[發明專利]貝塞爾光束刻寫多芯光纖光柵裝置

有效

• 申請號: 201910369214.9
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110389404B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張林;賀夢霞
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及光纖光柵制作技術，為提出新的長周期光纖光柵刻寫裝置。為此，本發明采取的技術方案是，貝塞爾光束刻寫多芯光纖光柵裝置，由激光器、軸錐鏡及位移臺組成，由激光器發出的光經過柱狀軸錐鏡形成細長的光斑，光斑穿過多芯或單芯光纖進行曝光，然后，位移臺按照特定周期移動光纖，繼續曝光下一點，不斷重復，直到整個光纖光柵刻寫完成。本發明主要應用于光纖光柵制作場合。

技術領域

本發明涉及光纖光柵制作技術，具體涉及貝塞爾光束刻寫多芯光纖光柵的方法。

背景技術

現有的刻寫長周期光纖光柵的方法有紫外曝光法刻寫、CO₂激光器刻寫等。紫外曝光法是早期出現的一種方法，但這種方法有諸多的缺點，例如，要求纖芯材料為光敏材料、加工過程需要掩模版、不夠靈活且價格昂貴、熱穩定性差等。因此，近年來，CO₂激光器刻寫激光器受到越來越多的關注，圖1展示了現有的技術系統示意圖。

圖1中，由CO₂激光器發出的激光經過透鏡聚焦到光纖上，由于熱效應引入折射率變化，但是由于光斑較小，當多芯光纖需要刻寫光柵時，使用這種方法每次只能刻寫其中一條光纖，且在刻寫排布在中心處的光纖時將對周圍的光纖產生不可避免的影響，可能致使其完全無法實現既定功能。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提出新的長周期光纖光柵刻寫裝置。為此，本發明采取的技術方案是，貝塞爾光束刻寫多芯光纖光柵裝置，由激光器、軸錐鏡及位移臺組成，由激光器發出的光經過柱狀軸錐鏡形成細長的光斑，光斑穿過多芯或單芯光纖進行曝光，然后，位移臺按照特定周期移動光纖，繼續曝光下一點，不斷重復，直到整個光纖光柵刻寫完成。

其中軸錐鏡為軸截面為三角形的錐鏡或柱狀軸錐鏡。

軸錐鏡為由截面三角形沿軸線旋轉得到，其產生的無衍射距離和光斑尺寸大小分別為：

其中，D表示軸錐鏡的口徑大小，n代表軸錐鏡材料折射率，α表示軸錐鏡底角，Z_max表示貝塞爾光斑的長度，即“無衍射傳輸距離”，D_A表示光斑直徑，λ表示激光波長；

其中，光斑無衍射距離Z_max應大于包層直徑，且光束寬度W也應大于包層直徑，光斑直徑D_A應小于相鄰光纖之間的間距。

使用一個軸錐鏡后加倒置望遠系統的方法任意調控無衍射距離和光斑尺寸大小，倒置望遠系統由兩個透鏡組成，第一個透鏡的焦距是f₁，第二個透鏡的焦距是f₂,且第一個透鏡的右焦點與第二個透鏡的左焦點重合，產生的無衍射距離和光斑尺寸大小分別為：

軸錐鏡為超表面結構形成，超表面結構包括若干結構相同的單元，所述單元由兩部分組成，基底和放置在其上的微納結構，基底只起到承托作用，基底材料對于工作激光波長無吸收，而微納結構為柱狀結構，激光入射到超表面結構表面時，不同位置處放置不同的微納結構引入相位突變，在原始波陣面上疊加附加相位使得波陣面發生改變，當波陣面轉化為球面時，則實現透鏡的聚焦功能，而當波陣面恰好滿足軸錐鏡的波陣面時則生成貝塞爾光束。

超表面結構中：

其中，θ表示波陣面的傾角，波陣面傾角指的是入射波前與超表面結構底面的法線方向之間的夾角。

包括三個軸錐鏡級聯，第一個軸錐鏡可以移動，光從其底面入射，而第二、三個軸錐鏡底面與底面相對，保證光從第二個軸錐鏡平行出射并平行入射第三個軸錐鏡，且第二、三個軸錐鏡位置固定，通過移動第一個軸錐鏡，可以把光斑移動到任意位置進行調整以刻寫光纖的不同位置。

本發明的特點及有益效果是：