SE520598C2 - Metod och anordning för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber - Google Patents

Description

25 30 35 520 ß9&fl;:f:vr«::=@ 2 [3]. gitterstrukturer kan också syntetiseras genom att som innehåller lämpliga strukturer Komplexa förflytta fibern något relativt fasmasken under skanningen [4]. 1995 demonstrerades en ny och användbar sekventiell teknik för tillverkande av långa och komplexa fibergitter [5],[6]. Iden var att exponera et stort antal små, delvis överlappande delgitter - vardera innehållande några få hundra perioder eller mindre - i sekvens; där avancerade egenskaper såsom frekvensförskjutning ("chirp"), fasskift och apodisation infördes genom justerande av fasförskjutningen och lutning av delgittren.

Flexibiliteten ho metoden hänför sig till det faktum att alla gitterparametrar är åtkomliga i styrande mjukvara och inga förändringar i hårdvara såsom olika typer av fasmasker erfordras för att tillverka gitter av godtyckliga former. [5] oc}1 [6] skapades varje delgitter genom exponerande av fibern med I uppsättningen som användes i ref. en kort UV-puls medan fibern i sig själv förflyttades med en konstant hastighet. UV-pulsen triggades av positionen hos fibern relativt UV-strålarna, vilken mättes med en standard heilum-neon-laserinterferometer. Det finns dock flera nackdelar med dessa kända metoder. Exempelvis uppvisar pulsenergin relativt stora fluktuationer, vilket inför amplitudbrus i gitterstrukturen. Vidare är det nödvändigt att använda en låg medelpulsenergi, då optisk skada annars kan införas i fibern. Hastigheten hos förflytningen måste dessutom hållas låg i jämförelse med pulslängden för att bibehållas god synbarhet. För starka gitter måste fibern därför exponeras flera gånger med låg energi istället för en enda gång med hög energi.

Hastigheten hos förflytningen måste dessutom hållas låg i jämförelse med pulslängden för att bibehållas god synbarhet. Sålunda tenderar hela skrivprocessen att vara relativt tidsödande och dyr. En låg hastighet resulterar också i en ökning av bruset beroende på lO 15 20 25 30 35 520 598 3 temperaturvariationer i fibern. Påverkan av bruset beroende av temperaturvariationer i fibern kommer att öka ju långsammare fibern förflyttas. Följaktligen är det svårt att styra pulsformen och pulsintensiteten på i lämpligt sätt i nämnda kända metoder. Vidare används det mesta av UV-strålningen inte effektivt i gitterformningsprocessen, vilket gör processen än mer ineffektiv och dyrbar.

Sammanfattning av uppfinningen Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod och en anordning för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber, vilket minskar de ovannämnda problemen hos den kända tekniken.

Detta syfte uppnås med en anordning och en metod såsom definieras i e bifogade patentkraven.

I enlighet med uppfinningen tillhandahålls en metod för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber, omfattande stegen att samtidigt exponera fibern med två inbördes koherenta ljusstrålar vilka skär varandra med en vinkel och interfererar i ett förutbestämt område av fibern för att skapa ett interferensmönster länge en längdaxel av fibern; och förflyttande fibern väsentligen i riktningen för längdaxeln. Fibern är, åtminstone under en viss tidsperiod, exponerad med kontinuerligt ljus, under vilken tidsperiod strålarna styrs för att förflytta interferensmönstret i en riktning för längdaxeln.

Uppfinningen erbjuder en ny metod för tillverkande av avancerade Bragg-fibergitter, och möjliggör Sekventiell skrivning. I motsats till de kända metoderna använder denna metod en kontinuerlig-våg UV-laserkälla och medger mycket precis styrning och repeterbarhet för formandet av gitter och delgitter. Vidare, gör den uppfinningsenliga metoden det möjligt att använda hög medelstrålning utan att förstöra fibern, vilket resulterar i en dramatisk förkortning av tillverkningstiden för komplicerade gitter. 10 15 20 25 30 35 » ~ < , -, 5:20 5S)8 šÜïïÉ; f?f§_¿: 4 Ljus är inom denna ansökan inte begränsat till att innebära synligt ljus, utan ett brett intervall av (IR) till extremt UV.

Vidare skall i denna ansökan det med optiska fibrer våglängder från infrarött förstås vilken som helst typ av optiska vågledare gjorda av material vilka har ett bryningsindex som permanent kan förändras genom exponering med ljus av åtminstone en förutbestämd våglängd.

Med fotoinducering skall förstås processen att exponera den optiska fibern med den ovannämnda typen av ljus av den förutbestämda våglängden för att forma en permanent brytningsindexvariation i fibern.

Företrädesvis förflyttas interferensen så att den följer fiberrörelsen åtminstone under en del av nämnda tidsperiod. Härigenom kommer fransarna hos interferensmönstret att följa fibern under denna tid, vilket tillhandahåller distinkta och precisa gitter.

Speciellt är det föredraget att interferensmönstret styrs för att sekventiellt följa fiberrörelsen och för att reverseras i motsatt riktning. Härigenom tillhandahålls ett gitter som omfattar flera delgitter exponerade i sekvens efter varandra under förflyttningen av fibern. Vidare är det fördraget att reverseringsavstàndet är mindre än utsträckningen för interferensmönstret, varigenom exponeringen av som följer fibern är åtminstone delvis överlappande. Tiden för reverseringen av interferensmönstret är företrädesvis väsentligt kortare än tiden för följande av fiberrörelsen. Härigenom påverkar exponeringen av fibern under reverseringen inte väsentligt foto-induceringen av gittret.

Vidare, reverseras interferensmönstret företrädesvis ett avstånd som är approximativt lika med ett heltal gånger avståndet mellan närliggande fransar i interferensmönstret. Härigenom lir delgittren synkroniserade med varandra. Det är dock även möjligt att reversera interferensmönstret ett avstånd som är 10 15 20 25 30 35 520 598 approximativt lika med ett heltal multiplicerat med avståndet mellan närliggande fransar i interferensmönstret, men med en förutbestämd förskjutning. En sådan förskjutning kan göras i realtid, och erbjuder möjligheten att införa precist styrda avancerade egenskaper såsom fasförskjutning ("chirp"), fasskift och apodisation.

Dessutom bestäms positionen för fibern företrädesvis kontinuerligt och positionen för fibern används för triggande av reverseringen av interferensmönstret.

Härigenom är en mer precis fotoinduktion möjlig, eftersom interferensmönstren normalt kan styras mer precist än fiberrörelsen. Fibern förflyttas företrädesvis med väsentligen konstant hastighet under exponeringen. Dock kan hastigheten för fiberrörelsen styras i enlighet med förflyttningen av interferensmönstret när den förflyttas i samma riktning som fibern.

Förflyttningen av interferensmönstret är företrädesvis utfört medelst en styrd variation av ett fasskift mellan de interfererande strålarna. Detta möjliggör en mycket precis styrning av förflyttningen av interferensmönstret, med fà mekaniskt rörliga delar.

Uppfinningen hänför sig också till en anordning för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber omfattande en källa för emitterande av ljus; en stråldelare för formande av två inbördes koherenta ljussträlar ; en fiberhàllare för hållande av fibern under exponeringen; organ för förflyttande av fibern väsentligen i riktningen för en längdaxel för fibern genom ett exponeringsomràde; och ett projiceringssystem för att få strålarna att korsas med en vinkel i exponeringsomràdet och därigenom interferera i ett förutbestämt område av fibern för att skapa ett interferensmönster längs längdaxeln hos fibern.

Ljuskällan är en kontinuerlig våg-ljuskälla, och projiceringssystemet omfattar vidare organ för förflyttande av interferensmönstret i riktningen för längdaxeln. 10 l5 20 25 30 35 52 Û 59 f? , 'I 6 Med denna anordning kan metoden som diskuterats ovan utföras. Följaktligen presenteras en ny anordning, företrädesvis baserad pà Sekventiell skrivning, för tillverkning av avancerade Bragg-gitter. I motsats till tidigare kända anordningar används en kontinuerlig vàg- ljuskälla, vilken medger en mycket precis styrning och repeterbarhet för formandet av gitter och delgitter.

Vidare gör den uppfinningsenliga anordningen det möjligt att använda en hög medelirradians utan att förstöra fibern, vilket resulterar i en dramatisk kortning av tillverkningstiden för komplexa gitter. Vidare tillhandahåller uppfinningen en avsevärd förbättring av gitterkvaliteten jämfört med andra sekventiella metoder.

Företrädesvis omfattar anordningen en styrenhet för styrande av förflyttningen av interferensmönstret. Denna enhet är företrädesvis ansluten till organ för bestämmande av positionen för fibern, varigenom förflyttningen av interferensmönstret kan styras precist i enlighet härmed. Nämnda organ för bestämmande av positionen för fibern kan omfatta en interferometer, och företrädesvis ett heterodynt interferensdetekteringssystem.

I ett föredraget utförande av uppfinningen omfattar organen för förflyttande av interferensmönstret organ för införande av en styrd variation av ett fasskift mellan de interfererande strålarna i projiceringssystemet. Nämnda organ för införande av ett fasskift kan omfatta åtminstone en spegel i projiceringsspàret för åtminstone en av strålarna, där nämnda spegel är förskjutbar i stràlriktningen, medelst exempelvis ett piezoelektriskt element. Detta möjliggör en mycket precist styrd förflyttning av interferensmönstret, med fä mekaniskt rörliga delar.

Det piezoelektriska elementet styrs företrädesvis med en sàgtandssignal som tillförs av styrenheten, matchande hastigheten hos fransarna och fibern över ett visst avstànd, och företrädesvis ett avstånd som lO 15 20 25 30 35 ß2ß ß9ßrfffír* 7 motsvarar avståndet mellan två närliggande fransar.

Härigenom kan interferensmönstret styras till att sekventiellt följa fiberrörelsen respektive till att reverseras i den motsatta riktningen. Härigenom tillhandahålls ett gitter omfattande flera delgitter i sekvens efter varandra under förflyttningen av fibern.

Dessutom kan projiceringssystemet omfatta linser för fokuserande av de interfererande strålarna till ett linjefokus, vilket åtminstone delvis sammanfaller med kärnan hos fibern, där nämnda linser är anordnade efter nämnda organ för införande av en kontrollerad variation av fasskiftet.

I ett föredraget utförande omfattar projiceringssystemet vidare organ för förändrande av vinkeln mellan de interfererande strålarna för att förändra perioden för interferensfransarna. Denna förändring kan antingen göras mellan två skrivsteg eller under skrivandet. Organen för förändring av vinkeln mellan de interfererande strålarna är företrädesvis avpassat att förändra vinkeln symmetriskt för båda strålarna.

Kortfattad beskrivning av ritningarna I exemplifierande syfte skall uppfinningen nu beskrivas mer ingående med hänvisning till utföranden av densamma, vilka illustreras på de bifogade ritningarna, på vilka: Fig 1A är en schematisk illustration av ett fiber Bragg-gitter tillverkningssystem i enlighet med ett utförande av uppfinningen.

Fig 1B är en schematisk illustration av det optiska spåret hos projiceringssystemet i fiber Bragg-gitter tillverkningssystem i enlighet med fig 1A.

Fig 2 är ett avsnitt av en sågtandad vågform använd för att driva piezoelementen för likformiga gitter med ett fasskift Ao (svart linje) i systemet i enlighet med 10 15 20 25 30 35 520 598 8 fig 1. Den grà linjen visar fortsättningen av vågformen utan fasskift.

Fig 3a visar ett avsnitt fràn den sàgtandade vàgformen för drivande av piezoelementen för gitter med och vàgformen som resulterar 50% synbarhet (svart linje) i ett oapodisierat gitter med samma fas (grà linje).

Vàgformen växlar mellan ledande och dröjande Am = n/3 jämfört med det oapodiserade fallet. Fig 3b visar det samma som i Fig 3a, men med olika positioner för sprànget till den andra fasförskjutningen. För ytterligare förklaring, se texten.

Fig 4 är ett relfektionsspektrum för ett 10 mm làngt oapodiserat gitter (diamanter) och simulerat idealt svar (heldragen linje).

Fig 5 är ett reflektionsspektrum i decibelskala för samma gitter som i Fig 4 (diamanter). Det simulerade idealsvaret är visat med den heldragna linjen.

Fig 6 är ett reflektionsspektrum för en 40 mm làng sinc-apodiserat gitter innehållande 7 sidolober. För att undertrycka sidolober är gittret vidare apodiserat med en super-Gaussisk profil.

Fig 7 är ett reflektionsspektrum i decibelskala för samma gitter som i Fig. 6. Sidobandsavvisning är åtminstone 20 dB.

Fig 8 är ett reflektionsspektrum för ett 20 mm làngt och 10 nm fasförskjutet ("chirpat") gitter med super- Gaussisk apodisation.

Fig 9 är ett reflektionsspektrum i decibelskala för samma gitter som i Fig. 9. Sidobandsavvisningen är approximativt 22 dB.

Beskrivning av föredragna utföranden Ytterligare omfattning av tillämpbarheten för föreliggande uppfinning kommer att framgà av den detaljerade beskrivningen av uppfinningen som följer härefter. Dock skall det förstås att den detaljerade beskrivningen och de specifika exemplen, även om de 10 15 20 25 30 35 :ß n. f , _, H _.

M. i ' * ' I - ~ ' ; = - i .» I .' '2 1 ~ f I U ,. I 9 indikerar föredragna utföranden av uppfinningen, endast ges såsom exempel, eftersom olika förändringar och modifikationer inom idén och ramen för uppfinningen kommer att framgå för de som är kunniga inom teknikområdet utifrån denna detaljerade beskrivning.

Uppställningen enligt ett utförande av uppfinningen illustreras i Fig. 1A. En fiber l som skall exponeras placeras i en fiberhållare 2 som är monterad på en luftburen släde 3, vilken förflyttas med en återkopplingsstyrd linjärdrivning. Positionen för förflyttningsplattformen relativt UV-interferensmönstret mats med ett heterodynt interferensdetekteringssystem 4 som använder en He-Ne-laser som ljuskälla. Den resulterande rumsliga upplösningen är approximativt 0.6 nm, vilken är tillgänglig over en förflyttningslängd på omkring en halv meter.

En ljukälla 5, laser utsänder ljus, 244 nm, t ex en frekvensdubblad argon-jon såsom lOO-mW strålning av våglängd till en sträldelare, såsom en halvtransparent spegel eller prisma, eller en fasmask, där den uppdelas i två koherenta strålar. Därefter skickas stålarna in i en dubbel Sagnac-interferometer 6, vilken genererar interferensmönstret som formar gittret. En eller flera cylindriska linser 61 fokuserar de två interfererande strålarna till ett linjefokus som sammanfaller med kärnan hos fibern 1. I längdled kan fokuset utsträcka sig över omkring 100 micron, vilket grovt motsvarar 200 fransar för en Bragg-våglängd på 1550 nm resonansvåglängd.

Eftersom fibern rör sig, och företrädesvis med en konstant hastighet, måste mönstret följa fiberrörelsen under exponeringen. För att åstadkomma detta är två speglar anordnade på piezokristaller 62 i UV-interferome- tern, en i varje strålväg. En förflyttning av speglarna inför ett fasskift mellan de interfererande speglarna, vilket skiftar fransmönstret under envelopen definierad av fokuset. Mönstret förflyttas sålunda med fibern, kontinuerligt exponerande fibern. Eftersom piezoelementen lO l5 20 25 30 35 520 598 §f*' lO inte kan förflyttas oändligt långt matas de med en sågtandad signal så att fransarna perfekt följer fibern över ett viss avstånd, typiskt en frans. Vid slutet av spänningsrampen i varje period hoppar fransarna tillbaka till den ursprungliga positionen. Under detta korta ögonblick exponeras fibern jämnt vilket ger en liten ökning i dc-indexförändring. Varje ny period hos den sägtandade signalen resulterar i en ny “subexponering” av fibern, svarande mot ett nytt delgitter hos tidigare sekventiella metoder. Egenskaperna hos piezokristallerna begränsar den maximala skrivhastigheten, då det är väsentligt att utstråckningen av svängningen (ringningen) efter hoppet är mycket mindre än periodtiden för signalen. I annat fall kan modulationsdjupet hos det genererade gittret försämras. Den maximala skrivhastigheten som kan erhållas i vår uppsättning var i storleksordningen centimeter per sekund. I praktiken utgör hanterandet av fibern före och efter exponeringen den tidsbegränsande faktorn i gittertillverkningsprocessen. Men med den ovan beskrivna uppsättningen kan en maximal skrivhastighet av åtminstone storleksordningen centimeter per sekund uppnås.

Hela gitterstrukturen bestäms av positionen för hoppen, dvs teckenreverseringen hos den sägtandade signalen såsom beskrivs i detalj nedan. Dessa positioner beräknas i förväg av en beräkningsenhet 7, såsom en konventionell persondator, och matas in till en styrenhet 8 som efterhand utför teckenreverseringen när de önskade positionerna nås. Styrenheten är företrädesvis elektroniskt implementerad i hårdvara.

En stegmotor 63 styr vinkeln mellan de interfererande strålarna kan användas för att förändra perioden för interferensfransarna för att matcha den önskade lokala lutningen ("pitch") hos gittret.

Vinkelförändringen utförs företrädesvis symmetriskt för båda strålarna så att centrum av fransarna inte förflyttar sina positioner. I en föredragen uppsättning 10 15 20 25 30 35 520 ß9ßffffr:.@; ll är upplösningen för denna lutningsvariation omkring 1.4 pm i den resonanta våglängden. För att förhindra oönskad exponering utanför det verkliga gittret omfattar systemet även en styrbar slutare 9 i UV-strålspåret som endast är öppen inom gitterområdet under skrivningen.

Ett exempel på det optiska spåret i projiceringssystemet 6 som används i en anordning i enlighet med uppfinningen illustreras i fig lB. Strålen B från lasern 5 riktas mot en stràldelare 601, såsom en semi-transparent spegel, där den separeras till två strålar Bl, B2. Därefter leds strålarna i olika spar i den dubbla Sagnac-interferometern med hjälp av reflekterande speglar 601-609 eller liknande. Vidare är rörliga speglar 621, 622 införda i det optiska spåret för att styra införandet av fasskillnader mellan strålarna.

De förskjutbara speglarna kan vara anordnade på piezoelectriska element, såsom diskuterats ovan.

Därefter riktas strålarna B1, B2 mot linserna 610- 612 för att fokuseras på fibern 1.

De reflekterande elementen 604, 605 är företrädesvis förskjutbara medelst stegmotorer 63, såsom tidigare beskrivits, för styrande av vinkeln mellan de interfererande strålarna. Företrädesvis är speglarna 604, 605 anordnade på en hållareplatta eller liknande, och följaktligen rörliga på ett koordinerat sätt.

Realisation av komplexa profiler För enkel icke-fasförskjutna ("ochirpade") och oapodiserade gitter, är alla exponerade fransar i fas och sågtandshoppen kommer att uppträda med samma heltalsantal gitterlutning genom hela skrivprocessen. Tillförande aav ett fasskift, motsvarar endast fördröjning av hoppet något, såsom (positivt) t ex för DFB strukturer, illustreras i Fig 2. Interferensmönstret kommer sedan att följa fibern en liten bit längre än annars vid positionen för fasskiftet och göra ett motsvarande längre hopp 10 15 20 25 30 35 520 598 gjšgs, l2 tillbaka. Om hoppet fördröjs med A9/2 kommer det resulterande fasskiftet hos gittret att bli A9.

En viktig punkt är möjligheten att apodisera gitter för att undertrycka oönskade sidolober i reflektionsspektrat. I enlighet med uppfinningen realiseras detta genom så kallad vibration ("dithering").

Synbarheten för gittren förändras genom förändring av fasförskjutningen för delexponeringarna mellan två olika värden, varvid i praktiken tvà likformiga gitter med samma egenskaper överlagras, med fasskiftade relativt varandra. Ett val av fasförskjutning till :A9 kommer att ge en total indexvariation i form av An(x) oc sin(lcx - Arp) + sin(kx + Ago) oc cos(A(p) sinUcv), där x är positionen längs fibern, k = 2nU1och A är gitterlutningen. Såsom framgår bestämmer fastermen direkt styrkan hos indexvariationen.

Detta är samma princip som användes i Ref. 6, men i den föreliggande uppsättningen, där rörliga fransar används, styrs UV-dosen som ges i vardera av de två fasskiftade gittren enkelt och precist. Om dosen varierar från delgitter till delgitter, vilket är fallet när en pulsad UV-ljuskälla används, kommer brus att tillföras i både fas och amplitud hos gitterstrukturen.

Fig 3a visar den sägtandade vàgformen för en fasförskjutning på 1 n/3. Såsom kan ses, växlar den mellan tvà fasskiftade versioner av en likformig sàgtandad väg. Dessa vågor resulterar i tvà överlagrade/superponerade gitter vilka adderas i enlighet med den ovannämnda ekvationen, vilket ger en franssynbarhet på 50%. Teckenreverseringen vid positioner markerade med “A' i Fig 3a sveper interferensmönstret tillbaka för att exponera nästa del av gittret medan reverseringen vid positionerna \B' får mönstret att till den andra fasförskjutningen. Genom att alltid låta de sågtandade signalerna följa vardera av de två fasskiftade 10 15 20 25 30 35 520 598gfi3*,%irfLt:j: ve. ..,' " I un' 13 vågformerna samma antal perioder före omkoppling till den andra tillses en jämn fördelning av UV-dosen. Den grà linjen indikerar en vågform som skulle resultera i en maximalt synbart (icke-apodiserat) gitter med samma fas som det som beskrivits ovan.

Eftersom piezokristallerna har en åndlig svarstid, är det viktigt att välja omkopplingspositioner mellan de två vågformerna omsorgsfullt. Om t ex positionerna markerade med “C' i Fig. 3a används, antar de resulterande sågtandssignalerna formen som visas i Fig. 3b. Såsom tidigare motsvarar reverseringen vid positionerna “A' mot àtersvepande för nästa delexponering och vid positionerna *B' att mönstret hoppar till den andra fasförskjutningen. I detta fall visar sig dock teckenreverseringen vara mindre utspridda ju mindre fasvibrationen Ao är. Sålunda kan piezokristallerna omöjligt svara mot signalen då synbarheten närmar sig 100%. Väljande av omkopplingspositioner i enlighet med Fig. 3a istället resulterar i reversering med approximativt konstant hastighet, oavsett den aktuella synbarheten.

Genom kontinuerlig förändring av Am för varje nytt par av delexponeringar kan vilken som helst apodisiering åstadkommas och likaså kan tillförandet av enkla fasförskjutningar, såsom diskuterats i början av detta avsnitt, ge vilka som helst fasprofiler.

Fasförskjutning ("chirping") av ett gitter är ekvivalent med att kontinuerligt förändra avståndet mellan fransarna. En konstant fasförskjutning , dvs en linjär ökning/minskning i gitterperioden och fransavståndet, är detsamma som en kvadratisk ökning/minskning av fasen jämfört med ett icke- fasförskjutet gitter. Om interferensmönstret fokuseras till att endast innehålla vissa enstaka fransar skulle det vara möjligt att skapa vilken som helst fasförskjutning over gittret. Å andra sidan skulle tillverkningstiden öka eftersom varje överlappande frans 10 15 20 25 30 35 520 ß9ß:i;3m @:~»n. 14 i apodisationsschemat beskrivet ovan måste exponeras individuellt. Vidare ökar kravet pà precision vid fiberinriktningen ju tätare UV-strälen är fokuserad. Om strälpunkten innehåller flera fransar och perioden för interferensfransarna är fast over skrivprocesen, är det fortfarande möjligt att tillföra mindre fasförskjutningar (chirps) genom att helt enkelt justera fasförskjutningen sä länge som fasskiftet förblir litet över en längd motsvarande ett delgitter. Större fasförskjutnignar kommer att ge en apodisationseffekt beroende pà överlappning med fransar som ej är i fas eftersom den aktuella interferensfransperioden skiljer sig för mycket fràn den önskade gitterlutningen.

För att tillföra större fasförskjutningar mäste fransperioden kontinuerligt förändras under exponeringen för att alltid matcha den önskade lokala gitterlutningen.

I vàr uppsättning görs detta genom att förändra vinkeln mellan de tvä interfererande strålarna med hjälp av stegmotorn beskriven ovan. Med denna teknik är det möjligt att skapa godtyckliga fasförskjutningar over gittret. Det är viktigt att vinkeljusteringen är symmetrisk med hänsyn till fibernormalen i infallsplanet, för i annat fall skulle den övergripande positionen för interferensmönstret också förändras, och sålunda införa fasfel i gitterstrukturen.

Experimentella resultat För att testa utrustningen skrevs flera gitter.

Interferensmönstret har i varje fall fokuserats till en längdstorlek pà approximativt 100 micron. Det har visat sig vara viktigt att använda samma UV-effekt och skrivhastighet vid varje exponering för att hälla tiden mellan multipla skrivpass approximativt konstant. Om dess krav inte efterlevs resulterar olika temperaturer beroende pà olika mängder kvarvarande värme i fibern i en missinriktning av fransarna fràn pass till pass, vilket sålunda orsakar försämring av gittret istället för lO 15 20 25 30 35 - ~ = . , . 520 598 15 förstärkning. Effekten är speciellt tydlig vid skrivande av fasförskjutna (chirpade) gitter.

Fig 4 visar reflektionsspektrat för ett 1 cm likformigt oapodiserat gitter som exponerade med 13 mW med en hastighet på 5 mm/s. Användning av en mycket känslig vätteladdad fiber resulterade i ett gitter med approximativt 20% reflektivitet och ett modulationsdjup på omkring 210_à Så som kan ses, är det sinc-formade spektrat i perfekt samklang med det simulerade ideala svaret för ett sådant gitter. Likheten med simuleringen är fortfarande mycket god långt bort från huvudtoppen, såsom framgår av Fig. 5. Den närmast perfekta symmetrin indikerar att antalet fasfel är mycket lågt.

Därefter skrevs ett sinc-apodiserat 4 cm långt gitter inkluderande 7 sidolober på varje sida om huvudtoppen i samma typ av fiber som ovan. För att undertrycka spektrala sidoband apodiserades gittret dessutom med en super-Gaussisk profil. Det resulterande reflektionsspektrat visas i Fig 6. Gittret exponerades 5 gånger med 100 mW, vilket gav en reflektivitet på approximativt 20%. I-bandbruset är 10% och sidobandsavvisingen är åtminstone 20 dB, såsom illustreras i Fig 7.

Slutligen skrevs ett 2 cm långt och 10 nm fasförskjutet (chirpat) super-Gaussiskt apodiserat gitter i en Redfern GF-5 fiber. Gittret exponerades 10 gånger vid 2 mm/s med 100 mW stràleffekt. En stegmotor användes för att kontinuerligt optimera den lokala perioden. Såsom kan ses från Fig 8 and 9 är filtersvaret mycekt gott, med en sidolobsavvisning på approximativt 22 dB och en reflektivitet närmare 100%. Notera också den spektrala symmetrin som, åter, fasfel. indikerar en mycket låg mängd Slutsats Uppfinningen tillhandahåller en ny teknik för tillverkande av högkvalitativa fiber-Bragg-gitter. Genom lO l5 20 25 30 35 ~ - \ , -. 520 59sš*?ï'f§f 16 kontinuerlig förflyttning av interferensfransarna från UV-ljuset med den rörliga fibern under skrivprocessen, används en maximal del av ljuseffekten för den verkliga exponeringen. Som ett resultat härav reduceras tillverkningstiden för alla typer av anpassade gitter högst väsentligt jämfört med tidigare metoder.

Uppfinningen medger en mycket precis kontroll av gitter formandet, vilket demonstreras av ett antal realiserade gitter, vilka uppvisar en mycket låg mängd fasfel. Alla stegen i gitterexponeringen är mjukvarustyrda varför vilken typ av fas- och apodisationsprofil som helst kan realiseras med hjälp av enkla programförändringar.

Flexibiliteten och hastigheten hos denna teknik gör den till ett kraftfullt redskap för tillverkning av godtyckligt formade fiber~Bragg-gitter.

Uppfinningen har nu beskrivits medelst utföringsexempel. Dock är många alternative möjliga.

Exempelvis är olika typer av stråldelare tänkbara, andra typer av organ för införande av fasskillnader mellan strålarna kan användas istället för piezoelement, andra typer av organ för förflyttande av fibern kan användas etc. Sådana alternativ är kända från den tidigare kända tekniken. Det skall förstås av en person som är kunnig inom teknikomràdet att sådana alternativ är en del av uppfinningen, såsom den definieras av de bifogade patentkraven.

Referenser [1] 3. technique of long and highly reflective in-fiber Lett. 30, 8ll-812 (1994).

P. F. McKee, R. J. Campbell och D.

Martin och F. Oulette, "Novel writing gratings", Electron. [2] R. Kashyap, L. Williams. "Novel method of producing all fiber photo- induced chirped gratings", Electron. Lett. 30, 996-998 ( 1994). [3] K. O.

S. Thériault, Hill, D. C. Johnson, F. Bilodeau, B. Malo, J. Albert och K. Takiguchi, T. Kitagawa, 10 15 20 ° ' - > « u 520 59@*ï“'íää:a 17 "Aperiodic in-fiber Bragg gratings for optical dispersion compensation", OFC'94, PD-77 (1994). [4] W. H. Loh, M. J. Cole, M. N. Zervas, och R. I. phase masks based on the moving fiber-scanning beam teChnique", Opt. Lett. 20, 2051-2053 (1995). [5] R. Stubbe, B. Sandgren och A.

Asseh, "Novel technique for writing long superstructured i Proc.

S. Barcelos Laming "Complex grating structures with uniform Sahlgren, S. fiber Bragg gratings", i Photosensitivity and Quadratic Nonlinearity in Glass Waveguides (Fundamentals and (1995).

B. E.

"A writing technique for long fiber Applications), Portland, PDl [6] A. Asseh, H. Storøy, och R. A. H. Stubbe, Bragg gratings with complex reflectivity profiles", J.

Lightw. Techn. 15, 1419-1423 (1997). [7] J. Skaar, B. Sahlgren, P.-Y. Fonjallaz, H.

Storøy "High reflectivity fiber optic bandpass filter Sahlgren, S. Sandgren designed using the iterative solution to the Gel'Fand- Levitan-Marchenko equations", Opt. Lett. 23(l2), 933-935 (1998).

Claims (24)

10 15 20 25 30 520 598 18 PATENTKRAV

1. Metod för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber, omfattande stegen att: samtidigt exponera fibern med två inbördes koherenta ljusstrålar vilka skär varandra med en vinkel och interfererar i ett förutbestämt område av fibern för att skapa ett interferensmönster längs en längdaxel av fibern; och förflytta fibern väsentligen i riktningen för längdaxeln; k ä n n e t e c k n a d av att fibern, åtminstone under en viss tidsperiod, är exponerad med kontinuerligt ljus, under vilken tidsperiod strålarna styrs för att förflytta interferensmönstret i en riktning för längdaxeln.

2. Metod enligt krav 1, varvid interferensen förflyttas för att följa fiberrörelsen åtminstone en del av nämnda tid.

3. Metod enligt krav 2, varvid interferensmönstret styrs för att sekventiellt följa fiberrörelsen respektive att reverseras i motsatt riktning.

4. Metod enligt krav 3, varvid tiden för reverseringen av interferensmönstret är väsentligt kortare än tiden för följande av fiberrörelsen.

5. Metod enligt krav 3 eller 4, varvid interferensmönstret reverseras en sträcka som approximativt är lika med ett heltal multiplicerat med avståndet mellan närliggande fransar i interferensmönstret.

6. Metod enligt krav 3 eller 4, varvid interferensmönstret reverseras en sträcka som är approximativt lika med ett heltal multiplicerat med 10 15 20 25 30 v v ( . , , 520 598 19 avståndet mellan närliggande fransar i interferensmönstret, men med en förutbestämd förskjutning.

7. Metod enligt något av patentkraven 3-6, varvid positionen för fibern kontinuerligt bestäms och positionen för fibern används för triggande av reverseringen av interferensmönstret.

8. Metod enligt något av kraven 3-7, varvid reverseringssträckan är mindre än utsträckningen av interferensmönstret, varigenom exponeringen som följer fibern är åtminstone delvis överlappande.

9. Metod enligt något av föregående krav, varvid fibern förflyttas med en väsentligen konstant hastighet under exponeringen.

10. Metod enligt något av föregående krav, varvid hastigheten hos fiberförflyttningen styrs i enlighet med förflyttningen av interferensmönstret när detta förflyttas i samma riktning som fibern.

11. ll. Metod enligt något av föregående krav, varvid interferensmönstret förflyttas genom kontrollerad variation av ett fasskift mellan de interfererande strålarna.

12. Anordning för fotoinducering av ett gitter i en optisk fiber (1) omfattande en källa (5) för emitterande av ljus; en stråldelare för formande av två inbördes för hållande för förflyttande koherenta ljusstrålar ; en fiberhàllare (2) av fibern under exponeringen; organ (3) av fibern väsentligen i riktningen för en längdaxel hos fibern genom ett exponeringsområde; och ett projiceringssystem för att få strålarna att korsas med en vinkel i exponeringsområdet och därigenom interferera i ett förutbestämt område av fibern för att skapa ett interferensmönster längs längdaxeln hos fibern, 10 15 20 25 b.) C) i ,, ' V n; f _ - - . , ' - - i ' ' = . _ " - f , H ».,, 20 k ä n n e t e c k n a d av att ljuskällan (5) är en kontinuerlig väg-ljuskälla, och att projiceringssystemet (62) interferensmönstret i riktningen för längdaxeln. (6) vidare omfattar organ för förflyttande av

13. Anordning enligt krav 12, vidare omfattande en styrenhet (8) för styrande av förflyttningen av interferensmönstret.

14. Anordning enligt krav 13, vidare omfattande organ (4) för bestämmande av positionen för fibern, vilka organ är anslutna till styrenheten.

15. Anordning enligt krav 14, varvid organen för bestämmande av positionen för fibern omfattar en (4), interferensdetekteringssystem_ interferometer och företrädesvis ett heterodynt

16. Anordning enligt nägot av kraven 12-15, varvid styrenheten (8) är avpassad att styra förflyttningen av interferensmönstret till att sekventiellt följa fiberrörelsen respektive att reverseras i den motsatta riktningen.

17. Anordning enligt krav 16, varvid styrenheten (8) är avpassad att reversera interferensmönstret en sträcka som approximativt är lika med ett heltal multiplicerat med avståndet mellan närliggande fransar hos interferensmönstret.

18. Anordning enligt nàgot av kraven 12-17, varvid organet för förflyttande av interferensmönstret omfattar (62) ett fasskift mellan de interfererande stràlarna i organ för införande av en kontrollerad variation av projiceringssystemet.

19. Anordning enligt krav 18, varvid organet (62) för införande av ett fasskift omfattar åtminstone en spegel i projiceringsspàret för åtminstone en av 10 lS 20 25 520 598 fffj' 21 strålarna, där nämnda spegel är förskjutbar i strålriktningen.

20. Anordning enligt krav 19, varvid nämnda åtminstone en spegel är förskjutbar medelst ett piezoelektriskt element (62).

21. Anordning enligt krav 20 då det beror av krav (62) sàgtandad signal som tillförs av styrenheten matchande 13, varvid det piezoelektriska elementet styrs av en hastigheten hos fransarna och fibern över en viss sträcka, och företrädesvis en sträcka som motsvarar avståndet mellan två närliggande fransar.

22. Anordning enligt något av kraven 18-21, varvid projiceringssystemet vidare omfattar linser (61) för fokuserande av de interfererande strålarna till ett linjefokus som åtminstone delvis sammanfaller med kärnan för fibern, där nämnda linser är anordnade efter nämnda organ för införande av en kontrollerad variation av fasskiftet.

23. Anordning enligt något av kraven 12-22, varvid projiceringssystemet vidare omfattar organ (63) för förändrande av vinkeln mellan de interfererande strålarna för att förändra perioden för interferensfransarna.

24. Anordning enligt krav 23, varvid organen för förändrande av vinkeln mellan de interfererande strålarna är avpassat att förändra vinkeln symmetriskt för båda strålarna.