振幅掩膜及用該掩膜製作長周期光柵濾波器的裝置和方法

2023-05-22 10:15:21

專利名稱：振幅掩膜及用該掩膜製作長周期光柵濾波器的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種被動式光學元件，具體地說，涉及一種振幅掩膜，以及使用該掩膜製作長周期光柵濾波器的裝置和方法。
隨著近來光學通訊的發展，長周期光柵濾波器作為被動式光學元件引起很大的關注。長周期光柵濾波器把芯線模式與包層模式聯繫起來，所謂芯線模式光是在光纖的芯線中傳播，通過周期性地改變光纖芯線對紫外線靈敏的折射率製作長周期光柵濾波器。這就是說，曝光部分的折射率增加，非曝光部分的折射率不改變，因而折射率就周期性地改變。為了把芯線模式與包層模式聯繫在一起，必須滿足下式co-ncl=2]]>其中βco是芯線模式的傳播常數，βncl是第n級包層模式的傳播常數，Λ是光柵周期。
當以2π∏/λ(此處的n是折射率)替換上式(1)中的β時，式(1)就變成nco-ncl=λ/Λ。因此，必須確定周期Λ和折射率的差(nco-ncl)，以使某種波長與包層模式相聯繫。通過對紫外光敏感的光纖適當地照射紫外雷射可以獲得所述折射率的差。


圖1是傳統的長周期光柵濾波器製作設備的框圖。參照圖1，這種傳統的長周期光柵製作設備包括高輸出激基締合物的雷射光源100，反射鏡102，透鏡104，二氧化矽掩膜106和光纖108。光源100發射紫外雷射。反射鏡102改變光源100所發射的雷射的路徑。透鏡104調節其路徑已被反射鏡102改變的雷射的焦點。二氧化矽掩膜106以選擇的方式透過穿過透鏡的雷射。光纖108具有芯線，藉助使透過二氧化矽掩膜106的雷射照射到光纖中，在芯線中形成長周期光柵。
當雷射穿過透鏡104照射到與二氧化矽掩膜106接觸的光纖108時，光纖108的折射率就按規則的周期改變，並在光纖108上形成長周期光柵。這裡，利用光源110把光傳播到光纖108，並由檢測器112檢測，於是得到長周期光柵濾波器的光學特性。
在上述長周期光柵濾波器的製作設備中，二氧化矽掩膜106包括在二氧化矽基片上塗布鉻並形成圖樣所得到的鍍鉻圖樣。雷射選擇性地透過這些鉻圖樣。然而，所述鉻圖樣的損傷閾值為100mJ/cm2，這就使它不可能有效利用高輸出激基締合物雷射。另外，二氧化矽掩膜是通過在二氧化矽基片上形成鉻圖樣而被製作的，因而就只有一個由最初設計的圖樣確定的周期。於是，需要具有不同周期的振幅掩膜，以得到具有不同周期的長周期光柵濾波器，從而使製作成本增加。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種振幅掩膜，它包括兩個耦聯的各自具有規則周期的掩膜，通過以相反的方向使兩個掩膜轉過預定的量，其周期就隨之改變，還提供一種使用所述掩膜製作長周期光柵濾波器的設備和方法。
因此，為實現上述目的，提供一種振幅掩膜，用於在選擇性地使雷射透過到光纖上製作長周期光柵的情況下，使雷射周期性地透過到光纖上，所述掩膜包括兩個掩膜，它們具有周期性交替透過雷射的透過面積和避免雷射透過的非透過面積，其中所述二掩膜按相反方向連續轉動，因而使透過面積的周期也連續改變。
為實現上述目的，提供一種長周期光柵濾波器的製作設備，包括發射雷射的雷射源；振幅掩膜部件，通過彼此交疊兩個各有預定周期的掩膜並使該二交疊掩膜轉到預定的角度，以控制其周期，根據受到控制的周期選擇性地使雷射透過到形成長周期光柵的光纖上；旋轉設備，用來以相反的方向使二掩膜旋轉到預定的角度。
為實現上述目的，提供一種長周期光柵濾波器的製作設備，包括雷射光源；用於改變雷射光源發出的雷射的路徑的反射鏡；用於調節路徑改變的雷射的焦點的透鏡；振幅掩膜部件，通過彼此交疊兩個有預定周期的掩膜並使該二交疊掩膜轉到預定的角度，以控制其周期，根據受到控制的周期選擇性地使雷射穿過透鏡傳播到形成長周期光柵的光纖上；檢測器，用於檢測光纖中所形成的長周期光柵濾波器的耦聯峰；控制器，用於控制振幅掩膜的周期，以便利用從檢測器接收的耦聯峰處的波長獲得所需的耦聯峰波長。
為實現上述目的，提供一種製作長周期光柵的方法，包括如下步驟交疊兩個掩膜，其中每一個掩膜的透過區和非透過區都交替地被雷射通過，並按相反方向旋轉該二掩膜；經在兩個旋轉掩膜的預定周期下形成的透過區把雷射照射到光纖上，在光纖上形成長周期光柵；使光通過其上形成長周期光柵的光纖，測定長周期光柵的耦聯峰，並控制兩個掩膜旋轉的轉角，在所需波長下獲得所測定的耦聯峰。
圖1是說明傳統的長周期光柵濾波器製作設備的示意框圖；圖2表示形成本發明的掩膜的結構；圖3示出按不同方向旋轉圖2的兩個掩膜到預定的角度，得到所需的周期；圖4表示根據圖3的旋轉角確定振幅掩膜周期；圖5示出按大於圖3的角度旋轉的兩個掩膜；圖6是表示在使用周期Λ0為100μm的掩膜的情況下，振幅掩膜的周期隨旋轉角(α)變化的曲線；圖7以示意的方式表示根據本發明使用振幅掩膜部件的長周期光柵濾波器製作設備的框圖。
圖2表示形成本發明之掩膜的結構。圖3表示按相反的方向使圖2的兩個掩膜轉過預定角度，以獲得所需周期的結果。圖2的掩膜包括透過區202，按幾百微米(Λ0=2d)的周期透過光，和約0.2mm厚的薄金屬基片200，即不鏽鋼基片上的非透過區204。透過區202由二氧化碳雷射光刻法或化學蝕刻法形成。金屬基片200不受損傷閾值的限制，可使用高功率紫外雷射器作為光源。雷射通過透過區202，從而提高了光波導的折射率。非透過區204是金屬部分，阻擋紫外雷射。
在本發明中，振幅掩膜包括圖2的兩個掩膜，它們被交疊地安裝在一個旋轉夾具(未示出)上，然後各自精確地轉動。圖3表示兩個掩膜轉過α°。圖中的參考標號302是光纖或光波導的方向，參考標號304和306代表各轉過α°的第一基片和第二基片，參考標號308代表透過雷射的區域，Λ代表本發明振幅掩膜的周期。如圖4所示，振幅掩膜周期Λ關於旋轉角(α)被確定如下xcosα=a1=a2xsin2α=d 其中Λ0是掩膜周期。
圖5表示兩個掩膜轉過的角度β°比圖3的轉角(α°)大。圖中的參考標號502是光纖或光波導的方向。可以看出，由於所述轉角比圖3中的大，所以振幅掩膜的周期變小。圖6是表示當使用周期為100μm的掩膜時，振幅掩膜周期隨轉角(α)變化的曲線。參照圖6，振幅掩膜的光柵周期可以從140μm，經10°轉角下的600μm，到大於600μm連續受到控制(當α是0°，所述周期為無窮大)。
圖7示出本發明使用振幅掩膜部件製作長周期光柵濾波器的設備的示意框圖。參照圖7，所述長周期光柵濾波器的製作設備包括激基締合物的雷射光源700，反射鏡702，透鏡704，振幅掩膜部件706，光纖708，光源710，檢測器712和控制器714。反射鏡702改變激基締合物雷射光源700發射之雷射的路徑。透鏡704調節路徑已被反射鏡702改變之雷射的焦點。振幅掩膜部件706選擇地透過穿過透鏡的雷射，它由圖2的兩個掩膜組成，該二掩膜被交疊地安裝在旋轉夾具(未示出)上，然後各自精確地轉動。光纖708具有芯線，藉助透過振幅掩膜706的雷射的照射在所述芯線中形成長周期光柵。檢測器712檢測通過其上已形成長周期光柵之光纖708的光學特性。控制器714根據檢測器712測得的耦聯峰控制振幅掩膜部件706的周期。
這裡，耦聯峰意思是，由於在長周期光柵中，每種波長的芯線模式都與的包層模式相聯繫，使得消光比率變為最大。
下面將描述用所述長周期光柵製作設備製作長周期光柵濾波器。首先，經反射鏡702和透鏡704將激基締合物雷射光源700產生的雷射照射到與振幅掩膜部件706接觸的光纖708上。使被透過振幅掩膜部件706照射的光纖部分的折射率改變，從而形成長周期光柵。與此同時，其中已形成長周期光柵的光纖708通過光源710所產生的光，檢測器712檢測通過光纖708的光的強度和波長。控制器714控制振幅掩膜的周期，以得到來自光纖708的所需耦聯峰。
在本發明的振幅掩膜中，各具有規則周期的兩個掩膜按相反的方向轉動，致使其周期與轉角有關。因此，可以連續改變振幅的周期。另外，製作長周期光柵時，用周期可調的振幅掩膜代替只有一個周期的二氧化矽掩膜，從而可以得到對周期靈敏的耦聯峰的波長。
權利要求
1．一種振幅掩膜，在使雷射以選擇的方式傳播到光纖中製作長周期光柵時，該振幅掩膜周期性地把雷射傳播到光纖上，所述掩膜包括具有周期交替的透過雷射的透過區和防止透過雷射的非透過區的兩個掩膜，其中這兩個掩膜以相反的方向連續轉動，因而所述透過區的周期連續地改變。
2．按照權利要求1所述的振幅掩膜，其特徵在於所述掩膜的基片由金屬製成。
3．按照權利要求1所述的振幅掩膜，其特徵在於所述振幅掩膜的周期由下式確定=20cossin2]]>其中Λ0是掩膜周期，α是兩個掩膜的轉角。
4．一種長周期光柵濾波器的製作設備，包括發射雷射的雷射源；振幅掩膜，通過彼此交疊兩個有預定周期的掩膜，並使所述二交疊的掩膜轉動預定的角度，以控制其周期，根據受到控制的周期以選擇的方式把雷射傳播到其中要形成長周期光柵的光纖上；轉動裝置，用來按相反的方向使所述二掩膜轉動預定的角度。
5．按照權利要求4所述的長周期光柵濾波器製作設備，還包括第二光源；檢測器，當第二光源產生的光入射到其中已形成長周期光柵之光纖的另一端時，用於從其中已形成長周期光柵之光纖的一端檢測長周期光柵濾波器的耦聯峰控制器，通過接收來自所述檢測器的耦聯峰的波長，控制所述轉動裝置，獲得所需的耦聯峰波長。
6．按照權利要求4所述的長周期光柵濾波器製作設備，其特徵在於所述掩膜的基片材料為金屬。
7．按照權利要求5所述的長周期光柵濾波器製作設備，其特徵在於所述振幅掩膜的周期(Λ)由下式決定=20cossin2]]>其中Λ0是掩膜周期，α是兩個掩膜的轉角。
8．一種長周期光柵濾波器的製作設備，包括發射雷射的雷射源；反射鏡，用來改變雷射光源發出的雷射的路徑；透鏡，用來調節路徑被改變之雷射的焦點；振幅掩膜部分，通過彼此交疊兩個具有預定周期的掩膜，並使所述二交疊的掩膜轉動預定的角度，以控制其周期，根據受到控制的周期使雷射以選擇的方式通過所述透鏡，傳播到其中已形成長周期光柵的光纖；檢測器，用來檢測光纖中形成的長周期光柵濾波器的耦聯峰；控制器，通過接收來自所述檢測器的耦聯峰的波長，用以控制所述振幅掩膜的周期，以得到所需的耦聯峰波長。
9．一種製作長周期光柵的方法，包括如下步驟交疊兩個掩膜，其中每一個掩膜的雷射通過的透過區與非透過區交替，並按相反方向轉動兩個掩膜；經在兩個被轉動的掩膜中按預定周期形成的透過區使雷射照射到光纖，並在光纖上形成長周期光柵；使光通過其上已形成長周期光柵的光纖，測量長周期光柵所引起的耦聯峰，並控制兩個掩膜轉過的轉角，以便在所需波長下實現被測量的耦聯峰。
全文摘要
振幅掩膜及用該掩膜製作長周期光柵濾波器的設備和方法。在使雷射以選擇方式傳播到光纖中製作長周期光柵時,振幅掩膜周期地使雷射傳播到光纖上。振幅掩膜包括兩個具有周期性交替的通過雷射的透過區和防止雷射通過的非透過區的掩膜,二掩膜按相反方向轉動,使透過區的周期改變,從而給出一個與轉角有關的振幅掩膜周期。
文檔編號G03F1/00GK1281554SQ98811862
公開日2001年1月24日 申請日期1998年12月8日 優先權日1997年12月8日
發明者章絑寧 申請人:三星電子株式會社