验装置如图1所示。图中：倍频Ar+离子激光器244nm光源经扫描仪1的反射镜2照射在相位模板3上，反射镜2放置在可变速运动的扫描平移台上，光纤4紧贴相位模板3，宽光谱光源和光谱测试仪用来实时监测制作过程中光栅的透(反)射光谱变化。当扫描平移台带动反射镜2以不同的速度或者是不同位置停留不同时间的方式运动时，光纤4上所受紫外曝光点的位置也随之改变并使得光纤4在不同位置受到不同程度的紫外光曝光量，从而可以方便灵活地制作各种类型的光纤光栅。但是，这种方法不能依据用户所提供的滤波器谱形的不同，灵活方便地设计和改变制作条件来得到所需光栅器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种透(反)射形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法来灵活地按照用户需要来制作各种类型的光纤光栅。
本发明的特征在于它依次含有以下步骤：
(1)在与一个特定波长相应的光纤上的有效长度范围内用不同的曝光强度即在光源输出功率恒定时，反射镜的不同停留时间内按上述扫描写入法连续制作得到多只光栅；
(2)测量并记录下上述各种曝光强度即对应的停留时间和该有效长度内透(反)射率在数值上的一一对应关系。这个关系对于整个光栅带宽内任意波长都适用，据此建立数据库：
(3)根据用户需要得到的滤波器透射谱图，得到制作用户所需光栅的制作条件：
(3.1)在已知光栅长度L、光栅周期Λ、模板啁啾系数cg1和光纤有效折射率neff的条件下，用以下公式根据用户给出的滤波器透射谱图计算波长λ的模板扫描位置z的对应关系：
λ＝2*neff*(Λ+cg1z)，其中-L/2≤z≤L/2；
(3.2)根据用户给定的滤波器透射谱图中的透(反)射率利用插值法从上述数据库中反查得到反射率和耦合系数即曝光强度的关系；
(3.3)由步骤(3.1)、(3.2)得到沿光栅长度方向曝光强度的分布情况，即在给定曝光量的条件下，模板扫描位置z与扫描仪上的反射镜在该位置上停留时间的关系；
(4)根据步骤(3)得到的制作条件用上述扫描写入法制作出所需谱形的光纤光栅。
所述的反射镜在扫描移动平台控制下做不同位置采取不同停留时间的走停运动。使用证明它达到了预期目的。
附图说明
图1.光纤光栅扫描写入装置示意图。
图2.本发明提出的制作方法的流程图。
图3.本发明提出的制作方法的程序流程框图。
其中Length是制作光栅长度，dl＝光栅长度/光谱分段数。
图4.用户提供且需要得到的滤波器透射谱图。
图5.利用插值法查询反射率和耦合系数的关系示意图。
图6.耦合系数随光栅长度方向的分布图。
图7.所需要的和计算得到的滤波器谱图比较。
具体实施方式
由于在较大带宽范围内实现光栅透(反)射谱形状的设计需要事先知道沿光栅长度方向的耦合系数的分布情况，在工艺制作上就可以等效于控制在光栅不同位置上所受曝光强度的不同。根据这个发明构思而提出的具体设计思路可简述如下：由于啁啾光栅的特点，光栅上每一点处曝光强度是和相应波长处透(反)射率大小对应的。而大啁啾光栅的带宽较宽，因此针对某单个波长透(反)射率的贡献其作用长度范围其实很小，远小于整个光栅长度。从而我们提出了一个有效长度的概念即它是这样的一个与特定波长相对应的光栅长度，凡长度超过这个特定波长长度范围之外的光栅曝光部分对这个特定波长处的透(反)射率的贡献就已经很小。因而，可选定一个波长，研究其透(反)射率在有效长度范围上与曝光强度的关系，然后将这种关系推广到整个光栅带宽内任意波长上，从而可以得到在光栅长度方向上的曝光强度的分布情况。然后根据这个已知的分布来制作所需的光栅滤波器。其具体做法是：用图1的实验装置，在改变曝光量即改变不同停留时间的条件下制作多只光栅，测定反射镜2在相位模板3对应于一特定波长的有效长度区间范围内的的透(反)射率值，从而可得出停留时间也即曝光量大小与透(反)射率大小的一一对应关系。由于这个关系对于其它波长处的有效长度区间范围内也是适用的，据此可做成数据库。在具体制作时便可根据用户提供且需要得到如图4所示滤波器透射谱图上的透(反)射率从数据库中查询到图5所示的所需的曝光强度的大小及制作条件；也可用插值法近似得到所需曝光强度的大小及制作条件。再用上述滤波器透射谱图上的不同波长和用户提供的其它条件利用公式来算出与不同波长相对应的不同的模板扫描位置。由此便可得到如图6所示沿着用户所需的光栅长度方向上曝光强分布及制作条件，再根据上述扫描写入法用图1的装置便可制作出用户所需的光栅来，其制作工艺流程和程序流程框图见图2及图3。
现举一实施的详述如下：
本实施例光栅制作方法的装置如图1所示。其中，光源采用连续的244nm倍频氩离子激光器(美国coherent公司生产)。扫描反射镜固定在ESP6000扫描移动平台(Newport公司生产)上，扫描移动平台运动精度为0.1mm。反射镜具有扫描及反射光束的功能，并将激光器输出的紫外光反射到相位模板上，该相位模板长度为45mm，紫外光经过相位模板照射在其下的经氢载处理的标准单模光纤上。ESP6000扫描移动平台与微机的PIO口(图中未示出)相连。通过在微机上运行事先设计好的驱动软件，改变移动平台的运动状态(运动速度、运动时间、运动距离)，使其按照某一运动规律运行，就可得到不同透(反)射谱的光纤光栅。
在制作的整个过程中，采用谱宽为100nm的宽谱光放大器自发辐射光源、精度为0.01nm的AQ-6317光谱仪进行光栅性能的测试，对光纤光栅的反射谱和透射光谱进行分析，可得到光纤光栅的性能参数。
本实施例的制作过程简介：
首先将光斑停留在模板中心处，即z＝0处，通过改变停留时间t，比如t1＝5秒，曝光强度kafa1＝100；t2＝10秒，曝光强度kafa2＝200；…可以得到停留时间与曝光强度kafa的关系。将这个对应关系采用数据库的方式存储起来。
将用户提供的任意形状的透射谱形先转化成所需曝光强度谱形，然后将这个谱形分段。对于划分后的每一段的波长可以通过前面提到的啁啾光栅波长λ与模板啁啾系数cg1以及模板扫描位置z的关系公式找到光栅上每一段所对应的位置。也就是说将光栅制作的长度方向也分为相同的段数，每一段长度为dl＝光栅长度/分段数。
由于已知每段波长曝光强度的大小，故针对每段制作过程中停留时间的大小可以通过已经建立的数据库中查询得到，例如kafa＝200，则从数据库中可知此处曝光停留时间需10秒；另外如果kafa＝150，数据库中无法直接查询到停留时间，则可以采用数值插值的方法，由t1＝5秒，曝光强度kafa1＝100；t2＝10秒，曝光强度kafa2＝200；采用线性插值可知所需停留时间t＝7.5秒。在一定精度的保证前提下，采用一定的插值算法，可以大大降低数据库建立过程中的工作量。
扫描仪控制的光斑位置改变可以采用恒定速度进行，如v＝2.5mm/s；停留时间的不同由每段不同曝光强度所决定。按光栅长度方向的分段，每段每段顺次制作下去就可以得到用户所需谱形的光纤光栅滤波器件。
图7是计算得到的与所需要得到地滤波器谱图的比较：a是按此构思计算得到的，b是所需要得到的，误差在±0.1dB以内。
Claims (2)
1、透(反)射形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法，它是一种结合相位模板法和连续激光器光源的特点的扫描写入法即光源经扫描仪上的反射镜反射照射在相位模板上，反射镜放置在扫描平移台上，光纤紧贴模板，宽光谱光源和光谱测试仪用以实时监测制作过程中光栅的透(反)射光谱变化，当扫描平移台带动反射镜运动进行扫描时，光纤上所受紫外曝光点的位置也随之改变使光纤在不同位置得到不同的曝光强度，以制作各种类型的光纤光栅，本发明的特征在于，它依次含有以下步骤：
(1)在与一个特定波长相应的光纤上的有效长度范围内用不同的曝光强度即在光源输出功率恒定时，反射镜的不同停留时间内按上述扫描写入法连续制作得到多只光栅；
(2)测量并记录下上述各种曝光强度即对应的停留时间和该有效长度内透(反)射率在数值上的一一对应关系，这个关系对于整个光栅带宽内任意波长都适用，据此建立数据库；
(3)根据用户需要得到的滤波器透射谱图，得到制作用户所需光栅的制作条件：
(3.1)在已知光栅长度L、光栅周期Λ、模板啁啾系数cg1和光纤有效折射率neff的条件
下，用以下公式根据用户给出的滤波器透射谱图计算波长λ的模板扫描位置z的
对应关系：
λ＝2*neff*(Λ+cg1z)，其中-L/2≤z≤L/2；
(3.2)根据用户给定的滤波器透射谱图中的透(反)射率利用插值法从上述数据库中反
查得到反射率和耦合系数即曝光强度的关系；
(3.3)由步骤(3.1)、(3.2)得到沿光栅长度方向曝光强度的分布情况，即在给定曝光
量的条件下，模板扫描位置z与扫描仪上的反射镜在该位置上停留时间的关系；
(4)根据步骤(3)得到的制作条件用上述扫描写入法制作出所需谱形的光纤光栅。
2、根据权利要求1所述的透(反)射谱形可控的大啁啾光纤光栅的制作方法，其特征在于：所述的反射镜在扫描移动平台控制下做不同位置采取不同停留时间的走停运动。
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| CN1397813A CN1397813A (zh) | 2003-02-19 |
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