[發明專利]制作多波長體布拉格光柵的方法

在審

• 申請號: 201410405773.8
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104133267A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 張小富;陳臻懿;林安英;張玉珂;謝仕永;張帆;商海慶;安俊明
• 申請（專利權）人: 林安英;陳臻懿
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G03F7/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及制作多波長體布拉格光柵的方法，特別涉及通過調諧記錄光波長或改變記錄光入射角度實現在光熱折變玻璃中制作具有多個光譜反射峰的多波長體布拉格光柵的方法。

背景技術

作為濾波元件的體布拉格光柵(VBG)對入射光波長有選擇性，可用于改善光的發射光譜(如激光發射的峰值波長和光譜寬度)[B.L.Volodin，S.V.Dolgy，E.D.Melnik，E.Downs，J.Shaw，and?V.S.Ban，“Wavelength?stabilization?and?spectrum?narrowing?of?high-power?multimode?laser?diodes?and?arrays?by?use?of?volume?Bragg?gratings”，Optics?Letters，29：1891(2004)；T.Chung，A.Rapaport，et?al，“Solid-state?laser?spectral?narrowing?using?a?volumetric?photothermal?refractive?Bragg?grating?cavity?mirror”，Optics?Letters，31：229(2006)]，從而在半導體激光、固體激光、等離子體激光、二極管超熒光、光纖通訊、環境傳感器、測量儀器、國防等領域有著廣泛而重要的應用。然而在VBG應用中，與大部分的只用于穩定單一激光波長不同，J.E.Montagne和M.L.Neve在專利[Patent?No.：US?7,636,379?B2]中提出，使用具有多個光譜反射峰的VBG(多波長VBG)可以將泵浦半導體激光器(LD)的波長隨溫度漂移離散化，即在一定溫度范圍內LD波長被多波長VBG鎖定在一個或幾個峰值，而當溫度進入下一范圍后，波長發生跳變，而不是隨溫度連續變化。通過選擇合適的多波長VBG光譜反射峰值，使其分別對準激光工作物質(如Nd:YAG晶體)較高的吸收系數，從而可以實現寬溫區內激光工作物質對泵浦LD較高的吸收率，即可避免激光工作物質在寬溫區下對泵浦LD光吸收不充分的情況。

分波前/振幅法[鄭浩斌，何焰藍等，“用于實現空間濾波的體布拉格光柵的制備”，光電工程，36：125(2009)]與相位掩膜板法[R.Kashyap，P.F.Mckee，D.Armes，“UV?Written?reflection?grating?structures?in?photo-sensitive?optical?fibers?using?phase?shifted?phase?masks”，Electronics?Letters，30：1977(1994)]均可實現VBG的制作，但卻較少用其獲得多波長VBG的專利和文章。G.A.Rakuljic與V.Leyva等人提出了通過“側面寫入”在光折變鈮酸鋰中制作多波長VBG的方法[PatentNo.：US?5,491,570]，但該方法有諸多缺點，比如有限的可用波長范圍(λ_op＞n*λ_rec)，復雜的樣品制備(需要拋光樣品的至少兩個正交面)，無法獲得寬工作波長調諧范圍等。另外，“側面寫入”的方法對所制作VBG的通光孔徑有根本限制，這是由于為了得到所需要的光折變記錄光束必須被記錄材料吸收，而這將導致所記錄的光柵的穿透深度受限于吸收材料。由于這個原因，反射VBG濾波器的通光孔徑通常不超過約4-6毫米，取決于材料的性質尤其是材料的均勻性。現有的用于制作VBG的光敏材料主要有：鹵化銀感光材料、重鉻酸鹽明膠、光致聚合物材料、光折變晶體等。其中，鹵化銀感光材料具有高的靈敏度，但是衍射效率較低，加工、顯影處理程序較繁瑣。用重鉻酸鹽明膠制作的全息圖具有很高的衍射效率，可達90％以上，但感光靈敏度低，光譜響應范圍窄。另外，此材料制成的全息圖受環境的影響很大，在高溫下很容易消像。光致聚合物材料可以克服上述材料的一些缺點，但缺點是材料受環境(溫度、濕度)影響較大，乳膠有收縮和膨脹現象，有待進一步提高性能。光折變晶體(如光折變鈮酸鋰)不耐高溫，同時在用其制備光柵時會記錄上附加衍射圖案。上世紀80年代末90年代初，Glebov等人開始研究新型的全息記錄光敏玻璃材料[L.B.Glebov，N.V.Nikonorov，E.I.Panysheva，et?al，“Polychromic?glasses-a?new?material?for?recording?volume?phase?holograms”，Sov.Phys.Dokl，35：878(1990)]，以SiO₂-Na₂O-Al₂O₃-ZnO為主成分，摻入Ag、Ce和氟化物、溴化物，通過紫外光輻照及熱處理，制備出空間線對高達2500/mm，1～3mm厚的VBG，其絕對衍射效率高達93％。由于紫外光輻照外加熱處理導致玻璃的折射率改變，這一過程被稱為光熱折變(PTR)過程，稱具有這種特性的玻璃為PTR玻璃[O.M.Efimov，L.B.Glebov，L.N.Glebova，et?al，“High-efficiency?Bragg?Gratings?in?Photothermorefractive?Glass”，Appl.Opt.，38：619(1999)].作為一種新型的光敏材料，PTR玻璃在制備體光柵時具有與記錄激光波長匹配的光譜吸收性、線性傳輸特性、高的分辨率以及低的噪聲，還擁有很強的結構穩定性、高的損傷閾值及相對價廉的價格，成為目前最有效的VBG記錄介質。