[實(shí)用新型]一種螺旋光纖光柵的刻寫裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320739912.1
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN203561765U
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉強(qiáng);王安廷;林中晰;許立新
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02;G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;孟卜娟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及刻寫光纖光柵的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種螺旋光纖光柵的刻寫裝置，采用掩模板法單面曝光刻寫的螺旋光纖光柵。

背景技術(shù)

渦旋光束的特性在于在光束橫截面上相位具有空間非均勻分布，光束攜帶了一定的軌道角動(dòng)量分布，其中心點(diǎn)位相具有奇異性。此光束在高數(shù)值孔徑透鏡聚焦下能產(chǎn)生特殊的場分布，在微結(jié)構(gòu)操控和量子通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。采用單面曝光技術(shù)將光纖刻寫成螺旋型光柵，從而在光纖中激發(fā)出渦旋光束。

另外隨著光纖通信和光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展,人們對全光纖型光波調(diào)制器件的功能及性能提出了更高要求,手征光纖光柵因其具有圓偏振選擇特性而備受關(guān)注，采用單面曝光技術(shù)將光纖刻寫成長周期螺旋型光柵，從而實(shí)現(xiàn)對光束的偏振控制。

目前國內(nèi)外報(bào)道的螺旋型光柵大多數(shù)是采用應(yīng)力扭曲的方法，生成的螺旋光柵周期大都在10^-4量級(jí)，屬于長周期螺旋光柵，短周期的布拉格螺旋光柵難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題為：為了克服背景技術(shù)中所述缺陷，本實(shí)用新型提供一種螺旋光纖光柵的刻寫裝置，其實(shí)現(xiàn)方法簡單，成本較低。本實(shí)用新型是利用掩模板，采用單面曝光技術(shù)在光柵橫截面上產(chǎn)生非對稱的橫向折射率調(diào)制，單面曝光技術(shù)在光柵的寫入過程中，纖芯區(qū)折射率隨刻寫深度的變化呈遞減的指數(shù)函數(shù)形式，采用此技術(shù)可以制作短周期的布拉格螺旋型光柵。除此之外，也可以換用振幅型掩模板刻寫長周期螺旋型光纖光柵。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種螺旋光纖光柵的刻寫裝置，其結(jié)構(gòu)由紫外光源、準(zhǔn)直聚焦透鏡、掩模板、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和前進(jìn)電機(jī)組成，紫外光源產(chǎn)生的紫外光，經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦透鏡后照射到掩模板上。當(dāng)采用相位掩模板刻寫短周期布拉格螺旋光柵時(shí)，透射光通過相位掩模板后能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形成的干涉光對被刻寫的光纖進(jìn)行曝光。當(dāng)采用振幅型掩模板刻寫長周期螺旋光柵時(shí)，掩模板上透光部分直接在光纖上進(jìn)行曝光。刻寫采用的是單面曝光技術(shù)，刻寫具有一定的深度，刻寫的過程中旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)光纖旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠向兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光纖向前移動(dòng)，調(diào)節(jié)兩個(gè)電機(jī)的周期，使光纖在前進(jìn)一個(gè)刻寫周期Λ的同時(shí)，光纖旋轉(zhuǎn)一周，這樣就能夠?qū)⒐饫w刻寫成具有一定深度的螺旋型，用v表示前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光纖前進(jìn)的速率，ω表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光纖旋轉(zhuǎn)的角速度大小，Λ表示所要刻寫的光柵的周期，它們之間的關(guān)系是：

進(jìn)一步的，所述的紫外光源為氬離子激光器或準(zhǔn)分子激光器。

進(jìn)一步的，掩模板是刻寫布拉格光纖光柵的相位掩模板，或者是刻寫長周期的振幅型掩模板。

進(jìn)一步的，前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)被刻寫的光纖沿軸向向前移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠帶動(dòng)被刻寫的光纖繞軸向旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型的原理在于：一種螺旋光纖光柵的刻寫裝置，包括：紫外光源、準(zhǔn)直聚焦透鏡、掩模板、電機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中電機(jī)控制系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)跟前進(jìn)電機(jī)組成。常用的紫外光源有氬離子激光器、準(zhǔn)分子激光器等。所用的相位掩模板當(dāng)紫外光透過后，能夠產(chǎn)生±1級(jí)衍射，衍射光形成的干涉條紋對被刻寫的光纖進(jìn)行曝光，使纖芯折射率產(chǎn)生周期性變化寫入光柵。當(dāng)光束通過刻寫長周期螺旋光柵所用的振幅型掩模板時(shí)，透光部分對應(yīng)的光纖會(huì)曝光，從而在纖芯中形成永久性的折射率調(diào)制，不透光部分對應(yīng)的光纖不變化。電機(jī)控制系統(tǒng)主要有兩個(gè)電機(jī)組成：前進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)光纖繞軸向旋轉(zhuǎn)，其可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光纖沿軸向向前移動(dòng)，精確控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，使光纖在旋轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，沿軸向前進(jìn)一個(gè)光柵周期。所用的刻寫光纖選用常用的光纖，如單模光纖、多模光纖，也可以是多層光纖等特殊光纖。紫外光照射到上面后能形成折射率調(diào)制。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本實(shí)用新型利用掩模板，采用單面曝光刻寫的方法，既可以刻寫長周期螺旋光纖光柵，也可以刻寫短周期的布拉格螺旋光纖光柵，可以直接利用目前所用的掩模板刻寫技術(shù)，其結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，造價(jià)較低，容易實(shí)現(xiàn)；周期可以精確控制，穩(wěn)定性高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型刻寫系統(tǒng)裝置示意圖；其中，101為紫外光源，102為準(zhǔn)直聚焦透鏡，103為掩模板，104為光纖，105為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，106為前進(jìn)電機(jī)；

圖2為采用單面曝光技術(shù)將光纖纖芯刻寫成具有一定折射率調(diào)制深度的螺旋型光柵示意圖，其中深色區(qū)域107為折射率調(diào)制深度，108為光纖包層，109為光纖纖芯；

圖3為單面曝光光纖橫截面的非對稱折射率分布示意圖。

具體實(shí)施方式