DE69609068T2

DE69609068T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines optischen wellenleitergitters

Info

Publication number: DE69609068T2
Application number: DE69609068T
Authority: DE
Inventors: Martin Cole; Ian Laming; Wei-Hung Loh; Nickolaos Zervas
Original assignee: University of Southampton
Current assignee: University of Southampton
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: BR9608770A; WO1996036895A1; AU5699096A; JP4177893B2; NZ307598A; ES2148762T3; US6072926A; EP0826161A1; DE69609068D1; EP0826161B1; JPH11505336A; AU699595B2; GB9509874D0

Description

Die Erfindung betrifft optische Wellenleitergitter.
Optische Wellenleitergitter, wie Faser-Bragg-Gitter, werden als wesentliche Bestandteile für viele faseroptische und Laser-Systeme angesehen, jedoch sind die Möglichkeiten zur Verbesserung ihrer Charakteristiken und zur Vereinfachung der Herstellung weiterhin Gegenstand eines erheblichen Forschungsinteresses. Eine kürzlich vorgeschlagene Technik ist die Verwendung von sogenannten Phasenmasken zur Gitterherstellung (Literaturstellen 1 und 2, unten). Bei dieser Technik wird ein Gitter auf einen lichtempfindlichen optischen Wellenleiter aufgebracht, indem man optische Strahlung durch die Phasenmaske auf den Wellenleiter projiziert.
Der Phasenmaskenansatz ist interessant, da er ermöglicht, daß Fasergitter mit viel entspannteren Toleranzen bezüglich der Kohärenz des Schreibstrahls (im Vergleich mit zum Beispiel zu einer Zweistrahlinterferenztechnik) geschrieben werden und weil er eine höhere Wiederholbarkeit bietet als dies früher möglich war. Jedoch besteht ein großer Nachteil darin, daß die Gitterwellenlänge und andere Charakteristiken durch die Periode der Phasenmaske vorgegeben sind, und daher sind verschiedene Masken für unterschiedliche Wellenlängen erforderlich.
Beträchtliche Forschung wurde darauf gerichtet, den Phasenmaskenansatz flexibler zu gestalten, zum Beispiel durch Verwendung einer vergrößernden Linse, um die Faser Bragg-Wellenlänge zu verändern (Literaturstelle 3, unten).
Die Einführung eines Abtastschreibstrahles war ein weiterer Fortschritt, welcher die Herstellung langer Fasergitter ermöglichte, ohne daß eine hohe Strahlvergrößerung erforderlich war, und der ermöglichte, daß komplexere Strukturen durch Modulation des Schreibstrahles geschrieben wurden, während dieser über die Maske lief (Literaturstellen 4 und 5, unten).
Die Möglichkeit, komplexere Strukturen herzustellen, wie apodisierte und/oder steuerbar wellenlängenmodulierte Gitter, ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung. Während Apodisation durch Modulation des Abtaststrahls erreicht werden kann, führt dies auch eine damit einhergehen de Veränderung des durchschnittlichen Brechungsindexes entlang der Gitterlänge ein, was dem Gitter wiederum eine induzierte Wellenlängenmodulation verleiht, was häufig unerwünscht ist "Reine" Apodisation (d. h. Apodisation ohne eine Veränderung des durchschnittlichen Brechungsindexes) wurde kürzlich beschrieben, jedoch auf Kosten dessen, daß entweder eine speziell gestaltete Phasenmaske erforderlich war (Literaturstelle 6, unten) oder doppelte Bestrahlung von zwei verschiedenen Masken (Literaturstelle 7, unten).
Beträchtliche Anstrengungen wurden in das Schreiben steuerbarer Wellenlängenmodulationseigenschaften in das Gitter durch eine Doppelbestrahlungstechnik (Literaturstelle 8, unten), speziell gestaltete "Stufen-Wellenlängenmodulations"-Phasenmasken (Literaturstelle 9, unten) oder durch Färben der Faser (Literaturstelle 10, unten) gesetzt.
Die oben beschriebenen Techniken, welche den Phasenmaskenansatz flexibler machen sollen, erhöhen jedoch tatsächlich entweder die Komplexität des Verfahrens erheblich (indem mehrere Bestrahlungen erforderlich sind), oder sie erfordern nach wie vor, daß eine individuelle Phasenmaske für jede Veränderung der Gittercharakteristiken oder des Gitterabstandes hergestellt wird.
Diese Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters, bei dem ein Lichtschreibstrahl nach und nach durch eine Maske auf Bereiche eines lichtempfindlichen optischen Wellenleiters geschickt wird, um entsprechende Bereiche des Gitters zu erzeugen, gekennzeichnet durch die Stufe, in der man die Maske und/oder den Wellenleiter so bewegt, daß die relative Position der Maske in Bezug auf den Wellenleiter variiert, wenn unterschiedliche Bereiche des Gitters erzeugt werden.
Ausführungsformen der Erfindung liefern eine einfache Technik, welche langsames Bewegen des Wellenleiters (zum Beispiel eine Faser) oder alternativ der Phasenmaske (oder beides) umfaßt, während der Schreibstrahl abtastet, was eine Überwindung ober Verringerung vieler der Beschränkungen, die derzeit mit Phasenmasken einhergehen, bewirkt. Der Ansatz kann zur Herstellung von Mehr-Wellenlängengittern, sogenannte "reine" Apodisation, sowie einer Vielzahl streuender Strukturen, wie verteilter Rückkopplungslaserstrukturen (DFB), verwendet werden.
Mit anderen Worten, die frühere Unflexibilität der Phasenmaskentechnik wird durch die Erfindung verringert. Gitter mit unterschiedlichen Charakteristiken, Bragg-Wellenlänge, Wellenlängenmodulation oder Apodisation können mit dieser Technik aus einer einzelnen Phasenmaske hergestellt werden. Dies steht im Gegensatz zu früheren Techniken, bei denen entweder für jeden Gittertyp eine entsprechende Phasenmaske hergestellt werden mußte oder komplexe Mehrfachbestrah lungstechniken mit damit einhergehenden Ausrichtungs- und Gleichförmigkeitsproblemen angewendet werden mußten.
Obwohl zum Beispiel planare Wellenleiter verwendet werden können, ist der Wellenleiter vorzugsweise eine optische Faser. Da Fasern üblicherweise leichter sind als Phasenmasken, ist es bevorzugt, daß die Faser relativ zu einer statischen Phasenmaske bewegt wird (zum Beispiel durch einen piezoelektrischen Verschiebetisch).
Obwohl verschiedene kontinuierliche oder sogar nicht kontinuierliche Schreibmuster verwendet werden können, ist es zur Erleichterung der Implementierung bevorzugt, daß der Lichtschreibstrahl in Längsrichtung entlang eines Teils des Wellenleiters abtastet. Wiederum zur Erleichterung der Implementierung ist es bevorzugt, daß der Lichtschreibstrahl entlang des Teils des Wellenleiters mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit abtastet.
Um eine einfache Verschiebung der Bragg-Wellenlänge in Bezug auf diejenige, die durch die Phasenmaske bereitgestellt wird, zu liefern, ist es bevorzugt, daß die relative Position der Maske und des Wellenleiters so variiert wird, daß die relative lineare Verschiebung der Maske und des Wellenleiters linear in Bezug zu dem Abstand eines gerade bestrahlten Bereiches des Wellenleiters entlang dem Wellenleiter steht. Dies kann bequem dort erreicht werden, wo die Schreibabtastung eine gleichmäßige Geschwindigkeit hat, indem man die Maske und den Wellenleiter mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit relativ zueinander verschiebt.
Um ein linear moduliertes Gitter bereitzustellen, ist es bevorzugt, daß die relative Position der Maske und des Wellenleiters so variiert wird, daß die relative lineare Verschiebung der Maske und des Wellenleiters in linearer Beziehung zu dem Quadrat des Abstandes eines gerade bestrahlten Bereiches des Wellenleiters entlang dem Wellenleiter steht. Dies kann wiederum bequem dort erreicht werden, wo die Schreibabtastung eine gleichmäßige Geschwindigkeit hat, indem man die Maske und den Wellenleiter mit einer gleichmäßigen Beschleunigung relativ zueinander verschiebt.
Um dem Gitter eine Apodisation zu verleihen, ist es bevorzugt, daß die relative Position der Maske und des Wellenleiters durch ein oszillierendes Zitterteil variiert wird. Dieses Teil kann über andere Bewegungsteile, wie solche, die oben beschrieben sind, gelegt werden. In gleicher Weise können die anderen verschiedenen Verschiebungsteile über benachbarten Abschnitten des Wellenleiters angeordnet sein oder auf diese angewendet werden.
Vorzugsweise variiert die Größe des Zitterteils entlang der Länge des Gitters. Obwohl zur Herstellung sogenannter "Superstruktur"-Gitter eine modulierte Apodisation eingesetzt werden kann, nimmt insbesondere bei einer bevorzugten Ausführungsform die Größe des Zitterteils mit dem Längsabstand von einem mittigen Bereich des Gitters zu. Dies kann die Seitenkeulenreflexion der Gitter verringern.
Die Erfindung liefert auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters mit
einer Einrichtung, die nach und nach einen Lichtschreibstrahl durch eine Maske auf Bereiche eines lichtempfindlichen optischen Wellenleiters richtet, um entsprechende Bereiche des Gitters zu erzeugen, und
einer Einrichtung zum derartigen Bewegen der Maske und/oder des Wellenleiters, daß die relative Position der Maske in Bezug auf den Wellenleiter variiert, wenn unterschiedliche Bereiche des Gitters erzeugt werden.
Bevorzugte Merkmale jedes Gesichtspunkts der Erfindung sind gleichermaßen auf andere Gesichtspunkte der Erfindung anwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, welches das Reflexionsspektrum eines Prototyps eines Zwei-Wellenlängengitters, hergestellt unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 1, erläutet
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von einer Wellenlängenverschiebung für Prototypengitter erläutert;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, welches das Reflexionsspektrum für ein 1 cm langes gleichmäßiges Fasergitter, welches unter Verwendung der zuvor vorgeschlagenen Techniken hergestellt wurde, erläutert;
Fig. 5a und 5b sind schematische Diagramme, welche die Reflexionsspektren für ein 1 cm langes apodisiertes Gitter und ein 1 cm langes gleichmäßiges Gitter zeigen;
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm, welches das Reflexionsspektrum eines apodisierten wellenlängenmodulierten Gitters zeigt; und
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, welches die Verteilungscharakteristiken des apodisierten wellenlängenmodulierten Gitters aus Fig. 6 zeigt.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters.
Ein ultravioletter (UV) Schreibstrahl 10 von 100 mW cw (Milliwatt kontinuierliche Welle) Leistung bei 244 nm (Nanometer) Wellenlänge wird durch einen frequenzverdoppelten Argonlaser (nicht dargestellt) erzeugt. Der Schreibstrahl 10 wird stetig von einem Abtastspiegel 20 (der von einem Schrittmotor angetrieben wird - nicht dargestellt) über eine Nullphasenmaske 30 nullter Ordnung, welche wiederum über einer lichtempfindlichen optischen Faser 40 angeordnet ist, abgetastet.
Während des Abtastvorgangs, wird die Faser 40 langsam in Längsrichtung relativ zu der Maske 30 bewegt, wodurch eine Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Faserverschiebung bewirkt wird, welche dem Fasergitter, welches geschrieben wird, hinzugefügt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Faserbewegung durch Befestigung der Faser an einem piezoelektrischen Überträgerverschiebetisch 50 (PZT) geliefert, welche in der Lage ist, eine Verschiebung in Längsrichtung von bis zu etwa 20 um (Mikrometer) zu liefern. Ein Beispiel für eine geeignete PZT-Vorrichtung ist von der Physik Instruments GmbH & Co. erhältlich. Insbesondere kann ein zweiachsiger Piezoabtasttisch Physik Instrument P-731-11 zusammen mit einem Niederspannungspiezoantrieb Physik Instrument P-864.11, einer kapazitiven Sensorschaltplatte Physik Instrument E-850.00 und einem Piezosteuermodul Physik Instrument E-802.00 verwendet werden. Der oben spezifizierte Abtasttisch hat eine Auflösung von etwa 1 nm und eine Positionsgenauigkeit von etwa 0,05%. Die Vorrichtung umfaßt auch einen kapazitiven Rückkopplungspositionssensor, so daß die Verschiebung der PZT-Vorrichtung durch herkömmliche außen liegende Steuerelektronik, wie solche, die oben spezifiziert wurde, gesteuert werden kann.
Es ist klar, daß die relative Bewegung der Faser und der Maske die auf das Gitter aufgebrachte Phasenverschiebung bestimmt. Dementsprechend kann, obwohl sich in Fig. 1 die Faser gegen über einer stationären Maske bewegt, die Maske bei alternativen Ausführungsformen in Bezug zu einer stationären Faser bewegt werden. Alternativ können sowohl die Faser als auch die Maske bewegt werden. Bei der vorliegenden Beschreibung wird jedoch davon ausgegangen, daß die Maske festgehalten und die Faser bewegt wird, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Eine gleichmäßige Geschwindigkeit der Faser 40 in Fig. 1 resultiert in einer einfachen Verschiebung der Bragg-Wellenlänge. Wenn λ&sub0; die unverschobene Bragg-Wellenlänge ist und vf und vsc die Faser- bzw. Abtaststrahlgeschwindigkeiten mit vf < < vsc (dem hier interessierenden Fall) sind, ist die Bragg-Wellenlängenverschiebung Δλ des resultierenden Gitters, das daraus erhalten wird, wenn die Faserposition bezüglich der Maske fest ist, durch Δλ = λ&sub0; vf/vsc gegeben. Somit muß sich die Faser für eine Verschiebung um etwa 1 nm nur mit etwa 0,1% der Abtastgeschwindigkeit bewegen.
Als ein Beispiel für diese Technik wurde ein Doppelwellenlängengitter unter Verwendung einer einzelnen gleichmäßigen Phasenmaske hergestellt. Ein Doppelwellenlängengitter ist eines, welches einen Bereich mit einer ersten Bragg-Wellenlänge, angrenzend an einen Bereich mit einer zweiten Bragg-Wellenlänge hat.
Fig. 2 zeigt das Reflexionsspektrum eines Prototyps eines Doppelwellenlängengitters, das unter Verwendung einer lichtempfindlichen Bor-Germanium-Faser geschrieben wurde. Für diesen Prototyp betrug die Geschwindigkeit des Abtaststrahls 37 um/s, und die Fasergeschwindigkeit war 0,01 um/s für die erste Hälfte der Schreibzeit, wobei für die zweite Hälfte der Schreibzeit auf -0,01 um/s gewechselt wurde. Die Gesamtlänge des Gitters betrug 1 cm (Zentimeter). Fig. 2 zeigt die zwei Reflektivitätsmaxima, die mit dieser Technik erhalten wurden.
Bei großen Wellenlängenverschiebungen neigt die Gitterstabilität dazu abzunehmen, da die Indexmodulation durchschnittlich oder "ausgewaschen" wird, wenn sich die Faser zu schnell durch das von der Phasenmaske gebildete Interferenzmuster bewegt. Tatsächlich hat die Brechungsindexmodulation Δn die folgende Abhängigkeit von vf:
Δn = sin(πD vf/ vsc)/(πD vf/ vsc) = sin(2neff π D Δ λ/λ²&sub0;)/(2neff π D Δ λ /λ²&sub0;),
worin D der Schreibstrahldurchmesser, der Fasergitterabstand und neff der effektive Brechungsindex (2neff = λ&sub0;) ist.
Das oben angegebene Verhältnis wurde durch Schreiben von schwachen (< 20% Reflexionsvermögen) Gittern mit verschiedenen Wellenlängenverschiebungen und Aufzeichnung von deren Reflexionsvermögen R, welche eine Δn²-Abhängigkeit haben werden, verifiziert. Fig. 3 zeigt die experimentellen Werte, die gegenüber der aus der oben angegebenen Formel erwarteten sinc²-(d. h. sinx/x) Kurve aufgetragen sind, und zeigt, daß die experimentellen Reflexionsdaten gut zu dem oben angegebenen Verhältnis für den (gemessenen) Strahldurchmesser D von etwa 350 um passen.
Es geht ebenfalls aus der oben angegebenen Gleichung hervor, daß Δn gegen Null geht, wenn vf = vsc/D oder Δ = Δ²/D (wobei Δ / = Δλ/λ&sub0;). Dementsprechend zeigt die Gleichung, daß die maximal erreichbare Wellenlängenverschiebung theoretisch nur von dem Strahldurchmesser D abhängig ist. Physikalisch entspricht dieser Zustand einfach dem Fall, bei dem sich ein Punkt in der Faser um einen Gitterabstand während der Zeit Dlv~ bewegt, während der Abtaststrahl darüberstreicht, was in einer räumlichen Ausmitttelung der Indexabweichung resultiert. Auf der anderen Seite sind größere Wellenlängenauslenkungen von bis zu mehreren nm erreichbar, indem man einfach den Schreibstrahldurchmesser reduziert.

Apodisation

Unabhängig von einer Verschiebung der Bragg-Resonanzwellenlänge durch gleichmäßige Bewegung der Faser in einer einzigen Richtung kann auch eine sogenannte "reine" Apodisation auf das Gitter angewendet werden, indem man die Faser einfach zurück und vor zittert, während der Schreibstrahl abtastet.
In einem Beispiel wurde die Größe des Zitterns so eingestellt, daß es linear von der Hälfte des Gitterabstands an den Gitterenden herab bis zu keinem Zittern in der Mitte des Gitters abnahm. Dies erzeugt ein kosinusförmiges Apodisationsprofil.
Bei Verwendung dieser Technik zur Apodisation des Gitters ist, da der durchschnittliche UV- Teilchenfluß, welcher die Faser erreicht, über die gesamte Länge des Gitters der gleiche ist, der durchschnittliche Brechungsindex unabhängig von der Position entlang des Gitters, und nur die Indexmodulation variiert, d. h. nur Δn wird moduliert. Hierdurch wird, was man als einen "reinen" Apodisationseffekt bezeichnet, erzeugt, der im Gegensatz zu einem apodisierten Gitter steht, welches durch ältere Techniken hergestellt wurde, bei denen der durchschnittliche Index entlang der Länge des Gitters variiert.
Fig. 4 zeigt das Reflexionsspektrum eines gleichmäßigen Gitters, und die Fig. 5a und 5b zeigen das entsprechende Spektrum, das man bei vorhandener Apodisation erhält, wobei ihre Effektivität der Reduzierung der Seitenkeulengrößen gezeigt ist.
Mit Apodisation ist das Reflexionsvermögen üblicherweise schwächer (da die effektive Gitterlänge geringer ist), weshalb für einen ausgeglicheneren Vergleich ein gleichmäßiges Gitter geschrieben wurde, um das gleiche maximale Reflexionsvermögen und die gleiche Bandbreite wie für das apodisierte zu haben. In Fig. 5a ist das Spektrum des apodisierten Gitters (dicke Kunre) zum Vergleich über das Spektrum des gleichmäßigen Gitters des gleichen maximalen Reflexionsvermögens und der gleichen Bandbreite gelegt. Fig. 5b zeigt das Reflexionsvermögen des gleichen apodisierten Gitters, jedoch ohne die darüber gelegte Kurve des gleichmäßigen Gitters.
Man kann sehen, daß die Seitenkeulen des apodisierten Spektrums mehr als 25 dB (Dezibel) unterhalb des Hauptmaximums und 13 dB unterhalb dessen des gleichmäßigen Gitters liegen. Diese Ergebnisse wurden durch einfaches Zitter der relativen Position der Faser und der Phasenmaske erzielt, sie sind jedoch mit den Ergebnissen von Albert et al. (Literaturstelle 6, unten), welche mit einer speziellen Phasenmaske mit variabler Beugungswirkung erzielt wurden, vergleichbar.
In einer anderen Anwendung konnten sogenannte "Superstruktur"-Gitter hergestellt werden, bei denen die Größe des Zittersignals (und wiederum die Apodisation) entlang der Länge des Gitters mit einer Modulationsperiode, die viel größer ist als die Gitterperiode, moduliert ist.

Wellenlängenmodulierte Gitter

Anstatt auf die Faser eine konstante Geschwindigkeit anzuwenden, um eine Wellenlängenverschiebung zu erzeugen, ist es auch möglich, wellenlängenmodulierte Gitter herzustellen, indem man die Geschwindigkeit der Faser in Bezug auf die Maske variiert.
In einem Beispiel kann durch einfache lineare Veränderung (lineare Erhöhung oder Verringerung) der Geschwindigkeit der Faser während der Abtastzeit ein linear wellenlängenmoduliertes Gitter hergestellt werden. Fig. 6 zeigt schematisch das Reflexionsspektrum eines Beispielprototyps, wobei ein 1,5 cm langes apodisiertes wellenlängenmoduliertes Gitter auf diese Weise hergestellt wurde. Die Bandbreite des Gitters aus Fig. 6 beträgt 0,82 nm, und das maximale Reflexionsvermögen ist etwa 40%.
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, das die Verteilungscharakteristiken des apodisierten wellenlängenmodulierten Gitters aus Fig. 6 zeigt. Dieses Diagramm demonstriert, daß das Gitter eine durchschnittliche Zeitverzögerungssteigung über eine Bandbreite von etwa 170 ps/nm (Pikosekunden pro Nanometer) hat.
Jedoch können zusätzlich zu linear wellenlängenmodulierten Gittern andere nicht lineare Wellenlängenmodulationsfunktionen leicht auf das Gitter angewendet werden, indem man einfach das Geschwindigkeitsprofil der Faser während des Abtastens verändert. Tatsächlich ist es im Prinzip möglich, mit diesem Verfahren eine mangelhafte Phasenmaske auszugleichen und gleichzeitig Gitter mit guter Qualität herzustellen, vorausgesetzt, daß die Mängel vorher charakterisiert werden. Eine Implementierung diskreter Phasenverschiebungen, zum Beispiel für Laserstrukturen vom verteilten Rückkopplungstyp (DFB), welche eine Phasendiskontinuität, mehrere Phasenverschiebungen oder einen wellenlängenmodulierten Bereich innerhalb des Gitters erfordern, kann ebenfalls erhalten werden, indem man einfach die Faser und/oder die Phasenmaske um den gewünschten Betrag zur geeigneten Zeit während des Abtastens verschiebt.
Zusammenfassend verleiht die Technik des Abtaststrahls mit bewegter Faser/Phasenmaske zur Herstellung von Gittern aus einer gleichmäßigen Phasenmaske dem Phasenmaskenansatz eine beträchtliche Flexibilität und ermöglicht, daß komplexe Gitterstrukturen einfach geschrieben werden können, indem man die Faser in der geeigneten Art und Weise relativ zu der Maske bewegt. Mehrfachwellenlängengitter, "reine" Apodisation und gesteuerte Wellenlängenmodulation wurden alle erfolgreich anhand von Prototypengittern demonstriert.
Die oben beschriebenen Techniken können so miteinander kombiniert werden, daß ein wellenlängenmoduliertes apodisiertes Gitter (wie dasjenige, welches in Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben ist) hergestellt werden kann, indem man eine Zitterbewegung über einen stetig ansteigenden Geschwindigkeitsanteil legt. Tatsächlich kann jede Kombination von Wellenlängenverschiebung, Wellenlängenmodulation und Apodisation für eine bestimmte Phasenmaske eingestellt werden, indem man die Bewegungsanteile entsprechend den oben beschriebenen Effekten kombiniert.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß der Laserschreibstrahl die Maske mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit vsc abtastet. Daraus folgt, daß eine einfache Wellenlängenverschiebung eine gleichmäßige Masken/Faser-Verschiebungsgeschwindigkeit erfordert, eine Wellenlängenmodulation eine stetig linear ansteigende Masken/Faser- Verschiebungsgeschwindigkeit erfordert und Apodisation durch einen symmetrischen Zitteroszillationsanteil (obwohl ein asymmetrisches Zittern verwendet werden könnte, falls es erwünscht ist) erzielt werden kann. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die Techniken in gleicher Weise anwendbar sind, wenn die Bestrahlung durch den Schreibstrahl nicht durch eine Abtastung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erfolgt. Zum Beispiel könnte die Schreibstrahlbestrahlung durch eine Abtastung mit einer nicht gleichmäßigen Geschwindigkeit erfolgen oder könnte sogar durch Punktbestrahlungen, die nicht einen einzigen kontinuierlichen abgetasteten Weg bilden, erfolgen. In diesen Fällen kann der richtige relative Verschiebungsweg der Maske und der Faser routinemäßig durch die einfache Regel erzielt werden, daß die auf das Gitter angewendete Phasenverschiebung in Bezug auf diejenige, die zu jeder Zeit während des Schreibvorgangs von der Maske geliefert wird, proportional zu der Verschiebung der Faser in Bezug auf die Maske ist.
Dementsprechend liefern Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung optischer Wellenleitergitter, wie Innenfasergitter. Die Gitter werden optisch hergestellt, wobei eine Phasenmaske von einem Laserschreibstrahl unter Erzeugung des Gittermusters abgetastet wird. Der Wellenleiter und die Phasenmaske werden während des Schreibvorgangs in Bezug zueinander bewegt, um die Gittereigenschaften über die Länge des Gitters zu variieren. Eine relative Bewegung in einer einzelnen Richtung liefert eine Veränderung des Gitterabstandes und kann somit dazu verwendet werden, modulierte oder Mehrfachwellenlängengitter herzustellen. Bidirektionales Zittern verändert die Stärke des Gitters und kann somit dazu verwendet werden, apodisierte Gitter herzustellen.
Die oben beschriebenen Beispiele beziehen sich in erster Linie auf optische Fasern, es ist jedoch klar, daß die Techniken auch auf andere Arten von Wellenleitern, wie planare Wellenleiter, anwendbar sind.

Literatur

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Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters, bei dem ein Lichtschreibstrahl (10) nach und nach durch eine Maske (30) auf Bereiche eines lichtempfindlichen optischen Wellenleiters (40) geschickt wird, um entsprechende Bereiche des Gitters zu erzeugen, gekennzeichnet durch die Stufe, in der man die Maske und/oder den Wellenleiter so bewegt (50), daß die relative Position der Maske in bezug auf den Wellenleiter in dessen Längsrichtung während des Bestrahlens variiert, wenn unterschiedliche Bereiche des Gitters erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wellenleiter (40) eine optische Faser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Lichtschreibstrahl (10) in Längsrichtung entlang eines Teils des Wellenleiters (40) abtastet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Lichtschreibstrahl (10) entlang eines Teils des Wellenleiters (40) mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit abtastet.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die relative Position der Maske (30) und des Wellenleiters (40) so variiert wird, daß die relative lineare Verschiebung der Maske und des Wellenleiters linear in bezug zu dem Abstand eines gerade bestrahlten Bereiches des Wellenleiters entlang dem Wellenleiter steht.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die relative Position der Maske (30) und des Wellenleiters (40) so variiert wird, daß die relative lineare Verschiebung der Maske und des Wellenleiters in linearer Beziehung zu dem Quadrat des Abstandes eines gerade bestrahlten Bereiches des Wellenleiters entlang dem Wellenleiter steht.

7. Verfahren nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 4, bei dem die relative Position der Maske und des Wellenleiters mit im wesentlichen gleichmäßiger linearer Geschwindigkeit variiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 4, bei dem die relative Position der Maske und des Wellenleiters mit einer im wesentlichen gleichmäßigen linearen Beschleunigung variiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die relative Position der Maske und des Wellenleiters durch ein oszillierendes Zitterteil variiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Größe des Zitterteils entlang der Länge des Gitters variiert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Größe des Zitterteils mit dem Längsabstand von einem mittigen Bereich des Gitters zunimmt.

12. Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Wellenleitergitters mit einer Einrichtung, die nach und nach einen Lichtschreibstrahl (10) durch eine Maske (30) auf Bereiche eines lichtempfindlichen optischen Wellenleiters (40) richtet, um entsprechende Bereiche des Gitters zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50) zum derartigen Bewegen der Maske und/oder des Wellenleiters, daß die relative Position der Maske in bezug auf den Wellenleiter in dessen Längsrichtung während des Bestrahlens variiert, wenn unterschiedliche Bereiche des Gitters erzeugt werden.