DE10036972B4 - Verfahren zur Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern mit geringer Polarisationsabhängigkeit - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Langperiodenlichtleitergitters mit folgenden Schritten:
Verdrillen eines Lichtleiters zumindest einmal;
Einstrahlen von Licht auf den verdrillten Lichtleiter in periodischen Entfernungsabständen; und Rückgängigmachen der Verdrillung des Lichtleiters.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern mit geringer Polarisationsabhängigkeit.
• Ein solches Verfahren ist aus der US 5 703 978 A bekannt. Darin wird mit Hilfe einer UV-Lichtquelle, einem KRF Excimer-Laser, mit Hilfe einer über einem Lichtleiter angeordneten Amplitudenmaske ein Gitter in dem Lichtleiter hergestellt. Aus der WO 99/06864 A1 ist weiterhin ein Herstellungsverfahren bekannt, in des ein Gitter in einen verdrillten Lichtleiter geschrieben ist und dieser dauerhaft verdrillt bleibt. Beiden Herstellungsverfahren ist gemeinsam, dass ein Brechungsindexprofil erzielt wird, das in Bezug auf die Mittelachse des Lichtleiters asymmetrisch ausgebildet ist.
• Es ist bekannt, dass das Auftreten von Störungen in Bezug auf den Brechungsindex eines Lichtleiterkerns unter Verwendung eines Ultraviolettlasers (UV-Lasers) eine Doppelbrechung innerhalb eines Lichtleiters hervorruft, infolge anisotroper Störungen des Brechungsindex vom Gesichtspunkt des Querschnitts des Kerns aus. 1994 untersuchten A.M. Vensarkar, Qian Zhong, Daryl Inniss, W.A. Reed, P.J.Lemaire, und S.G. Kosinski in "Birefringence reduction in side-written photoinduced fiber devices by a dual-exposure method", Optical Letters, Vol. 19, No. 16 (1994), Seien 1260-1262, daß die Doppelbrechung infolge einer geometrischen Asymmetrie in Bezug auf die Herstellungsbedingungen zum Aufstrahlen des UV-Lasers auf die Querseite eines Lichtleiters auftritt. 1 zeigt eine Störung des Brechungsindex in Bezug auf eine Lichteinstrahlrichtung, wenn UV-Licht auf eine Seite eines Lichtleiters eingestrahlt wird. Das Bezugszeichen 100 bezeichnet einen Lichtleiter, das Bezugszeichen 101 den Brechungsindex eines Mantels, das Bezugszeichen 102 den Brechungsindex eines Kerns, auf welchen kein W-Licht eingestrahlt wird, und das Bezugszeichen 103 bezeichnet den Brechungsindex des Kerns, wenn er mit W-Licht bestrahlt wird. Aus 1 wird deutlich, dass der Brechungsindex eines Kerns entsprechend der Richtung der Einstrahlung von W-Licht gestört wird.
• Lichtleitergitter, die durch Störungen des Brechungsindex eines Lichtleiterkerns infolge der Bestrahlung mit W-Licht hergestellt werden, verwenden ebenfalls ein asymmetrisches Bestrahlungsverfahren je nach den Umständen der Herstellung. Daher wird eine Polarisationsabhängigkeit hervorgerufen. Die Polarisationsabhängigkeit wird insbesondere schwerwiegend im Falle von Langperiodenlichtleitergittern, welche eine Brechungsindexstörung erfordern, die etwa zehn mal so groß ist wie jene bei Lichtleiter-Bragg-Gittern oder Kurzperiodenlichtleitergittern. Diese Eigenschaft führt zu einer Änderung der Einfügungsdämpfung infolge der Polarisation eines Geräts, also zu einer polarisationsabhängigen Dämpfung (PDL) oder einer Polarisationsmodendispersion (PMD), was dazu führen kann, daß Langperiodenlichtleitergitter für Bauteile für die optische Kommunikation nicht geeignet sein können. Anders ausge drückt führt die Einstrahlung von UV-Licht nur auf eine Seite eines Lichtleiters zu einem Doppelbrechungseffekt, bei welchem der Lichtleiter unterschiedliche Brechungsindizes entlang seiner Achse aufweist, so dass Langperiodenlichtleitergitter eine Polarisationsabhängigkeit aufweisen.
• 2 ist ein Diagramm, welches PDL-Reaktionseigenschaften in Bezug auf die Wellenlängen herkömmlicher Langperiodenlichtleitergitter zeigt, und 3 ist ein Diagramm, welches eine Änderung der PDL in Bezug auf die Dämpfungsspitzenwerte herkömmlicher Langperiodenlichtleitergitter zeigt. Wie aus den 2 und 3 hervorgeht, nimmt bei der optischen Übertragung die PDL von Langperiodenlichtleitergittern mit Zunahme eines Dämpfungsspitzenwertes zu. Ein Langperiodenlichtleitergitter mit einem hohen Dämpfungsspitzenwert weist daher eine signifikant große PDL auf. Um die hohe PDL zu verringern ist eine Verringerung der Polarisationsabhängigkeit von Langperiodenlichtleitergittern erforderlich.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, Langperiodenlichtleitergitter mit verbesserten Polarisationseigenschaften herzustellen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Langperiodenlichtleitergitters mit geringer Polarisationsabhängigkeit, welches durch eine Herstellungseinrichtung hergestellt wird.
• Zur Erzielung des Vorteils stellt die vorliegende Erfindung ein Langperiodenlichtleitergitter zur Verfügung, das durch ein Verfahren hergestellt wird, welches umfasst: Verdrillen eines Lichtleiters zumindest einmal; Einstrahlung von Licht auf den verdrillten Lichtleiter in periodischen Entfernungsabständen; und Rückgängigmachen der Verdrillung des Lichtleiters.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
• 1 ein Diagramm mit einer Darstellung der Brechungsindexstörung in Bezug auf die Richtung der Lichteinstrahlung, wenn Ultraviolettlicht (UV-Licht) nur auf eine Seite eines Lichtleiters eingestrahlt wird;
• 2 ein Diagramm, welches die Eigenschaften der polarisationsabhängigen Dämpfung (PDL) in Bezug auf die Wellenlängen bei herkömmlichen Langperiodenlichtleitergittern zeigt;
• 3 ein Diagramm, welches eine Änderung der PDL in Bezug auf die Dämpfungsspitzenwerte herkömmlicher Langperiodenlichtleitergitter zeigt;
• 4 ein Blockdiagramm, welches die Ausbildung einer Einrichtung zur Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Änderung des Brechungsindex, wenn die Verdrillung eines verdrillten Lichtleiters rückgängig gemacht wurde, nachdem ein Gitter auf dem verdrillten Lichtleiter hergestellt wurde;
• 6A und 6B Diagramme, welche die Ergebnisse eines Versuchs zeigen, der bei einem herkömmlichen Langperiodenlichtleitergitter und einem Langperiodenlichtleitergitter gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde; In 4 weist eine Einrichtung zur Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine UV-Laserquelle 400 auf, eine Linse 402, eine Amplitudenmaske 404, einen Lichtleiterhalter 408 und einen Lichtleiter 406, der durch den Lichtleiterhalter 408 verdrillt wird. Vorzugsweise setzt ein Ende des Lichtleiterhalters 408 ein Ende des Lichtleiters 406 fest, und ist sein anderes Ende drehbar, so daß das andere Ende des Lichtleiters 406 verdrillt werden kann.
• Bei der Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern befestigt zuerst der Lichtleiterhalter 408 ein Ende des Lichtleiters 406 und dreht dessen anderes Ende, wodurch der Lichtleiter 406 verdrillt wird. Vorzugsweise wird der gesamte Lichtleiter 406 gleichmäßig um 360 ° verdrillt.
• Die Linse 402 fokussiert W-Licht, das von der UV-Laserquelle 400 ausgesandt wird. Die Amplitudenmaske 404 hat Lichtdurchlassbereiche in periodischen Entfernungsabständen, und ist oberhalb des Lichtleiters 406 angeordnet. Daher lässt die Amplitudenmaske 404 Licht durch, welches durch die Linse 402 fokussiert wurde, und zwar durch die Lichtdurchlassbereiche. Das durchgelassene Licht wird auf dem verdrillten Lichtleiter 406 aufgestrahlt. Das eingestrahlte Licht stört den Brechungsindex des Lichtleiters 406 entsprechend der Periode (umgekehrtes V) der Amplitudenmaske 404, wodurch ein Gitter ausgebildet wird. Hierbei wird eine Doppelbrechung innerhalb des Lichtleiters hervorgerufen, infolge der Brechungsindexstörungen des Lichtleiterkerns. Die erzeugte Doppelbrechung stört den tatsächlichen Brechungsindex n_co des Kerns und die Kopplungskonstante κ des Kerns, gemäß folgender Gleichung 1: λp = (nco – n(n)cl )Λ P(n)cl = sin2(κL) (1)wobei λ_p die Wellenlänge des Spitzenwertes eines Langperiodenlichtleitergitters bezeichnet, Λ die Periode eines Langperiodenlichtleitergitters, n_co den tatsächlichen Brechungsindex eines Kerns, n_cl ⁽ⁿ⁾ den tatsächlichen Brechungsindex einer n-ten Mode eines Mantels, P_cl ⁽ⁿ⁾ ein Kopplungsverhältnis der Leistung zur n-ten Mantelmode bei der Wellenlänge eines Spitzenwertes, κ eine Kopplungskonstante, und L die Länge eines Gitters, so dass sich das Spektrum eines Langperiodenlichtleitergitters entsprechend der Polarisation des Einfalllichtes ändert.
• Es ist daher erforderlich, den Lichtleiter 406 immun gegenüber der Polarisation auszubilden. Hierzu wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ende des Lichtleiters 406 festgesetzt, und wird dessen anderes Ende zumindest einmal so gedreht, dass der Lichtleiter um 360 ° verdrillt wird, wie dies voranstehend beschrieben wurde. Wenn wie voranstehend geschildert ein Ende eines Lichtleiters gedreht wird, ist es wesentlich, den Lichtleiter ordentlich festzuhalten, um einen Schlupf innerhalb des Lichtleiterhalters 408 zu verhindern. Sobald der Lichtleiter verdrillt wurde, wird auf dem ver drillten Lichtleiter ein Gitter erzeugt, dann wird die Verdrillung des verdrillten Lichtleiters rückgängig gemacht, und tauchen spiralförmige Störungen des Brechungsindex in dem Kern auf. Daher tritt bei dem Gitter eine Abhängigkeit von dem speziellen Polarisationszustand des Lichts auf. 5 erläutert schematisch eine spiralförmige Störung des Brechungsindex, wenn die Verdrillung eines verdrillten Lichtleiters rückgängig gemacht wird, nachdem ein Gitter auf dem verdrillten Lichtleiter erzeugt wurde.
• Aus 5 wird deutlich, dass die spiralförmige Störung des Brechungsindex auf dem Querschnitt des Kerns des Lichtleiters 406 in Bezug auf die Gesamtlänge isotrop erscheint.
• Die 6A und 6B zeigen die Ergebnisse eines Versuches, der bei einem herkömmlichen Langperiodenlichtleitergitter sowie einem Langperiodenlichtleitergitter gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. 6A zeigt die Ergebnisse der Messungen der PDL in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Aus 6A wird deutlich, dass die PDL bei der vorliegenden Erfindung signifikant verringert ist, verglichen mit der PDL beim Stand der Technik, innerhalb eines Bereiches gemessener Wellenlängen.
• 6B zeigt die Ergebnisse von Messungen der PDL in Bezug auf einen Dämpfungsspitzenwert. In 6B beträgt die PDL beim Stand der Technik bei einem Dämpfungsspitzenwert von 22,1 dB 1,83 dB, und beträgt die PDL bei der vorliegenden Erfindung bei einem Dämpfungsspitzenwert von 24,5 dB 0,79 dB, woraus hervorgeht, daß die PDL um 1 dB oder mehr verringert wurde. Es wird deutlich, dass die PDL bei der vorliegenden Erfindung im allgemeinen auf zumindest 60 % der PDL beim Stand der Technik absinkt, und dass der Unterschied der PDL zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik zunimmt, wenn der Dämpfungsspitzenwert zunimmt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der Herstellung von Langperiodenlichtleitergittern der Brechungsindex eines Lichtleiterkerns dadurch gestört, dass W-Licht auf einen verdrillten Lichtleiter eingestrahlt wird, so dass sich das Brechungsindexprofil des Kerns des Lichtleiters so ausmittelt, dass es über die Länge des Gitters isotrop wird. Daher kann ein Langperiodenlichtleitergitter erhalten werden, welches weniger von der Polarisation abhängig ist als beim Stand der Technik.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines Langperiodenlichtleitergitters mit folgenden Schritten: Verdrillen eines Lichtleiters zumindest einmal; Einstrahlen von Licht auf den verdrillten Lichtleiter in periodischen Entfernungsabständen; und Rückgängigmachen der Verdrillung des Lichtleiters.