實現一次曝光的切趾裝置及方法

2023-05-22 16:20:21

專利名稱：實現一次曝光的切趾裝置及方法
技術領域：
本發明屬於光纖光柵製作技術領域，特別是一種實現一次曝光的切趾裝置及方法。
背景技術：
光纖光柵已經在通信、傳感等領域得到廣泛地應用，光纖光柵的製作已經形成工業化生產規模，光纖光柵製作技術直接決定了光纖光柵生產的質量和效率。目前常用的規模化光纖光柵製作技術是採用普通相位掩模板(相對切趾掩模板而言)，使用普通相位掩模板和均勻紫外光製作光纖光柵，其反射譜中存在較大的旁瓣，這被認為是源於光柵兩端的 F-P效應，為了消除反射旁瓣，可以採用切趾分布的光斑寫光柵，切趾分布光斑寫的光柵，其短波沿有次峰，這被認為是由於切趾分布光斑形成的光柵折射率直流變化不均勻所致，為消除這種不均勻，可使用與切趾分布共軛互補的反切趾分布光斑對寫入的光纖光柵進行二次曝光，使光纖光柵的折射率直流變化均勻，這就是二次曝光切趾方法。所謂切趾分布如圖 1所示，是一種中間大，兩邊逐漸變小的鐘形分布，典型的鐘形分布有高斯分布、超高斯分布、升餘弦分布、漢明分布以及柯西分布等。反切趾分布如圖2所示，其為相對切趾分布共軛互補的分布。目前用於寫光纖光柵的準分子雷射光斑，在短軸方向具有一定的鐘形分布形態， 為了得到更好的切趾分布，有一種方法是加特殊形狀的光闌對光斑進行調製，如圖3所示的菱型切趾光闌和圖5所示高斯型切趾光闌；圖4為菱型反切趾光闌，其對應圖3的菱型切趾光闌；圖6為高斯型反切趾光闌，其對應圖5的高斯型切趾光闌。寫光柵時，將菱型切趾光闌或高斯型切趾光闌置於光路中合適的位置，對雷射光斑形態進行調製。光柵寫好後，將菱型切趾光闌或高斯型切趾光闌移開，換上對應的菱型反切趾光闌或高斯型反切趾光闌， 並移開相位掩模板4，對光柵寫入位置進行二次曝光。2003年公開的一項名為「任意切趾的光纖光柵製作方法及其系統」的發明專利(公開號CN 1415981A)，用電腦程式控制一個寬度與光斑相等的矩形光闌在光路中變速旋轉，光闌的旋轉軸與光斑中心軸正交，對透過的光斑分布進行調製，通過旋轉速度的變化獲得任意形狀的切趾分布，調製過的光斑經掩模板在光敏光纖中寫入光柵。光柵寫好後，將光闌換成等寬度的擋板，同時移開掩模板，擋板在電腦程式控制下，作一種與光闌相同的變速旋轉，形成反切趾分布，對寫成的光柵進行二次曝光。二次曝光是目前使用最多、最有效的切趾方法。但這種方法的缺點是光纖光柵製作過程中要移動掩模板，換光闌，需要兩次曝光，這樣光纖光柵的生產效率大打折扣，同時雷射能量消耗成倍增加。為了克服二次曝光的缺點，有人考慮一次曝光切趾方法，如2005 年公開的一項名為「一次曝光實現光纖光柵多種函數切趾的方法」的發明專利(公開號CN 1607406A)，這一方法用了一塊特製的振幅掩模板，這塊特製振幅掩模板的中間是切趾分布的透射光闌，旁邊是紫外全反鏡，通過特殊振幅掩模板的均勻紫外光被分成兩路，一路光透過特殊振幅掩模板，具有切趾分布，經柱透鏡和相位掩模板聚焦到光敏光纖上寫光柵；另一路光經特殊振幅掩模板反射，形成具有與透射光分布共軛互補的反切趾分布，反射光再經過三塊紫外全反鏡，被引到光纖光柵寫入的另一面，從與透射光相反的方向聚焦到光纖光柵上，這樣二次曝光的兩種曝光同時完成，也就成了一次曝光。這種方法需要均勻紫外光斑，由於準分子雷射器的光斑實際上是不均勻的，要獲得均勻紫外光斑，雷射能量的損耗是很大的。這一方法的最大問題是結構複雜，可變因素太多，要想將兩路光的焦線調節到完全重合非常困難，所以難以實際應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單的能夠實現一次曝光的切趾裝置；還提供利用該裝置實現一次曝光的切趾方法，該方法可以一次同時完成兩種曝光，並且不需要均勻紫外光斑，只要光斑鐘形分布的上下沿分別對於半程點對稱，實現起來比較容
易ο本發明解決其技術問題採用以下的技術方案
本發明提供的實現一次曝光切趾裝置，主要由紫外光、聚焦柱透鏡、相位掩模板、光敏光纖和凹形柱面反射鏡組成，它們依次排列在紫外光路上。所述凹形柱面反射鏡由基底和高反射膜組成。基底的凹形柱面需要光學表面，其上針對寫光柵的紫外光鍍高反射膜。所述基底材料由玻璃製成，該玻璃為普通光學玻璃或石英玻璃。所述凹形柱面反射鏡的凹形柱面上鍍高反射膜(反射率越高越好)，針對寫光柵的紫外光波長，高反射膜的材料可以是金屬膜(如鋁)，或多層介質膜(如氧化鋯和氧化矽)。所述凹形柱面反射鏡的凹形柱面曲率半徑
r由寫光柵的紫外光的波長. ，相位掩模板的條紋周期J ,以及所寫光纖光柵的長度￡來
決定，計算公式為 L
權利要求
1.實現一次曝光切趾裝置，其特徵是主要由紫外光(1)、聚焦柱透鏡(3)、相位掩模板 (4)、光敏光纖(5)和凹形柱面反射鏡(10)組成，它們依次排列在紫外光路上。
2.根據權利要求1所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵是所述凹形柱面反射鏡 (10)由基底(13)和高反射膜(14)組成，基底(13)的凹形柱面需要光學表面，其上針對寫光柵的紫外光(1)鍍高反射膜(14 )。
3.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵是所述基底(13)由玻璃製成，該玻璃為普通光學玻璃或石英玻璃。
4.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵是所述高反射膜(14)由金屬膜製成，該金屬膜的材料包括鋁。
5.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵是所述的高反射膜(14)由多層介質膜製成，該多層介質膜的材料包括氧化鋯和氧化矽。
6.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵在於所述的凹形柱面反射鏡(10)的凹形柱面曲率半徑『由紫外光(1)的波長1相位掩模板(4)的條紋周期5，以及所寫光纖光柵(6)的長度￡來決定，計算公式為
7.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵在於所述凹形柱面反射鏡 (10)上的高反射膜(14)的長度由所寫光纖光柵(6)的長度d來決定，計算公式為
8.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵在於所述的凹形柱面反射鏡(10)的凹形柱面高度λ由平行紫外光(1)的高度醜，聚焦柱透鏡的焦距/ ,及凹形柱面的曲率半徑r來決定，需滿足以下關係
9.根據權利要求2所述的實現一次曝光切趾裝置，其特徵在於所述的凹形柱面反射鏡(10)的柱面軸線與光敏光纖(5)重合；高反射膜(14)的長度f的中點與光纖光柵(6)的長度「的中點的連線與入射的紫外光(1)光束中軸線重合。
10.實現一次曝光切趾方法，其特徵是利用權利要求1至9中任一權利要求所述一次曝光切趾裝置，來實現基於凹形柱面反射鏡的一次曝光切趾方法，具體是具有切趾分布的紫外光(1)經過聚焦柱透鏡(3)聚焦，透過相位掩模板(4)在光敏光纖(5)上寫光纖光柵 (6);透過相位掩模板(4)的紫外光(1)形成的兩束一級衍射光(9)，入射到凹形柱面反射鏡 (10)後，由凹形柱面反射鏡(10)分別將兩束一級衍射光(9)的一半反射回去，反射回去的兩束反射光(12)在光纖光柵(6)上重新聚焦，其焦線在光纖光柵(6)處正好首尾相連，連起來的焦線剛好將光纖光柵(6)完全覆蓋，並形成反切趾分布對光纖光柵(6)進行折射率直流整形曝光，完成切趾光纖光柵的製作。
全文摘要
本發明提供了實現一次曝光的切趾光纖光柵製作裝置，此裝置是在原有常規相位掩模板光纖光柵製作裝置的基礎上，加了一塊特殊設計製作的凹形柱面反射鏡。利用此裝置可以一次同時完成切趾光纖光柵製作的兩種曝光，具體方法是具有切趾分布的紫外光經過聚焦柱透鏡聚焦，透過相位掩模板在光敏光纖上寫光纖光柵；越過光纖光柵的紫外光入射到凹形柱面反射鏡後，由凹形柱面反射鏡將一部分紫外光反射回去，反射回去的紫外光在光纖光柵處重新聚焦，並形成反切趾分布對光纖光柵進行折射率直流整形曝光，完成切趾光纖光柵的製作。本方法可以避免移動相位掩膜板和更換光闌，提高切趾光纖光柵的製作效率。
文檔編號G02B6/124GK102221727SQ20111020037
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者何偉 申請人:武漢理工大學