устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, а также устройство на его основе для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом
Классы МПК: | G02B6/34 с использованием призм или дифракционных решеток |
Автор(ы): | ДЗАНГ Дзоо-Ниунг (KR) |
Патентообладатель(и): | САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС КО., ЛТД. (KR) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-11 публикация патента:
27.05.2003 |
Устройство включает источник излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и для изменения пути распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую область пропускания, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну. Ширина полосы оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом может регулироваться посредством регулировки размера лазерного луча, облучающего оптическое волокно. Амплитудные маски могут быть легко изготовлены с низкой себестоимостью, а их пороговая мощность разрушения является высокой. Устройство по другому варианту содержит две разнесенные вдоль волокна амплитудные маски. Обеспечено повышение точности изготовления. 4 с. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11
Формула изобретения
1. Устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащее источник излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения генерируемого в источнике излучения ультрафиолетового лазерного излучения под заданным углом и для изменения пути распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую области пропускания, в которых рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что амплитудная маска регулирует период дифракционной решетки в соответствии с ее положением. 4. Устройство по п. 3, в котором период дифракционной решетки определяется следующим уравнением:
где

х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и амплитудной маской;
у - расстояние между амплитудной маской и оптическим волокном. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что амплитудную маску изготавливают из металла. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном. 7. Устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащее источник излучения ультрафиолетового излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало для отражения генерируемого в источнике излучения ультрафиолетового лазерного излучения под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую области пропускания, в которых рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну, измерительный модуль для измерения пиков связи на длинах волн света, формируемого из источника ультрафиолетового излучения и прошедшего оптическое волокно, контроллер для регулировки положения амплитудной маски с целью получения требуемых длин волн пиков связи в соответствии с длинами волн пиков связи, измеренными измерительным модулем. 8. Устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстирования первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга, в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение облучает две амплитудные маски, содержащее первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что первая и вторая амплитудные маски имеют области пропускания, повторяющиеся через равные интервалы. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит светоделительный элемент, предназначенный для расщепления ультрафиолетового лазерного излучения в соотношении 1: 1, который отражает первую часть излучения расщепленного лазерного излучения, для того, чтобы изменить его путь, и обеспечивает возможность прохождения через него второй части излучения ко второму модулю изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит первую линзу для фокусировки первой части излучения, путь которого изменился, первый рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через первую линзу, первую амплитудную маску, обеспечивающую возможность периодического прохождения первой части излучения, рассеянного первым рассеивающим элементом, в направлении длины оптического волокна. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза. 13. Устройство по п. 12, в котором период первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом определяется следующим уравнением:

где

х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и амплитудной маской;
у - расстояние между амплитудной маской и оптическим волокном. 14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит первую щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем первая щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном. 15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит зеркало, предназначенное для отражения второй части излучения под заданным углом и для изменения его пути; вторую лизну для фокусировки второй части излучения, путь которого изменился; второй рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через вторую линзу; вторую амплитудную маску, обеспечивающую возможность периодического прохождения второй части излучения, рассеянного вторым рассеивающим элементом, в направлении длины оптического волокна на другом периоде от первого модуля изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. 16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза. 17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что период второй оптоволоконной фракционной решетки с большим периодом определяется следующим уравнением:

где

х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и второй амплитудной маской;
у - расстояние между второй амплитудной маской и оптическим волокном. 18. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем вторая щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном. 19. Устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстирования первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга, в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение облучает две амплитудные маски, содержащее первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, и второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом, источник света, измерительный модуль для измерения выходного спектра света, генерируемого в источнике света и проходящего через оптическое волокно, на котором расположены первая и вторая оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом, контроллер, предназначенный для проверки выходного спектра, измеренного измерительным модулем, и для регулировки положений первой и второй амплитудных масок с целью получения требуемого выходного спектра.
Описание изобретения к патенту
Область изобретенияНастоящее изобретение относится к устройству для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, а также к устройству для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом. Уровень техники, к которому относится изобретение
Оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом связывает основную моду сердцевины с модами оболочки. Поскольку оптоволоконная дифракционная решетка является решеткой неотражающего типа, она является преимущественной для сглаживания кривой усиления. Оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом обычно изготавливают посредством периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна, которое является чувствительным к ультрафиолетовому (УФ) излучению. Другими словами, часть сердцевины оптического волокна, облученная ультрафиолетовым излучением, вызывает увеличение показателя преломления, а в не облученной части не происходит изменения показателя преломления, так что происходит периодическое изменение показателя преломления. В сердцевине оптического волокна будет возникать связь при выполнении условия, выражаемого уравнением (1):




где















Для решения вышеупомянутых проблем, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, необходимых для регулировки периодов дифракционных решеток, записываемых на оптическом волокне, посредством обеспечения вогнутой линзы для рассеивания падающего света и амплитудной маски, имеющей заданный период, и путем изменения положения амплитудной маски, а также устройство на его основе для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом. Соответственно, чтобы достичь вышеупомянутую цель, обеспечивается устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, причем устройство включает источник света для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую пропускающую область, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну. Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения, обеспечивается устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, при этом устройство включает источник света для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую область пропускания, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну, измерительный модуль, предназначенный для измерения пиков связи оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, записанной на оптическом волокне, и контроллер, предназначенный для регулировки положения амплитудной маски с целью получения требуемых длин волн пиков связи в соответствии с длинами волн пиков связи, измеренными измерительным модулем. Согласно еще одному отличительному признаку настоящего изобретения, обеспечивается устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстировки первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение освещает две амплитудные маски, при этом устройство включает первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом, источник света, измерительный модуль, предназначенный для измерения выходного спектра света, генерируемого в источнике света и проходящего через оптическое волокно, на котором записываются первая и вторая оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом, и контроллер, предназначенный для проверки выходного спектра, измеряемого измерительным модулем, и для регулировки положений первой и второй амплитудных масок с целью получения требуемого выходного спектра. Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схему устройства для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом согласно настоящему изобретению,
фиг.2 иллюстрирует вариант реализации амплитудной маски согласно фиг.1,
фиг. 3 иллюстрирует процесс определения периода дифракционной решетки посредством регулировки положения амплитудной маски,
фиг. 4А и 4Б иллюстрируют периоды дифракционной решетки в зависимости от изменения значения х, когда х+у=700 мм и 430 мм, соответственно,
фиг. 5А-5В иллюстрируют спектры фильтра на дифракционной решетке с большим периодом, имеющего заданный коэффициент затухания на различных длинах волн относительно изменения значения х, когда х+у=430 мм,
фиг. 6 изображает схему устройства для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, с использованием оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом согласно настоящему изобретению,
фиг. 7А и 7Б иллюстрируют изменения по длинам волн, на которых возникает связь в зависимости от времени выдержки, причем фиг.7А иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь в зависимости от времени экспозиции ультрафиолетовым излучением, а фиг.7Б иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени выдержки после подачи Н2, и
фиг. 8 иллюстрирует характеристики усиления оптоволоконного усилителя в зависимости от длины волны. Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Устройство, изображенное на фиг.1, включает: источник 100 для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало 102 для изменения пути распространения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого из УФ лазерного источника 100, цилиндрическую линзу 104 для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом 102, рассеивающий элемент 106 для рассеивания лазерного излучения, сфокусированного цилиндрической линзой 104, амплитудную маску 108 для селективного пропускания излучения, проходящего через рассеивающий элемент 106, щель 110, позволяющую лазерному излучению проходить через амплитудную маску 108, которая должна облучаться только на той части, на которой может быть сформирована оптоволоконная дифракционная решетки с большим периодом в оптическом волокне 112, источник 114 света, измерительный элемент 116 для измерения характеристик света, проходящего через оптическое волокно 112, и контроллер 118 для определения положения амплитудной маски 108 в зависимости от пиков связи и длин волн пиков связи, измеренных измерительным модулем 116. Устройство, имеющее вышеупомянутую конфигурацию, работает следующим образом. Зеркало 102 отражает лазерное излучение, генерируемое лазерным источником 100 ультрафиолетового излучения, под заданным углом, чтобы изменить путь лазерного излучения. Цилиндрическая линза 104 собирает отраженное лазерное излучение на ось, на которой должна будет осуществляться фокусировка на оптическом волокне 112. Рассеивающий элемент 106 рассеивает лазерное излучение, прошедшее через цилиндрическую линзу 104. В качестве рассеивающего элемента 106 обычно используется вогнутая линза. Амплитудная маска 108 селективно пропускает свет, проходящий через дисперсионный элемент 106. Ширина щели 110 определяется в зависимости от ширины полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. Если свет, прошедший через щель 110, поступает в оптическое волокно 112, то показатель преломления участка волокна, селективно облучаемого светом в сердцевине, изменяется. Измерительный элемент 116 измеряет пики связи на длинах волн света, генерируемого из источника 114 света и прошедшего через оптическое волокно 112. Контроллер 118 контролирует период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом с помощью регулирования положения амплитудной маски 108 таким образом, что связь возникает на требуемой длине волны среди длин волн, которые проходят через оптоволоконную дифракционную решетку, сформированную как описано выше. Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации амплитудной маски согласно фиг.1. Амплитудная маска, показанная на фиг.2, формируется на тонкой металлической подложке 200, имеющей толщину приблизительно 0,2 мм, например, подложке из нержавеющей стали, с пропускающей областью 202, через которую свет пропускается с периодом







Полагая, что



где величина



Фиг. 7А иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени экспозиции ультрафиолетовым излучением, а фиг. 7Б иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени выдержки после внедрения Н2. Как показано на фиг.7А и 7Б, когда время выдержки при комнатной температуре становится более длительным, длины волн, на которых возникает связь, сдвигаются к более длинным волнам, а затем, приблизительно после 30 ч, сдвигаются к более коротким длинам волн. Когда оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом изготавливается посредством внедрения водорода в оптическое волокно, спектр, измеренный посредством измерительного устройства, такого, как оптический анализатор спектра, является нестабильным, поэтому должна осуществляться компенсация с целью получения точного спектра конечного стабилизированного изделия. В частности, если оптоволоконный усилитель имеет пики усиления на 1530 и 1550 нм, как показано на фиг.8, то усиление на обеих полосах должно быть одновременно сглажено, для того, чтобы получить сглаженный по коэффициенту усиления оптоволоконный усилитель. В настоящем изобретении, усиление может быть одновременно настроено на обеих полосах посредством регулировки положения двух амплитудных масок 614 и 624. В качестве амплитудных масок 614 и 624 может использоваться амплитудная маска, показанная на фиг. 2. Также, регулировка положения амплитудных масок 614 и 624 и регулировка периода оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом выполняются вышеописанным способом. Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению, ширина полосы пропускания оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом может регулироваться посредством регулировки размера лазерного луча, облучающего оптическое волокно. Также, амплитудные маски могут быть легко изготовлены с низкой себестоимостью, а их пороговая мощность разрушения является высокой. При этом, поскольку периоды дифракционных решеток оптического волокна точно регулируются, фильтр, имеющий требуемые характеристики, может быть легко изготовлен с использованием одиночной маски. Далее, если две полосы изготавливаются одновременно согласно настоящему изобретению, то поскольку возможность сдвига длины волны, обусловленного диффузией водорода, устраняется, проектирование фильтра упрощается и время, необходимое для изготовления фильтра, уменьшается. Излучение, используемое для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, имеет выходную мощность, приблизительно равную 120 мДж. В настоящем изобретении, поскольку используется излучение эксимерного лазера высокой мощности (600 мДж), расщепляемое светоделительным элементом в соотношении 1:1, оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом согласно настоящему изобретению может работать более стабильным образом по отношению к излучению эксимерного лазера.
Класс G02B6/34 с использованием призм или дифракционных решеток