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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufzeichnen
eines Brechungsindex-Musters in einem optischen Medium und besitzt eine
spezielle Anwendung beim Bilden eines Brechungsindex-Beugungsgitters
in einem optischen Wellenleiter, etwa in einer Lichtleitfaser.
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Hintergrund
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Es
ist bekannt, dass der Brechungsindex einer Lichtleitfaser geändert werden
kann, indem sie Licht mit hoher Intensität ausgesetzt wird. Mit Germanium
dotierte Fasern besitzen eine derartige Lichtempfindlichkeit, insbesondere
in Reaktion auf Ultraviolett(UV)-Strahlung, und der Effekt kann
verwendet werden, um ein so genanntes Brechungsindex-Beugungsgitter
in der Faser zu bilden. Es wird Bezug genommen auf K. O. Hill u.
a., "Photosensitivity
in Optical Waveguides: Application to Reflection Filter Fabrication", Applied Physics
Letters Bd. 32, Nr. 10647 (1978). Das Beugungsgitter kann gebildet
werden, indem ein optisches Interferenzmuster mit zwei Interferenzstrahlen
erzeugt wird und die Lichtleitfaser mit dem Interferenzmuster belichtet
wird, um das Muster in der Faser aufzuzeichnen. Das Interferenzmuster kann
gebildet werden, indem ein Lichtstrahl in Längsrichtung durch die Faser
geleitet wird und längs
seines Wegs durch die Faser reflektiert wird, um ein Stehwellenmuster
zu erzeugen, das in der Faser auf Grund ihrer Lichtempfindlichkeit
aufgezeichnet wird. Es ist schwierig, dieses Verfahren in der Praxis
zu steuern und es gibt eine Begrenzung der Länge der Faser, die auf diese
Weise belichtet werden kann.
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Bei
einem alternativen Verfahren werden Strahlen, die von einer kohärenten Quelle,
wie etwa ein Laser, abgeleitet werden, quer zur Länge der
Faser gerichtet, damit sie sich gegenseitig beeinflussen und außerhalb
der Faser ein Interferenzmuster erzeugen, das in der Faser in Folge
ihrer Lichtempfindlichkeit aufgezeichnet wird. Ein Block zum Erzeugen eines
externen Interferenzmusters für
diesen Zweck ist im Patent EP-A-0 523 084 beschrieben.
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Ein
anderer Weg zum Bilden des Beugungsgitters besteht in der Verwendung
der Phasenmaske, wobei das gewünschte
Amplitudenmuster als ein Maskenmuster holographisch aufgezeichnet
wird. Die Phasenmaske wird angrenzend an die Faser angeordnet und
mit Laserlicht beleuchtet, um die Faser mit dem holographischen
Muster zu belichten. Es erfolgt eine Bezugnahme auf K. O. Hill u.
a., "Bragg Grating
Fabricated in Monomode Photosensitive Fibre by u.v. Exposure through
a Phase Mask", Applied Physics
Letters, Bd. 62, Nr. 10, 1035 (1993) und außerdem auf R. Kashyab u. a., "Light-sensitive optical fibres
and planar waveguides",
BT Technol. J. Bd. 11, Nr. 2 (1993).
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Für einen
allgemeinen Überblick über Brechungsindex-Beugungsgitter
erfolgt eine Bezugnahme auf "Photosensitive
Optical Fibres: Devices and Applications", R. Kashyab, Optical Fibre Technology 1,
17–34
(1994).
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Ein
Problem bei den Techniken des Standes der Technik besteht darin,
dass eine Begrenzung der Länge
des Brechungsindex-Beugungsgitters, das gebildet werden kann, vorhanden
ist. Bei der Technik, die im Patent EP-A-0 523 084 beschrieben ist,
ist die Länge
der Faser, die zu einem Zeitpunkt mit dem Beugungsgittermuster belichtet
wer den kann, durch die Breite des Blocks, der das externe Interferenzmuster
erzeugt, und die Kohärenz
des Strahls begrenzt und liegt typischerweise in der Größenordnung
von 1 cm. Wenn eine Phasenmaske verwendet wird, ist das holographische
Muster hauptsächlich durch
die Länge
der Phasenmaske und die Breite des Strahls aus kohärentem Licht,
das zum Beleuchten der Maske verwendet wird, begrenzt. In der Praxis
ist die Breite auf einen Wert in der Größenordnung von 1 cm begrenzt,
obwohl Versuche mit längeren Beugungsgittern
durch eine Technik der wiederholten Abtastung ausgeführt wurden,
wie durch J. Martin u. a. in "Novel
Writing Technique of Long Highly Reflective in Fibre Gratings and
Investigation of the linearly Chirped Component" Proc. Conference on Optical Fibre Communications,
OFC '94 (nach Redaktionsschluss
erschienenes Dokument) PD29-1, 138, 1994 beschrieben wurde.
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Brechungsindex-Beugungsgitter,
die als Bragg-Beugungsgitter arbeiten, besitzen viele Anwendungen
in optischen Datenübertragungssystemen,
wie oben durch Kashyab erläutert
ist, und können
insbesondere als Wellenlängenfilter
verwendet werden. Die Bandbreite des Filters ist eine Funktion der
Länge des
Beugungsgitters längs
der Faser und es ist deshalb erwünscht,
dass Beugungsgitter mit größeren Längen gebildet
werden können.
Das hat sich bisher als schwierig erwiesen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine alternative Art der Aufzeichnung
eines Brechungsindex-Musters in einem optischen Medium, die ermöglicht,
dass viel längere
Beugungsgitter gebildet werden können. In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird gemäß einem
ersten Aspekt eine Vorrichtung geschaffen, die im Anspruch 1 angegeben
ist.
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Die
Erfindung besitzt eine besondere Anwendung beim Aufzeichnen von
Brechungsindex-Beugungsgittern in optischen Wellenleitern, wie etwa
Lichtleitfasern.
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Die
Mittel zum Erzeugen des Musters können eine Phasenmaske enthalten,
die um eine Mittelachse längs
eines im Wesentlichen kreisförmigen Wegs
angeordnet ist, so dass das Muster bei einer Drehung der Maske wiederholt
aufgezeichnet wird. Bei Lichtleitfasern kann das Muster in Längsrichtung über die
Länge der
Faser aufgezeichnet werden, um ein Beugungsgitter mit größerer Länge, z.
B. in der Größenordnung
von einem Meter oder mehr zu bilden.
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Die
Phasenmaske kann ferner auf einer Drehscheibe gebildet werden. Alternativ
kann die Phasenmaske auf der Oberfläche eines zylindrischen Elements
aufgezeichnet werden, wobei die Vorrichtung so beschaffen ist, dass
Strahlung von innerhalb gerichtet werden kann, um das optische Muster
außerhalb
zu bilden.
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Das
Drehelement kann aus Siliciumoxid hergestellt sein und die Phasenmaske
kann räumlich
periodische Welligkeiten aufweisen, die in einer Oberfläche des
Elements ausgebildet sind.
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Die
Erfindung enthält
außerdem
ein Verfahren zum Aufzeichnen eines Brechungsindex-Musters in einem
optischen Medium unter Verwendung einer Vorrichtung, wie in den
beigefügten
Ansprüchen
angegeben ist.
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Dadurch
können
gemäß der Erfindung
Muster mit größerer Länge in dem
Medium aufgezeichnet werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Damit
die Erfindung vollständiger
verstanden werden kann, werden ihre Ausführungsformen beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Draufsicht einer ersten Vorrichtung zum Aufzeichnen
eines Brechungsindex-Musters in einer Lichtleitfaser ist;
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
längs einer
Linie A-A'-A''-A''' von 1 ist;
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3 eine
schematische Darstellung der Scheibe von 1 ist, um
die radiale Anordnung der auf der Scheibe aufgezeichneten Phasenmaske
zu erläutern;
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4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung
ist;
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5 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung
ist;
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6 eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung
ist;
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7 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung ist;
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8 eine
Darstellung einer Faser ist, die ein Brechungsindex-Beugungsgitter
enthält,
das gemäß der Vorrichtung
von 7 gebildet ist;
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9 eine
schematische Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Aufzeichnen eines Brechungsindex-Beugungsgitters in einer Lichtleiterfaser
ist; und
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10 eine
Schnittansicht der in 9 gezeigten Vorrichtung ist.
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Die
Anordnung n, die in den 7 und 8 gezeigt
sind, sind lediglich für
Erläuterungszwecke enthalten
und liegen nicht im Umfang der Ansprüche.
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Genaue Beschreibung
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In 1 wird
ein optisches Brechungsindex-Beugungsgitter in einer lichtempfindlichen
Lichtleitfaser 1 mittels eines optischen Interferenzmusters aufgezeichnet,
das durch die Verwendung einer Phasenmaske 2, die in einer
Drehscheibe 3 aufgezeichnet ist, erzeugt wird. 2 zeigt
einen Schnitt durch die Scheibe längs der Linie A-A'-A''-A''' von 1. In 2 ist
die Phasenmaske deutlicher zu sehen und enthält eine Reihe von sich radial
erstreckende Nute 4, die in die Oberfläche der Scheibe geschnitten
sind, damit sie als ein Beugungsgitter wirken. Die Scheibe wird
mit kohärentem
Licht von einem ortsfesten Laser beleuchtet, der bei einer UV-Wellenlänge von
z. B. 244 nm arbeitet, wie durch Pfeile B dargestellt ist. Die seitliche
Erstreckung der Beleuchtung ist in 1 durch
einen Kreis 5, der mit einer gestrichelten Umrisslinie
gezeigt ist, veranschaulicht. Die Scheibe 3 ist aus einem
Werkstoff hergestellt, der für
das UV-Licht von dem Laser durchlässig und vorzugsweise aus geschmolzenem
Siliciumoxid mit einem Brechungsindex n = 1,46 gebildet ist. Bei
einem typischen Beispiel besitzt die Scheibe einen Radius R von
40 mm und eine Dicke x = 3 mm. Die Nute 4 können durch Techniken
gebildet werden, die an sich herkömmlich sind, wie etwa Elektronenstrahl-Lithographie
und selektives Ätzen
oder durch Photolithographie unter Verwendung einer Maske, woraufhin
selektives Ätzen
folgt. Für
weitere Einzelheiten dieser herkömmlichen
Techniken erfolgt eine Bezugnahme auf C. Dix und B. F. McKee, J.
Vac. Science Technology, Bd. 10, Nr. 6, S. 266–267 (1992). Eine typische
Tiefe der Nute 4 beträgt
0,26 μm,
wobei die räumliche
Periodizität Λ des in 2 gezeigten
Musters in der Größenordnung
von 1 μm
liegt.
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Das
Laserlicht, das auf die Scheibe 3 in der Richtung B auftrifft,
wird durch das Phasenmaskenmuster 2 gebeugt, um einen ersten
und einen zweiten Beugungsstrahl 6, 7 zu bilden,
die überlappen und
im Bereich C ein Beugungsmuster bilden. Die Lichtleitfaser 1 erstreckt
sich durch den Bereich des Beugungsmusters. Die Lichtleitfaser enthält einen Kern 8,
der durch eine Umhüllung 9 umgeben
ist, die einen kleineren Brechungsindex als der Kern besitzt. Die
Faser ist typischerweise eine Siliciumoxidfaser und besitzt einen
lichtempfindlichen Kern, der gleichzeitig mit Ge und B dotiert sein
kann. Der Kern ist lichtempfindlich auf das UV-Licht von dem Laser
bei einer Wellenlänge
von 244 nm. Folglich wird das Brechungsindex-Muster in dem Kern 8 der
Faser 1 in einer an sich wohlbekannten Weise aufgezeichnet,
um ein Brechungsmuster zu bilden, das in 2 in der gestrichelten
Umrisslinie gezeigt ist und eine Reihe von Bereichen mit verhältnismäßig großem und
kleinem Brechungsindex 10a, 10b über die
Länge des belichteten
Bereichs der Faser enthält.
Es erfolgt eine Bezugnahme auf G. Meltz u. a. "Formation of Bragg Gratings and Optical
Fibres by Transverse Holographic Method" Opt. Lett. Bd. 14, Nr. 15823 (1989) für eine allgemeine
Erläuterung
der Aufzeichnung des Brechungsindex-Musters in dem Beugungsgitter. Der
Durchmesser des Kerns 8 der Faser kann in der Größenordnung
von 8 μm
liegen und der Außendurchmesser
der Umhüllung 9 kann
in der Größenordnung
von 125 μm
liegen. Die Länge
der Faser C, die mit dem Interferenzmuster belichtet wird, kann
in der Größenordnung
von 1 mm liegen.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht,
dass das Brechungsindex-Beugungsgitter
in viel größere Abschnitte
der Faser als der Bereich C geschrieben werden kann. In 1 ist
die Scheibe 3 drehbar um eine Mittelachse 11 in
der Richtung des Pfeils D angebracht und wird durch einen (nicht
gezeigten) Motor angetrieben. Die Phasenmaske 2 ist in
einer kreisförmigen
ununterbrochenen Schleife angeordnet, die zu der Achse 11 der
Drehung der Scheibe 3 konzentrisch ist. Somit verläuft die
Scheibe, wenn sie gedreht wird, durch den feststehenden Beleuchtungsbereich 5,
der durch den Laser erzeugt wird, und folglich wird ein bewegliches
Interferenzmuster in dem Bereich 5 gebildet, wobei das
Muster bei der gleichen Rate gedreht wird wie die Scheibe 3.
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Die
Lichtleitfaser 1 wird so durch den Bereich 5 bewegt,
dass sie mit dem sich drehenden Interferenzmuster synchron ist.
Zu diesem Zweck wird die Lichtleitfaser durch eine Riemenscheibe 12 gezogen, die
durch einen Motor 13 über
Führungswalzen 14, 15 angetrieben
wird, die an einem gemeinsamen Träger 16 angebracht
sind. Die Faser 1 begrenzt einen Radius R1 in
Bezug auf die Achse 11 der Scheibe 3. Um einen
Gleichlauf des sich drehenden Interferenzmusters und der sich bewegenden
Faser 1 zu erreichen, muss die fol gende Bedingung erfüllt sein: ωR1 = νwobei ν die Bewegungsgeschwindigkeit
der Faser 1 in Richtung E ist und ω die Rotationsrate der Scheibe 3 ist.
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Die
Geschwindigkeit ν der
Faser und die Rotationsrate ω der
Scheibe werden so ausgewählt, dass
eine ausreichende Belichtungszeit der Faser mit dem Interferenzmuster 5 geschaffen
wird, um eine zufrieden stellende Aufzeichnung des Musters in dem
Faserkern 8 zu erreichen. In einem Beispiel wurde die Fasergeschwindigkeit ν so gewählt, dass eine
Faserbelichtungszeit in der Größenordnung
von mehreren Minuten pro mm erzeugt wurde.
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Die
räumliche
Periodizität
des Musters, das in der Faser aufgezeichnet wird, kann eingestellt
werden, indem der Träger 16,
der in 1 gezeigt ist, zur Scheibe radial nach innen oder
nach außen
bewegt wird. Das wird nun unter Bezugnahme auf 3 genauer
erläutert,
die zwei radiale Nute 4 der Phasenmaske 2 vergrößert zeigt,
die um einen kleinen Winkel δθ voneinander
beabstandet sind. Bei einem bestimmten Radius R0 wird
die räumliche
Periodizität des
Musters Λ0 angegeben durch: R0δθ = Λ0
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Für einen
etwas größeren Radius
R' wird die räumliche
Periodizität Λ' gleichfalls angegeben durch: R'δθ = Λ'
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Somit
kann gezeigt werden, dass gilt Λ' = (R'/R0)Λ0
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Demzufolge
kann die räumliche
Periodizität Λ' des Musters ausge wählt werden,
indem die Scheibe 3 radial nach innen oder nach außen bewegt
wird. In der Ausführungsform
von 1 wird dies mittels des beweglichen Trägers 16 erreicht,
der ermöglicht, dass
die Faser 1 nach innen oder nach außen verschoben werden kann,
um die gewünschte
räumliche Periodizität der Phasenmaske
und somit des Musters, das in der Faser aufgezeichnet wird, auszuwählen. Das
kann für
eine Feinabstimmung des Musters, das in der Faser aufgezeichnet
wird, oder wenn eine Bewegung über
größere Strecken
erfolgt, zum Auswählen
der Periodizität
selbst verwendet werden. In 3 sind drei
Bänder
des radialen Phasenmaskenmusters 2 gezeigt, die mit 2a,
b und c bezeichnet sind, um Brechungsindex-Beugungsgitter in dem
Bereich von 1,5 μm,
1,3 μm bzw.
0,85 μm
aufzuzeichnen. Der entsprechende Wert von Λ für das Maskenmuster betrug 1,066 μm, 0,904 μm bzw. 0,579 μm.
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4 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform,
bei der die Phasenmaske 2 auf der äußeren Oberfläche eines
zylindrischen Hohlkörpers 17 aufgezeichnet
ist, der durch einen Motor 18 in der Richtung des Pfeils
D gedreht wird. Der Körper 17 ist für das UV-Beleuchtungslicht
von dem (nicht gezeigten) Laser durchlässig, das auf einem Weg B auf
einen Spiegel 19 in dem Körper 17 gerichtet
ist, damit es durch den Körper
nach außerhalb
hiervon reflektiert wird, so dass das Phasenmaskenmuster radial außerhalb
des zylindrischen Körpers 17 gebildet wird.
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Die
Faser 1 wird längs
eines Wegs, der mit der äußeren Oberfläche des
Körpers 17 in
Kontakt ist, bewegt, so dass das Interferenzmuster in der Faser
aufgezeichnet wird. Wie in 1 wird die
Faser durch eine Riemenscheibe 12, die durch einen Motor 13 angetrieben
wird, gezogen. Die Geschwindigkeit des Motors 13 kann über eine
elektri sche Leitung 20 durch Steuermittel 21,
die dem Motor 18 zugeordnet sind, gesteuert werden, um
einen Gleichlauf zwischen dem sich drehenden Interferenzmuster,
das durch die Phasenmaske erzeugt wird, und der Antriebsgeschwindigkeit
für die
Faser 1 aufrechtzuerhalten. Die Anordnung von 4 besitzt
den Vorteil, dass die Faser auf Grund der Tatsache, dass sie bei einem
konstanten Radius relativ zu der Drehachse des Körpers 17 gehalten
wird, während
einer längeren
Zeitperiode als in der Anordnung von 1 belichtet
werden kann.
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Viele
Variationen und Modifikationen an den oben beschriebenen Vorrichtungen
sind möglich.
In der Ausführungsform
von 4 kann der zylindrische Körper z. B. massiv sein und
der Laserstrahl kann schräg
durch seine obere Oberfläche
gerichtet sein, um die Verwendung des Spiegels 19 zu vermeiden.
Außerdem
kann der zylindrische Körper
konisch sein, so dass durch eine Bewegung der Faserantriebsanordnungen
nach oben und nach unten die räumliche
Periodizität
des Musters geändert
und die Wellenlänge
abgestimmt werden kann. Bei der Ausführungsform von 4 kann
außerdem
durch Dehnen der Faser eine Feinabstimmung der Periodizität des aufgezeichneten
Musters erreicht werden. Die Faser kann mehr als einmal um den zylindrischen
Körper gewickelt
sein.
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Außerdem können bei
beiden beschriebenen Ausführungsformen Änderungen
des aufgezeichneten Musters über
die Länge
des aufgezeichneten Musters z. B. durch Einführen kleiner Änderungen
bei der relativen Geschwindigkeit der Faser ν und Rotationsrate ω des Phasenmaskenmusters 2 erreicht
werden. Dieser Vorgang kann verwendet werden, um ein Chirp in das
aufgezeichnete Muster einzuführen.
Das Phasenmaskenmuster kann außerdem
so konfiguriert sein, dass es in der Faser ein leuchtendes Muster
erzeugt.
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Eine
weitere Ausführungsform
wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben,
die als eine Modifikation von 4 betrachtet
werden kann. Bei dieser Anordnung ist der zylindrische Körper 17 mit dem
Phasenmaskenmuster 2 feststehend und die Faser 1 ist
in mehreren Windungen 20 um die kreisförmige Phasenmaske gewickelt.
Der Spiegel 19 ist an einer Drehwelle 20, die
durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben wird, angebracht,
so dass ein Lichtstrahl B vom Laser 21 in einem kreisförmigen Weg
um das Muster abtastet. Somit wird dann, wenn das Muster um die
Trommel als ein Teilmuster betrachtet wird, das Teilmuster in entsprechenden
Windungen der Faser um die Trommel zusammenhängend mehrfach aufgezeichnet.
Auf diese Weise wird das Brechungsindex-Beugungsmuster in den Windungen 20 der
Faser 1, die um den zylindrischen Körper 17 gewickelt
sind, zusammenhängend
mehrfach aufgezeichnet.
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In 6 ist
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, bei der ein mit Chirp behaftetes Brechungsindex-Beugungsgitter
in einem spiralförmigen
ebenen Wellenleiter 22 aufgezeichnet wird, der in der Oberfläche einer
Siliciumoxidplatte 23 in einer an sich wohlbekannten Weise
gebildet ist. Die Siliciumoxidplatte 23 kann z. B. durch
Techniken der gemeinsamen Dotierung mit Ge und B mit einer lichtempfindlichen
Oberflächenbeschichtung
versehen sein, die dann durch Photoätzung geätzt wird, um das spiralförmige Muster
zu bilden. Es ist erkennbar, dass der Wellenleiter 22 im
Allgemeinen konzentrisch zu dem Punkt X angeordnet ist.
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Über die
Platte 23 wird eine Phasenmaske 2, die in einer
Glasplatte 24 aufgezeichnet ist, gelegt. Die Phasenmaske
ist in der gleichen Weise wie die Maske 2, die in den 1 und 2 gezeigt
ist, gebildet. Die Platte 24 dreht sich jedoch nicht. Der
Mittelpunkt 11 des Musters 2 ist koaxial zu dem
Mittelpunkt X des spiralförmigen
Wellenleitermusters auf der Platte 23 angeordnet. Der Laser 21 ist
an einer (nicht gezeigten) Einrichtung angebracht, damit er sich
in einem kreisförmigen
Weg 25 konzentrisch zu dem kreisförmigen Muster 2 der
Phasenmaske bewegt. Der Strahl B vom Laser beleuchtet die Phasenmaske
und zeichnet demzufolge deren Brechungsindex-Muster in dem spiralförmigen Wellenleiter 22 auf. Alternativ
kann der UV-Strahl B feststehend sein und die Baueinheit aus dem
Wellenleiter 22 und der Phasenmaske kann entsprechend bewegt
werden, um die Abtastung zu erreichen.
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Im
Hinblick auf die sich radial auswärts erstreckenden Kanten in
dem Muster 2 ist der periodische Abstand des Musters, das
in dem spiralförmigen
Wellenleiter 22 aufgezeichnet ist, in den radial innersten
Windungen des spiralförmigen
Musters kleiner und wird in den äußeren Windungen
zunehmend größer. Demzufolge
besitzt das Muster ein Chirp. Somit ermöglicht die vierte Ausführungsform
das Aufzeichnen eines mit Chirp behafteten Filters, das für optische
Telekommunikationszwecke verwendet werden kann, z. B. um die Dispersionseffekte über eine
große
Länge der
Lichtleitfaser wiederherzustellen.
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Modifikationen
der Ausführungsform
von 6 enthalten die Verwendung einer Lichtleitfaser, die
in einem spiralförmigen
Muster oder in einer Spule angeordnet ist, anstelle des gezeigten
ebenen Wellenleiters.
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Eine
Vorrichtung ist lediglich für
Erläuterungszwecke
in 7 gezeigt, bei der eine ebene Phasenmaske 26 verwendet
wird, die auf einen Abschnitt einer Lichtleitfaser 1 ausgerichtet
ist. Um das Beugungsgitter in dem Wellenleiter aufzuzeichnen, wird
bewirkt, dass der Strahl B des Lasers 21 in Längsrichtung
des Abschnitts der Phasenmaske 26 in der Richtung der Pfeile
E-E' abtastet. Die
Faser wird an jedem Ende der Phasenmaske mit Hilfe von Klemmbacken 27, 28 gehalten,
die piezoelektrische Elemente enthalten, die durch eine elektrische Schwingungsquelle 29 angetrieben
werden können, wodurch
bewirkt wird, dass die Faser in Längsrichtung oszillierend gedehnt
und entlastet wird, wobei die Oszillation im Vergleich zu der Abtastrate
des Strahls B verhältnismäßig schnell
erfolgt. Das zyklische Dehnen und Entlasten der Faser 1 hat
eine Apodisation des aufgezeichneten Musters sowie weitere Merkmale
zur Folge, wobei eine Bezugnahme auf unser Patent PTC/GB96/03079,
das am 12. Dezember 1996 eingereicht wurde, erfolgt.
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Die
in 7 gezeigte Vorrichtung kann verwendet werden,
um eine Reihe von Teilmustern des Brechungsindex-Beugungsgitters
aufzuzeichnen, die im Wesentlichen über den Abschnitt der Faser 1 zusammenhängend sind.
Somit werden dann, wenn das erste Beugungsgitter-Muster in der eben
beschriebenen Weise aufgezeichnet worden ist, die Klemmbacken 27, 28 freigegeben
und die Faser wird in Längsrichtung
zwischen den Klemmbacken um einen Betrag verschoben, der der Länge der
Phasenmaske 26 entspricht. Die Klemmbacken werden wieder
befestigt und der Aufzeichnungsvorgang wird wiederholt, um ein zweites
Beugungsgitter-Muster im Wesentlichen zusammenhängend mit dem ersten Muster
zu bilden. Der Vorgang kann mehrfach wiederholt werden, um ein resultierendes
Muster mit ausreichender Länge
zu bilden. Die Apodisation, die mit Hilfe der Klemmbacken 27, 28 und
des Oszillators 29 ausgeführt wird, muss nicht an den
Teilen des aufgezeichneten Musters zwischen den Endteilen des resultierenden
langen Beugungsgitters ausgeführt werden.
Die Apodisation muss lediglich an den Enden des resultierenden aufgezeichneten
Musters angewendet werden. Das kann erreicht werden, indem die Faser
mit lediglich einer der Piezovorrichtungen, d. h. bei jedem Endmuster
lediglich von einem Ende gedehnt wird. Die zusammenhängenden
Verbindungsstellen zwischen benachbarten Musterteilen, die in der
Faser aufgezeichnet sind, können
unter Verwendung von UV-Licht abgeglichen werden, um eine Phasenkohärenz der
Musterteile zu erreichen, wobei die UV-Abgleichung in der Weise ausgeführt wird,
die in unserem Patent PCT/GB94/0018, das am 31. Januar 1994 eingereicht
wurde, beschrieben ist.
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Es
ist somit klar, dass der Vorgang an derselben Faser an unterschiedlichen,
im Wesentlichen zusammenhängenden
Stellen mit der gleichen Phasenmaske wiederholt werden kann, um
ein langes Beugungsgitter zu erzeugen, wobei eine Apodisation durch
Dehnen asymmetrisch an den Enden des langen Musters angewendet wird.
Alternativ können Phasenmasken
mit unterschiedlichen räumlichen Periodizitäten verwendet
werden, um ein mit Chirp behaftetes Muster zu erzeugen. Die aufgezeichneten Muster
können
an ihren Verbindungsstellen durch den Apodisationsvorgang angepasst
werden oder es kann keine Apodisation angewendet werden, um die Verbindungsstellen
anzupassen.
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In 8 ist
ein resultierendes aufgezeichnetes Muster in einer Lichtleitfaser
gezeigt. Das Muster enthält
eine Reihe von Teilmustern 101 , 102 , 103 ,
die längs
des Abschnitts der Faser 1 zusammenhängend aufgezeichnet sind. Bei
diesem Beispiel wird an den Verbindungen zwischen den Mustern 10 keine
Apodisation durch Dehnen angewendet. Die Lichtleitfaser kann die
gleichen Abmessungen und Lichtempfindlichkeits-Charakteristiken
besitzen, die in Bezug auf 1 beschrieben
wurden. Überraschenderweise erfordern
die zusammenhängenden
aufgezeichneten Muster nicht notwendigerweise eine Apodisation an ihren
Verbindungsstellen, um eine zufrieden stellende Anpassung zu erreichen.
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In
den 9 und 10 ist ein weiteres Beispiel
der Erfindung gezeigt, das als eine Modifikation der Ausführungsform,
die in den 1 und 2 gezeigt
ist, betrachtet werden kann. In den 9 und 10 ist
die Drehscheibe 3 in der oben beschriebenen Weise mit einer
Phasenmaske 2 versehen. Ein Rollenantrieb 30 ist
an der Scheibe 3 befestigt und die Anordnung ist drehbar
um eine Welle 31 angebracht. Eine kreisförmige Nut 32,
die die Lichtleitfaser 1 aufnimmt, ist um die Basis des
Rollenantriebs 30 gebildet. Wie in 9 gezeigt
ist, ist die Lichtleitfaser um den Rollenantrieb 30 in
der Nut 32 gewickelt und läuft aus der Nut zu der Riemenscheibe 12,
die durch den Motor 13 angetrieben wird. Die Welle 31 wird nicht
angetrieben. Beim Betrieb des Motors 13 bewegt die Riemenscheibe 12 die
Faser 1, wodurch bewirkt wird, dass der Rollenantrieb 30 zusammen
mit der Scheibe 3 gedreht wird. Dadurch wird die Faser durch
die Drehung des Rollenantriebs 30 synchron mit der Phasenmaske 2 in
einem kreisförmigen
Weg bewegt, so dass die Belichtung der Faser in der Weise ausgeführt werden
kann, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurde. Der Vorteil der Anordnung im Vergleich zu 1 besteht
darin, dass die Faser 1 und die Phasenmaske 2 während des
Belichtungsvorgangs streng synchron gehalten werden.
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Die
beschriebenen Vorrichtungen besitzen den Vorteil, dass Fasern mit
einem Beugungsgitter beschrieben werden können, das eine Länge von
einem Meter oder mehr besitzt, was ein Brechungsindex-Beugungsgitter mit
einer äußerst schmalen Bandbreite
oder mit einem speziellen Chirp zur Folge hat.
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Außerdem kann
das Phasenmaskenmuster auf mehrere Arten hergestellt werden. Das
Muster könnte
z. B. in einem dicken photographischen Film holographisch gebildet
werden, der die Form eines langen Riemens haben könnte, der
synchron durch einen Musteraufzeichnungspunkt bewegt wird, an dem
er mit Laserstrahlung beleuchtet wird. Das Muster muss nicht notwendigerweise
ein holographisches Muster sein, sondern könnte durch eine Schattenmaske
erzeugt werden. Viele weitere Modifikationen und Variationen, die
in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen, werden einem Fachmann
erscheinen.