[發明專利]制造體積布拉格光柵的方法和裝置

無效

• 申請號: 201080035311.1
• 申請日: 2010-08-18
• 公開（公告）號: CN102652384A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 瓦倫丁·蓋龐特瑟夫;亞歷克斯·奧夫契尼可夫;德米特里·斯塔德波夫;阿列克謝·科米薩諾夫
• 申請（專利權）人: IPG光子公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯雄軍

技術領域

本發明涉及一種在光熱折射玻璃中制造體積衍射元件的方法。更特定而言，本發明涉及一種全息光學元件，并且具體而言涉及一種在摻雜光熱折射(PFR)玻璃中制造的體積布拉格光柵(VBG)。

背景技術

衍射光學元件包含VBG和UV光引起的折射率結構，衍射光學元件在光熱折射玻璃中制造，近來在光電子器件中已被廣泛接受。例如，VBG是穩定商用激光二極管的輸出波長的有效光學解決方案。

一種記錄VBG的典型方法涉及基于棱鏡的干涉計(參見美國專利7,391,703，其全文以引用的方式并入本文中)，所述干涉計具有耦合到棱鏡面的薄長形光敏玻璃板。棱鏡由在給定波長下為透明的材料制成。棱鏡暴露于入射光波引起VBG沿著板表面的記錄。

在使用上述干涉計方法的VBG制程期間可能會遇到一些不便之處。例如，為了沿著板并跨板具有均勻折射率變化和折射率調制，曝光強度應該均勻。然而，這在技術上可能具有挑戰性。而且，挑戰性可能是光束和耦合到棱鏡的板之間的空間穩定性，光柵的可重復制造同樣需要所述空間穩定性。棱鏡和板之間的耦合可能對未對準敏感并且需要良好的機械穩定性。通過本方法提出的另一不便之處可以包含將所述板切成塊以收納個別VBG，這是因為當需要光柵平面和玻璃表面之間的角度時，這是通過橫向于光柵邊緣的縱向方向切割板來完成。另一種使用面干涉計記錄(參見美國專利5,491,570，其全文以引用的方式并入本文中)的體積光柵制造方法允許制造大且厚的體積全息。如同上文所述的方法，本方法由于難以維持組件之間的所需對準，所以在大量生產方面可能是低效的。另外，本方法沒有教示切成玻璃片，這是因為最終產品包含大且厚的體積全息，而非小VBG。

一種使用比上述方法更簡單更高效的方法制造光纖布拉格光柵的方法。通常使用硅石玻璃光柵相位掩膜(參見美國專利5,367,588，其全文以引用的方式并入本文中)將光柵壓印在光纖核心中。“具有垂直入射的紫外光的相位掩膜激光照射壓印到光纖核心，由相位掩膜產生干涉圖樣”(參見美國專利5,367,588)。在結構上，用于執行本方法的設備配置有輻射具有高斯分布的光的固定光源，光入射在掩膜上，繼而與光纖并置。

使用相位掩膜的一些明顯優勢包含(但不限于)用于光柵制造的低相干受激準分子激光器的使用以及可靠并可重復的光柵長度。這些優點對于高效的大量生產至關重要。與光纖光柵生產過程相關的可能的不想要結果之一也許源于固定光源，所述固定光源通常是具有長相干波長的激光器。

一般而言，可照射任何長度的光纖，只要其不超過所用掩膜的尺寸。然而，由單模式固定激光器發射的輻射實質上呈高斯分布，其特征在于：沿著激光器軸的高強度場和隨著所述分布的邊側遠離其中央軸區域延伸而逐漸改變的較小場強度。因此，掩膜沒有均勻暴露于光，這引起光柵參數(諸如反射性和中央波長)的變化。場均勻性問題由可以相對于掩膜(參見美國專利5,066,133，其全文以引用的方式并入本文中)移置的激光器解決。

因此，存在一種需要：以在大量生產中所用的高效方式制造VBG的方法。

存在另一種需要：制造VBG的方法，其特征為曝光(UV)均勻。

還存在一種需要：制造VBG的方法，其特征為光柵參數的可重復性，尤其是光柵周期，其在大量生產中相當重要。

發明內容

通過本公開內容滿足這些需要，本公開內容利用相位掩膜和所述掩膜與激光器相對于彼此的移置來在光熱折射玻璃中大量生產橫向全息元件(諸如VBG)。所公開的設備允許均勻折射率變化、中央波長和輻射劑量、高大量生產力等等，所述高大量生產力至少等于產品的95％，其超出已建立的質量標準和光柵參數的可重復性。

根據本公開內容的一個方面，所公開的設備提供將單件式厚片暴露于UV光，UV光入射在位于光源和片之間的長形相位掩膜之間。通過光源、輻射UV光和掩膜的相對移置完成曝光以均勻地照射所述片。光源優選(但不是必需)相對于固定掩膜移動。

配置包含相位掩膜和光源，相位掩膜和光源可以相對于彼此移置，所述配置產生多個平行體積布拉格光柵(VBG)，所述VBG沿著待照射材料的曝光表面并延伸穿過曝光表面而形成。根據所公開的設備和方法的顯著特征中的一個特征光柵位置允許切割鋸沿著光柵而非垂直于光柵切割片，如已知的現有技術中所教示。

根據本公開內容的另一方面，取代在單件式片中制造VBG并進一步切割片以產生個別體積光柵的是，最初便將所述片切割成多個均勻單元。將所述個別單元堆疊在一起并且將其暴露于可以類似于先前所公開方面的方式移置的UV源。