[發明專利]寬帶光纖光柵非均勻溫度場制作方法

有效

• 申請號: 02138981.0
• 申請日: 2002-08-29
• 公開（公告）號: CN1399149A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發明（設計）人: 姜德生;何偉;陳宏波;梅家純;戴珩
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于光電子、光纖通信和光纖傳感領域，尤其是涉及一種制作寬帶光纖光柵的方法。

背景技術：

光纖布喇格光柵是一種光纖內器件。光纖布喇格光柵中，纖芯的折射率沿光纖軸線方向周期性變化，這種周期性變化是通過特殊的光學方法用紫外光對光纖纖芯進行照射所形成的。普通光纖布喇格光柵的光柵常數(纖芯折射率變化的周期和幅度)是均勻的，我們稱之為均勻光纖光柵，它所反射的光帶寬很窄(一般＜0.5nm)，所以也稱窄帶光纖光柵。而寬帶光纖光柵的光柵常數是不均勻的，所反射的光頻帶很寬(通常＞0.5nm～幾十nm)。光柵常數沿光纖軸線單調變化的寬帶光纖光柵一般稱之為啁啾光纖光柵(有時我們統稱為寬帶光纖光柵)。寬帶光纖光柵可以用作寬帶濾波器。具有特殊光柵常數分布的寬帶光纖光柵或啁啾光纖光柵可以用來進行色散補償、脈沖壓縮、波形整形以及光纖光柵傳感信號解調等多方面的應用。因此寬帶光纖光柵是一種可用于光纖通信、光纖傳感、寬帶濾波、光纖光源和半導體光源等光電子技術的重要器件。

如何有效地制作所需要的寬帶光纖光柵是一個廣為關注的問題，為此提出了許多制作方法。雖然強均勻周期光纖光柵(通過強紫外光和長時間曝光獲得)也可以提供寬帶，但在布喇格共振的短波部分伴有大量的和不可避免的損耗。因此制作既有所需帶寬又有最小損耗的寬帶光纖光柵是非常重要的。目前寬帶光纖光柵的制作方法基本上可分為兩大類：第一類是直接寫入法，既光纖光柵的光柵常數非均勻化是在寫入過程中完成的，直接得到寬帶光纖光柵；第二類是間接制作法，既首先制作均勻光纖光柵，然后通過特殊處理使均勻光纖光柵的光纖常數非均勻化，從而得到寬帶光纖光柵。

清華大學的謝世鐘等人申請了一項制作寬帶光纖光柵的專利(公告日：2000/12/17，公告號：CN1278069)，其方法是：用安裝在掃描移動平臺上的反射鏡，按設定的函數分布通過等周期相位掩模板對光纖進行掃描，則光纖各點的曝光量按預先設計分布，制得寬帶光纖光柵。

還有一種使用均勻周期相位掩模板寫入寬帶光纖光柵的技術，是在相位掩模板前加一塊透鏡，光纖相對于掩模板傾斜一個角度，利用不同的離焦距離有不同的放大率來獲得非均勻周期效果。這種方法將受到光源空間相干長度的限制。

逐點寫入技術也被用于制作寬帶光纖光柵，然而非常緩慢耗時，完全不實用。

目前使用最多，也是控制最精密的方法之一是啁啾相位掩模板技術。啁啾相位掩模板的周期按所設計的要求逐漸變化，用此掩模板即可寫出所需要的寬帶光纖光柵。江西大學的鄒道文等人承擔的國家自然科學基金項目，意欲用此方法獲得1nm帶寬的啁啾光纖光柵，補償一百公里以上光纖的色散。此方法的關鍵是啁啾相位掩模板，目前世界上只有少數幾家公司能生產啁啾相位掩模板，一塊好的啁啾相位掩模板價格很貴。

總的來說，雖然通過多年的努力，研究出了許多寬帶光纖光柵的制作方法，但仍然存在許多技術上的問題，投入實際應用的方法只有啁啾相位掩模板等少數幾種方法，而啁啾相位掩模板方法是一種制作成本很高且極不靈活的方法。因此進一步加強寬帶光纖光柵制作方法的研究，改進現有的制作方法，發明新的制作方法，對于光纖通信、光纖傳感、光纖光源合半導體光源等光電子技術的發展是十分有意義的。

發明內容：

針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種較為簡單的制作寬帶光纖光柵的方法。

本發明使用普通均勻周期光纖光柵制作方法在光敏光纖中寫入光柵，但是和普通均勻周期光纖光柵制作方法的不同之處在于：在光敏光纖的待寫入光柵段，沿光纖軸線設置有非均勻溫度場分布，從而使光敏光纖的力學和光學性質沿軸向產生了非均勻變化。當光柵寫入完成后，撤掉非均勻溫度場，原本是均勻周期的窄帶光纖光柵將變成寬帶光纖光柵或啁啾光纖光柵。簡單地說，本發明是普通均勻周期光纖光柵制作方法和沿光敏光纖軸線建立非均勻溫度場方法的結合。并且，沿光敏光纖軸線設置非均勻溫度場的裝置應當使光柵寫入光束的入射光路不受阻礙。

本發明采用較為簡單的方法，使用常規的加熱裝置，即可利用現有制作普通窄帶光纖光柵的設備制作寬帶光纖光柵或啁啾光纖光柵。具有方法簡單，操作方便，制作成本低等優點。

上述普通均勻周期光纖光柵制作方法包括：逐點寫入法、雙光束干涉法、均勻周期相位掩模板方法等，其中均勻周期相位掩模板方法包括：印刷法、環路法、棱鏡法等。原則上講，所有能在光敏光纖中寫入光纖光柵的方法都可以在本發明中使用。以下對上述各種方法做簡要介紹。

逐點寫入法：是將光源聚焦成一點，通過精密控制的機械移動使聚焦光點沿光敏光纖軸線進行掃描，從而寫出光纖光柵。