RU2297655C2 - System and method for recording bragg grating - Google Patents
System and method for recording bragg grating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2297655C2 RU2297655C2 RU2005107265/28A RU2005107265A RU2297655C2 RU 2297655 C2 RU2297655 C2 RU 2297655C2 RU 2005107265/28 A RU2005107265/28 A RU 2005107265/28A RU 2005107265 A RU2005107265 A RU 2005107265A RU 2297655 C2 RU2297655 C2 RU 2297655C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bragg grating
- recording
- optical waveguide
- optical
- waveguide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной и волоконной оптики и предназначено для записи брэгговских решеток в оптических волноводах (оптических волокнах и планарных волноводах).The invention relates to the field of laser and fiber optics and is intended for recording Bragg gratings in optical waveguides (optical fibers and planar waveguides).
Данное изобретение, в частности, может быть использовано в производстве оптических лазеров, волоконных датчиков физических величин (датчиков напряжений, температуры, ускорений и др.) и других оптоволоконных устройств.This invention, in particular, can be used in the manufacture of optical lasers, fiber sensors of physical quantities (sensors of voltage, temperature, acceleration, etc.) and other fiber-optic devices.
В настоящее время существует несколько основных систем и способов записи брэгговских решеток в оптических волноводах, которые основаны на облучении сердцевины оптического волновода (волноведущего слоя) ультрафиолетовым излучением через оптическую систему, создающую определенную интерференционную картину на волноведущем слое.Currently, there are several basic systems and methods for recording Bragg gratings in optical waveguides, which are based on irradiating the core of the optical waveguide (waveguide layer) with ultraviolet radiation through an optical system that creates a certain interference pattern on the waveguide layer.
Так, в патенте Японии №71403311, G 02 F 1/01 описан способ для записи брэгговских решеток, в котором на сердцевину оптического волновода воздействуют когерентным источником ультрафиолетового излучения через оптическую систему, содержащую фазовую маску.So, in Japanese patent No. 71403311, G 02 F 1/01, a method for recording Bragg gratings is described in which a coherent source of ultraviolet radiation is exposed to the core of an optical waveguide through an optical system containing a phase mask.
Недостатком данного способа записи является низкая термическая стабильность записанных брэгговских решеток, что затрудняет использование данных решеток в мощных волоконных лазерах и практически исключает использование данных решеток при изготовлении датчиков температуры, так как при температурах выше 100°С брэгговские решетки, записанные данным способом, деградируют (распадаются, плывут параметры).The disadvantage of this recording method is the low thermal stability of the recorded Bragg gratings, which complicates the use of these gratings in high-power fiber lasers and virtually eliminates the use of these gratings in the manufacture of temperature sensors, since at temperatures above 100 ° C, the Bragg gratings recorded in this way degrade (decay parameters are floating).
Кроме того, в качестве материала сердцевины оптического волновода в данном способе записи можно использовать только определенный набор фоточувствительных материалов, которые позволяют получить брэгговскую решетку при воздействии на них ультрафиолетового излучения. При этом набор таких фоточувствительных материалов достаточно ограничен.In addition, as the core material of the optical waveguide in this recording method, you can use only a certain set of photosensitive materials that allow you to get a Bragg grating when exposed to ultraviolet radiation. Moreover, the set of such photosensitive materials is quite limited.
Наиболее близким к заявленному изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является способ и система записи брэгговских решеток, описанные в патенте US 4807950, G 02 F 1/01, которые выбраны в качестве прототипа.Closest to the claimed invention in its technical essence and the achieved result is a method and system for recording Bragg gratings described in patent US 4807950, G 02 F 1/01, which are selected as a prototype.
В данном патенте система для записи брэгговской решетки в опическом волноводе содержит когерентный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для создания интерференционной картины и подложку для крепления оптического волновода, при этом в качестве оптической системы для создания интерференционной картины используют систему с двумя пересекающимися когерентными лучами, которые получают от одного источника ультрафиолетового излучения.In this patent, a system for recording a Bragg grating in an optical waveguide contains a coherent source of ultraviolet radiation, an optical system for creating an interference pattern, and a substrate for attaching an optical waveguide, while a system with two intersecting coherent rays, which are obtained, is used as an optical system for creating an interference pattern from one source of ultraviolet radiation.
В данном патенте способ записи брэгговской решетки в оптическом волноводе состоит из следующих операций:In this patent, a method for recording a Bragg grating in an optical waveguide consists of the following operations:
- устанавливают оптический волновод на подложке;- install the optical waveguide on the substrate;
- направляют луч от источника ультрафиолетового излучения через оптическую систему на сердцевину оптического волновода;- direct the beam from the source of ultraviolet radiation through the optical system to the core of the optical waveguide;
- формируют посредством оптической системы интерференционную картину на оптическом волноводе, в результате чего записывают брэгговскую решетку.- form by means of an optical system an interference pattern on an optical waveguide, as a result of which the Bragg grating is recorded.
Недостатками данного способа и системы записи являются низкая термическая стабильность записанных брэгговских решеток, что затрудняет использование решеток в мощных волоконных лазерах и практически исключает использование данных решеток при изготовлении датчиков температуры, а также узкий набор фоточувствительных материалов, которые могут быть использованы в качестве материала сердцевины оптического волновода.The disadvantages of this recording method and system are the low thermal stability of the recorded Bragg gratings, which complicates the use of gratings in high-power fiber lasers and virtually eliminates the use of these gratings in the manufacture of temperature sensors, as well as a narrow set of photosensitive materials that can be used as the core material of an optical waveguide .
Брэгговские решетки, записанные данным методом, образуются за счет образования стабильных дефектов в атомарной решетке стекла (разрыва химических связей между атомами вещества сердцевины), что приводит к росту поглощения и, следовательно, показателя преломления материала в облучаемой зоне. Также в волноведущих системах (световодах, волноводах) присутствуют напряжения между сердцевиной и оболочкой, которые снимаются в зонах ультрафиолетового облучения, что также приводит к образованию периодической структуры. В литературе данные решетки называются тип 1 и тип 2а соответственно. При повышенной температуре происходит распад наведенных дефектов и релаксация напряжений, что приводит к распаду решетки.The Bragg gratings recorded by this method are formed due to the formation of stable defects in the atomic lattice of glass (breaking of chemical bonds between atoms of the core material), which leads to an increase in absorption and, therefore, the refractive index of the material in the irradiated zone. Also in waveguide systems (optical fibers, waveguides) there are voltages between the core and the sheath, which are removed in the ultraviolet irradiation zones, which also leads to the formation of a periodic structure. In the literature, these lattices are called type 1 and type 2a, respectively. At elevated temperatures, the induced defects decay and the stresses relax, which leads to the decay of the lattice.
Задачей настоящего изобретения является создание системы и способа записи брэгговских решеток в оптических волноводах, позволяющих расширить спектр материалов волноведущей сердцевины оптического волновода, пригодных для записи при одновременном значительном увеличении термической стабильности записанных брэгговских решеток.The present invention is to provide a system and method for recording Bragg gratings in optical waveguides, allowing to expand the range of materials of the waveguide core of the optical waveguide, suitable for recording while significantly increasing the thermal stability of the recorded Bragg gratings.
Поставленная задача решена путем создания системы записи брэгговской решетки, которая содержит когерентный источник ультрафиолетового излучения, оптическую систему для создания интерференционной картины, оптический волновод, подложку для крепления оптического волновода, а также нагревательный элемент, который выполнен с возможностью нагрева оптического волновода до температуры записи брэгговской решетки, которую выбирают не ниже 100°С и не выше температуры размягчения материала оптического волновода, при этом оптическая система расположена между источником ультрафиолетового излучения и оптическим волноводом.The problem is solved by creating a Bragg grating recording system that contains a coherent source of ultraviolet radiation, an optical system for creating an interference pattern, an optical waveguide, a substrate for attaching an optical waveguide, and a heating element that is configured to heat the optical waveguide to the recording temperature of the Bragg grating which is chosen not lower than 100 ° C and not higher than the softening temperature of the material of the optical waveguide, while the optical system located between the source of ultraviolet radiation and the optical waveguide.
Для функционирования системы существенно, чтобы в качестве оптического волновода она содержала оптическое волокно, планарный волновод или любой аналогичный волновод.For the system to function, it is essential that it contains an optical fiber, planar waveguide, or any similar waveguide as an optical waveguide.
Для функционирования системы важно, чтобы в качестве когерентного источника ультрафиолетового излучения она содержала источник, выбранный из группы, включающей импульсный лазер ультрафиолетового диапазона, постоянный лазер ультрафиолетового диапазонаFor the functioning of the system, it is important that, as a coherent source of ultraviolet radiation, it contains a source selected from the group comprising a pulsed ultraviolet laser, a constant ultraviolet laser
Для реализации системы важно, что для получения интерференционной картины в оптической системе может быть использована фазовая маска.For the implementation of the system, it is important that a phase mask can be used to obtain an interference pattern in the optical system.
В качестве оптической системы для создания интерференционной картины система записи брэгговской решетки может содержать делитель лазерного пучка, набор зеркал или интерферометр Лойда.As an optical system for creating an interference pattern, the Bragg grating recording system may include a laser beam splitter, a set of mirrors, or a Loyd interferometer.
Важно отметить, что существует множество вариантов реализации оптической системы, основной задачей которой является получение интерференционной картины. Система может содержать также набор линз, основной задачей которых является увеличение плотности мощности излучения.It is important to note that there are many options for implementing an optical system, the main task of which is to obtain an interference picture. The system may also contain a set of lenses, the main task of which is to increase the radiation power density.
Для реализации системы важно, что подложка и нагревательный элемент могут быть объединены в единый элемент.For the implementation of the system, it is important that the substrate and the heating element can be combined into a single element.
Для лучшего функционирования системы существенно, что она может содержать стабилизатор температуры нагревательного элемента.For the best functioning of the system, it is essential that it may contain a temperature stabilizer of the heating element.
Для контроля функционирования системы существенно, что она может содержать спектрометр, подключенный к оптическому волноводу, для контроля качества записи брэгговской решетки в оптическом волноводе.To control the functioning of the system, it is essential that it can contain a spectrometer connected to an optical waveguide to control the recording quality of the Bragg grating in the optical waveguide.
Поставленная задача решена также путем создания способа записи брэгговской решетки, при котором формируют поток когерентного ультрафиолетового излучения, модифицируют его в соответствии с задаваемой оптической системой, формируют интерференционную картину на оптическом волноводе, производят запись брэгговской решетки с периодом, равным периоду интерференционной картины, при этом запись брэгговской решетки производят в предварительно термически обработанный оптический волновод, который нагревают перед записью посредством нагревательного элемента до определенной температуры записи брэгговской решетки, которую определяют в зависимости от материала оптического волновода и которая для каждого материала оптического волновода находится в пределах не ниже 100°С и не выше температуры размягчения материала оптического волновода, при этом в течение времени, необходимого для записи брэгговской решетки, температуру оптического волновода поддерживают в пределах не ниже 100°С и не выше температуры размягчения материала оптического волновода.The problem was also solved by creating a method for recording a Bragg grating, in which a coherent ultraviolet radiation flux is formed, modify it in accordance with a given optical system, form an interference pattern on an optical waveguide, record a Bragg grating with a period equal to the period of the interference pattern, while recording the Bragg grating is produced in a pre-heat-treated optical waveguide, which is heated before recording by heating element to a certain recording temperature of the Bragg grating, which is determined depending on the material of the optical waveguide and which for each material of the optical waveguide is in the range of not lower than 100 ° C and not higher than the softening temperature of the material of the optical waveguide, while for the time required for recording Bragg grating, the temperature of the optical waveguide is maintained within a range not lower than 100 ° C and not higher than the softening temperature of the material of the optical waveguide.
Для функционирования способа существенно, чтобы в качестве оптического волновода выбирали оптическое волокно, планарный волновод или любой аналогичный волновод.For the operation of the method, it is essential that an optical fiber, a planar waveguide, or any similar waveguide be selected as the optical waveguide.
Для реализации способа важно, что интерференционная картина может быть создана при помощи оптической системы, содержащей фазовую маску.To implement the method, it is important that the interference pattern can be created using an optical system containing a phase mask.
Для функционирования способа важно, что интерференционная картина может быть создана при помощи оптической системы с делителем лазерного пучка и зеркалами или с помощью интерферометра Лойда.For the operation of the method, it is important that the interference pattern can be created using an optical system with a laser beam splitter and mirrors or using a Loyd interferometer.
Для реализации способа желательно, чтобы нагрев оптического волновода был произведен контактным методом.To implement the method, it is desirable that the heating of the optical waveguide be produced by the contact method.
Возможно также производить нагрев оптического волновода бесконтактным конвекционным методом.It is also possible to heat the optical waveguide using the non-contact convection method.
Для функционирования способа существенно, что значение температуры записи брэгговской решетки может быть стабилизировано на период записи брэгговской решетки.For the operation of the method, it is essential that the recording temperature of the Bragg grating can be stabilized for the recording period of the Bragg grating.
Для реализации способа предпочтительно, что температуру записи брэгговской решетки устанавливают в пределах от 200 до 800°С для волноводов, сердцевина или оболочка которых выполнена на основе кварцевого стекла с добавлением веществ, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, одно из следующих веществ: оксид германия, оксид алюминия, оксид фосфора, оксид бора, оксид олова, фтор, оксид мышьяка, оксид галлия.To implement the method, it is preferable that the recording temperature of the Bragg grating is set in the range from 200 to 800 ° C for waveguides, the core or shell of which is made on the basis of silica glass with the addition of substances selected from the group including at least one of the following substances: germanium oxide, alumina, phosphorus oxide, boron oxide, tin oxide, fluorine, arsenic oxide, gallium oxide.
Для реализации способа важно, что температуру записи брэгговской решетки устанавливают в пределах от 200 до 600°С для волноводов, сердцевина или оболочка которых выполнена на основе силикатного стекла с добавлением веществ, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, одно из следующих веществ: оксид лития, оксид натрия, оксид калия, оксид рубидия.To implement the method, it is important that the recording temperature of the Bragg grating is set in the range from 200 to 600 ° C for waveguides, the core or shell of which is made on the basis of silicate glass with the addition of substances selected from the group including at least one of the following substances: lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, rubidium oxide.
Техническим результатом изобретения является расширение спектра материалов волноведущей сердцевины оптического волновода, пригодных для записи при одновременном значительном увеличении термической стабильности записанных брэгговских решеток, за счет нагрева оптического волновода перед записью посредством нагревательного элемента до определенной температуры записи брэгговской решетки.The technical result of the invention is to expand the spectrum of materials of the waveguide core of the optical waveguide suitable for recording while significantly increasing the thermal stability of the recorded Bragg gratings by heating the optical waveguide before recording by a heating element to a certain recording temperature of the Bragg grating.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.For a better understanding of the present invention, the following is a detailed description thereof with corresponding drawings.
Фиг.1 - схема образования брэгговской решетки в волноводе за счет диффузии волноведущего материала (например: SiO2+GeO2) в оболочку (например SiO2).Figure 1 is a diagram of the formation of the Bragg grating in the waveguide due to the diffusion of the waveguide material (for example: SiO 2 + GeO 2 ) into the cladding (for example SiO 2 ).
Фиг.2 - блок-схема системы записи брэгговской решетки в оптическом волноводе при помощи фазовой маски согласно изобретению.2 is a block diagram of a Bragg grating recording system in an optical waveguide using a phase mask according to the invention.
Фиг.3 - блок-схема системы для записи брэгговской решетки в оптическом волноводе при помощи интерференции пересекающихся пучков согласно изобретению.FIG. 3 is a block diagram of a system for recording a Bragg grating in an optical waveguide by means of interference of intersecting beams according to the invention.
Введение элемента, осуществляющего нагрев образца во время облучения, приводит к другим механизмам образования брэгговской решетки. Образование решетки происходит за счет более сильной диффузии материала сердцевины волновода (волноведущий слой 1) в оболочку 2 в зоне максимума интерференционной картины 3, чем в зоне минимума 4 (Фиг.1). Это возможно благодаря снижению вязкости материала, а также благодаря тому, что ультрафиолетовое излучение в этом случае является активатором диффузии благодаря способности разрывать химические связи. Основным эффектом, возникающим во время записи брэгговской решетки заявленным способом, является усиление диффузии на границе раздела двух сред, подвергающейся облучению, с ростом температуры этих сред.The introduction of an element that heats the sample during irradiation leads to other mechanisms of the formation of the Bragg grating. The formation of the lattice occurs due to stronger diffusion of the material of the core of the waveguide (waveguide layer 1) into the cladding 2 in the zone of maximum interference pattern 3 than in the zone of minimum 4 (Figure 1). This is possible due to a decrease in the viscosity of the material, and also due to the fact that ultraviolet radiation in this case is an activator of diffusion due to the ability to break chemical bonds. The main effect that occurs during the recording of the Bragg grating by the claimed method is the enhancement of diffusion at the interface between two media subjected to irradiation with increasing temperature of these media.
В твердых телах диффузия связана с частотой разрыва и восстановления связей под действием температуры, излучения и др. Частоты разрыва и восстановления химической связи в единице объема можно записать выражением:In solids, diffusion is associated with the frequency of breaking and restoration of bonds under the influence of temperature, radiation, etc. The frequencies of breaking and restoration of chemical bonds in a unit volume can be written as:
νразр=С1n0+n0α0ехр(σ(hνлаз-E)/kT}Iлаз, νвосст=С-1nсвоб - в облученной зоне;ν bit = С 1 n 0 + n 0 α 0 exp (σ (hν laz -E) / kT} I laz , ν rest = С -1 n free - in the irradiated zone;
ν* разр=С1n0, ν* восст=C-1nсвоб - в необлученной зоне,ν * bit = С 1 n 0 , ν * rev = C -1 n freedom - in the unirradiated zone,
где C1, С-1 - константы скорости прямой и обратной реакций, зависящие от температуры по закону Аррениуса, n0, nсвоб - концентрации целых и оборванных связей, νлаз, Iлаз - частота и интенсивность лазерного излучения, Е - энергия запрещенной зоны, α0exp(σ(hνлаз-E)/kT) - коэффициент поглощения на краю зоны фундаментального поглощения (правило Урбаха для кристаллических сред, α1exp(hνлаз/E+T/T0) - для стеклообразных).where C 1 , C -1 are the rate constants of the forward and reverse reactions, depending on temperature according to the Arrhenius law, n 0 , n freedom are the concentrations of whole and dangling bonds, ν las , I las is the frequency and intensity of laser radiation, E is the energy forbidden zones, α 0 exp (σ (hν las- E) / kT) is the absorption coefficient at the edge of the fundamental absorption zone (Urbach rule for crystalline media, α 1 exp (hν las / E + T / T 0 ) for glassy ones).
В стационарном случае равновесия νразр=νвосст и для разности частот в облученной и необлученной областях получаем:In the steady state equilibrium discharge ν = ν Restore and difference frequencies in the exposed and unexposed regions obtain
ν-ν*=n0α0exp(σ(hνлаз-E)/kT)Iлаз.ν-ν * = n 0 α 0 exp (σ (hν laz -E) / kT) I las .
Как можно видеть, эта разность экспоненциально растет с ростом температуры материала. Данное выражение справедливо для случая однофотонного поглощения при постоянном облучении, но нетрудно убедиться, что полученная закономерность от температуры не меняется с переходом, например, к многофотонному процессу и импульсному лазерному излучению.As you can see, this difference increases exponentially with increasing material temperature. This expression is valid for the case of single-photon absorption under constant irradiation, but it is easy to verify that the obtained temperature dependence does not change with the transition, for example, to a multiphoton process and pulsed laser radiation.
Расширение спектра пригодных для записи решеток материалов происходит благодаря фундаментальному механизму их образования. Все материалы, используемые в оптических волноводах, являются диэлектриками и имеют запрещенную зону (область прозрачности), которая ограничивается в коротковолновой области областью электронного фундаментального поглощения и областью фононного поглощения в длинноволновой области. При облучении такого материала излучением с длинной волны, попадающей в зону фундаментального электронного поглощения, в материале наблюдается обрыв связей.The expansion of the spectrum of materials suitable for recording gratings occurs due to the fundamental mechanism of their formation. All materials used in optical waveguides are dielectrics and have a band gap (transparency region), which is limited in the short-wavelength region to the region of electronic fundamental absorption and to the phonon absorption region in the long-wavelength region. When such a material is irradiated with radiation from a long wave that falls into the fundamental electron absorption zone, bond breakage is observed in the material.
Нагрев волновода имеет следующие преимущества:Heating a waveguide has the following advantages:
a). Нагрев волновода при записи решеток позволяет безболезненно значительно поднимать интенсивность облучения. Увеличение интенсивности облучения для поднятия частоты разрыва в облученной без нагрева облучаемой структуры приведет лишь к разрушению материала. Большинство используемых в волноводной оптике материалов имеют низкую при комнатной температуре константу скорости обратной реакции C-1. Это приводит к тому, что при интенсивном облучении концентрация nсвоб может превысить критическое значение, после которого наступает необратимое разрушение атомарной сетки материала. Все сказанное можно отнести и для случая уменьшения длины волны облучающего излучения.a). Heating the waveguide when recording gratings allows you to painlessly significantly increase the irradiation intensity. An increase in the irradiation intensity to increase the rupture frequency in the irradiated structure without irradiation will only lead to the destruction of the material. Most materials used in waveguide optics have a low at room temperature constant of the reverse reaction rate C -1 . This leads to the fact that, under intense irradiation, the concentration n freedom can exceed a critical value, after which irreversible destruction of the atomic network of the material occurs. All of the above can be attributed to the case of reducing the wavelength of the irradiating radiation.
b). Нагрев волновода при записи приводит к снижению вязкости оболочки и увеличению ее поглощения. Рассмотрим конкретную структуру: германо-силикатный световод с оболочкой из чистого кварцевого стекла. Германо-силикатная сердцевина обладает гораздо большим поглощением в ультрафиолетовом диапазоне, чем чисто кварцевая оболочка. Облучение при комнатной температуре приводит к интенсивным процессам в сердцевине, но к слабому эффекту в оболочке, т.е. граница между сердцевиной и оболочкой остается слабопроницаемой для атомов германия. Нагрев структуры при облучении приводит к снижению вязкости оболочки за счет непосредственно нагрева, увеличению поглощения оболочки из-за сдвига края электронного фундаментального поглощения.b) The waveguide heating during recording leads to a decrease in the sheath viscosity and an increase in its absorption. Consider a specific structure: a german-silicate fiber with a sheath made of pure quartz glass. The german silicate core has a much higher absorption in the ultraviolet range than the pure quartz shell. Irradiation at room temperature leads to intense processes in the core, but to a weak effect in the shell, i.e. the boundary between the core and the shell remains poorly permeable to germanium atoms. Heating the structure upon irradiation leads to a decrease in the viscosity of the shell due to direct heating, to an increase in the absorption of the shell due to a shift in the edge of the electron fundamental absorption.
c). Увеличивается коэффициент полезного использования облучающего излучения благодаря сдвигу края электронного фундаментального поглощения.c) The efficiency of the irradiating radiation increases due to a shift in the edge of the electron fundamental absorption.
Для случая волноведущих систем, основанных на кварцевом стекле, применение нагрева должно приводить к еще большему эффекту, так как при комнатной температуре при облучении в объеме стекла образуются стабильные разорванные связи (вакансии) как в сердцевине, так и в оболочке (νразр≠νвосст), которые не участвуют в диффузионном процессе. При облучении жестким ультрафиолетом высокой интенсивности возможно даже разрушение облучаемой структуры.For the case of waveguide systems based on silica glass, the application of heat should lead to even greater effect, since at room temperature under irradiation window screen formed stable broken bonds (vacancy) in the core and in the shell (ν discharge ≠ ν Restore ) that do not participate in the diffusion process. When irradiated with high-intensity hard ultraviolet, even the destruction of the irradiated structure is possible.
Рассмотренная частота разрыва и восстановления связей является лишь одним из факторов, влияющих на коэффициент диффузии. Другим фактором является координационное число атома. При равных условиях атом, имеющий большее координационное число, обладает меньшим коэффициентом диффузии, но записанные на нем решетки обладают лучшей термической стабильностью.The considered frequency of breaking and restoration of bonds is only one of the factors affecting the diffusion coefficient. Another factor is the coordination number of the atom. Under equal conditions, an atom having a larger coordination number has a lower diffusion coefficient, but the lattices written on it have better thermal stability.
Настоящее изобретение предназначено в первую очередь для световодов и волноводов, основанных на силикатном стекле и многокомпонентных оксидных стеклах. Изобретение также может применяться для записи решеток и в оптических волноводах на основе халькогенидных стекол (BaF2, CaF2, ...). Температура нагрева оптического волновода для записи брэгговской решетки зависит от состава волновода и лежит выше температуры образования стабильных дефектов под действием излучения и ниже температуры размягчения Tg основного материала. Для каждого состава волновода и условий облучения температура может определяться экспериментально один раз. Для волноводов на основе кварцевого стекла с германо-силикатной сердцевиной оптимальным является диапазон 200-600°С.The present invention is primarily intended for optical fibers and waveguides based on silicate glass and multicomponent oxide glasses. The invention can also be used for recording gratings in optical waveguides based on chalcogenide glasses (BaF 2 , CaF 2 , ...). The heating temperature of the optical waveguide for recording the Bragg grating depends on the composition of the waveguide and lies above the temperature of formation of stable defects under the action of radiation and below the softening temperature T g of the base material. For each waveguide composition and irradiation conditions, the temperature can be determined experimentally once. For waveguides based on quartz glass with a germanosilicate core, the optimal range is 200-600 ° C.
Большая, чем при облучении без нагрева, доза и интенсивность облучения, необходимая для записи решеток, компенсируется за счет преимуществ нагрева, описанных выше в пункте а).A higher dose than the irradiation without heating required for recording the gratings is compensated by the advantages of heating described in paragraph a) above.
В изобретении используется дополнительный нагревательный элемент 5, осуществляющий нагрев волноведущей структуры (волоконный световод, планарный волновод) в системе для записи брэгговских решеток как с помощью фазовых масок (Фиг.2), так и с помощью интерференции пересекающихся когерентных пучков (Фиг.3).The invention uses an
Запись брэгговской решетки осуществляют с помощью ультрафиолетового излучения лазера 6 (Фиг.2, 3). Излучение от источника проходит через фазовую маску 7, на выходе которой формируют интерференционную картину. Интерференционную картину накладывают на подложку 8 с волноводом 9, которая находится в физическом контакте с нагревательным элементом 5 (Фиг.2). Важно отметить, что при расчете параметров фазовой маски 7 необходимо учитывать ее нагрев и изменение показателя преломления от температуры. Важно, чтобы температуру нагревательного элемента 5 стабилизировали, например, при помощи стабилизатора 10 температуры для лучшего оптического качества записываемых брэгговских решеток.The Bragg grating is recorded using ultraviolet laser radiation 6 (FIGS. 2, 3). Radiation from the source passes through a
На Фиг.3 представлена блок-схема системы, в которой интерференционную картину формируют с помощью двух пересекающихся когерентных пучков, которые образуются на выходе делителя 12 и один из которых направляется зеркалом 13. Для контроля записи в оптическом волокне используют спектрометр 11.Figure 3 presents a block diagram of a system in which an interference pattern is formed using two intersecting coherent beams, which are formed at the output of the
Каждая из приведенных выше схем может быть использована для записи как в планарных волноводах, так и в оптических волокнах.Each of the above schemes can be used for recording both in planar waveguides and in optical fibers.
Рассмотрим конкретный пример применения способа для записи брэгговской решетки в оптическом волокне на основе кварцевого стекла с сердцевиной легированной 10 мол.% германия на длине волны 1,55 мкм. Для записи используют импульсный ArF лазер с длиной волны излучения 193 нм, попадающей в край фундаментального поглощения. Плотность излучения в импульсе 500 мДж/см2 в зоне нахождения волокна. Общая доза облучения составляет более 50 кДж/см2.Consider a specific example of the application of the method for recording the Bragg grating in an optical fiber based on quartz glass with a doped core of 10 mol.% Germanium at a wavelength of 1.55 μm. For recording, a pulsed ArF laser with a radiation wavelength of 193 nm, which falls into the fundamental absorption edge, is used. The radiation density in the pulse of 500 mJ / cm 2 in the area of the fiber. The total radiation dose is more than 50 kJ / cm 2 .
Фазовую маску 7 прижимают к очищенному от полимера волокну 9, который, в свою очередь, прижимают к нагревательному элементу, служащему также подложкой. Нагревательный элемент 5 имеет температуру 300±1°С, поддерживаемую стабилизатором температуры 10, имеющим обратную связь. Процесс записи брэгговской решетки контролируется с помощью спектрометра 11.The
Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.Although the above embodiment of the invention has been set forth to illustrate the present invention, it is clear to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and meaning of the present invention disclosed in the attached claims.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107265/28A RU2297655C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | System and method for recording bragg grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107265/28A RU2297655C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | System and method for recording bragg grating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005107265A RU2005107265A (en) | 2006-08-27 |
| RU2297655C2 true RU2297655C2 (en) | 2007-04-20 |
Family
ID=37061018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005107265/28A RU2297655C2 (en) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | System and method for recording bragg grating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2297655C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690230C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-05-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of forming array of bragg fiber gratings with different reflection wavelengths |
-
2005
- 2005-03-16 RU RU2005107265/28A patent/RU2297655C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690230C1 (en) * | 2018-06-27 | 2019-05-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Method of forming array of bragg fiber gratings with different reflection wavelengths |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005107265A (en) | 2006-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3727358B2 (en) | Article including optical element and method of manufacturing the same | |
| US5495548A (en) | Photosensitization of optical fiber and silica waveguides | |
| Lancry et al. | UV laser processing and multiphoton absorption processes in optical telecommunication fiber materials | |
| JP3153083B2 (en) | Optical element stabilization method | |
| JP3727659B2 (en) | Optical waveguide device | |
| Niay et al. | Behaviour of spectral transmissions of Bragg gratings written in germania-doped fibres: writing and erasing experiments using pulsed or cw uv exposure | |
| JP3531738B2 (en) | Refractive index correcting method, refractive index correcting apparatus, and optical waveguide device | |
| KR100487888B1 (en) | A method of providing an optical element and a process of forming an optical element | |
| Prakash et al. | Enhanced Temperature $({\sim}{800}^{\circ}{\rm C}) $ Stability of Type-IIa FBG Written by 255 nm Beam | |
| Kalachev et al. | Long-period fiber grating fabrication by high-intensity femtosecond pulses at 211 nm | |
| Miura et al. | Preparation and optical properties of fluoride glass waveguides induced by laser pulses | |
| JP2005520765A (en) | UV photosensitive molten glass | |
| US8402789B2 (en) | High temperature stable fiber grating sensor and method for producing same | |
| RU2297655C2 (en) | System and method for recording bragg grating | |
| Kryukov et al. | Long-period fibre grating fabrication with femtosecond pulse radiation at different wavelengths | |
| Quiquempois et al. | Advances in poling and permanently induced phenomena in silica-based glasses | |
| RU46864U1 (en) | Bragg Recording System | |
| Zagorul'ko et al. | Fabrication of a long-period grating in a fibre by second-harmonic radiation from a femtosecond Ti: sapphire laser | |
| Dragomir et al. | Long-period fibre grating formation with 264 nm femtosecond radiation | |
| US8399155B1 (en) | Production of high efficiency diffractive and refractive optical elements in multicomponent glass by nonlinear photo-ionization followed by thermal development | |
| Violakis et al. | Accelerated recording of negative index gratings in Ge-doped optical fibers using 248-nm 500-fs laser radiation | |
| CA2115906C (en) | Photosensitization of optical fiber and silica waveguides | |
| EP2136227B1 (en) | High temperature stable fiber grating sensor and method for producing same | |
| Pissadakis et al. | Grating inscription in optical fibres using 213 nm picosecond radiation: a new route in silicate glass photosensitivity | |
| Silins | Defects in glasses |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080317 |