[发明专利]一种光栅的制造装置及光栅的制造方法

说明书

                          技术领域

本发明涉及光栅的制造方法及其装置，特别涉及衍射光栅和包括光纤布拉格光栅(简称FBG)在内的各种波导光栅的制造方法及其装置。

                          背景技术

光栅是一种常用的光学元件。传统光栅是由许多重复的具有一定间距光栅结构组成。这些重复的光栅结构对入射光的振幅，相位(或两者)产生调制，而使入射光经过光栅后产生衍射，形成各级衍射光。传统衍射光栅是构成各种光谱分析仪的关键器件。最早的衍射光栅是用机械刻划的方法制成，现在的光栅大多采用全息干涉曝光和化学刻蚀法以及电子束刻划法制成。

将光栅结构写入光纤(或平面光波导)内，可形成光纤布拉格光栅。光纤布拉格光栅器件是人们发现光纤的光敏特性后而迅速发展起来的全光纤器件。FBG的出现给光纤通信及光纤传感技术带来了一场革命。FBG在结构上看非常简单，即在光纤芯内形成具有一定周期的折射率调制。当光纤内传输的光的波长满足布拉格条件时，由于光的干涉作用，该波长的光被FBG反射，其反射率可接近100％。需要时可将其制成宽带器件。由于FBG为全光纤器件，与其他类型的光纤器件相比，FBG具有插入损耗低，无需光路调整等显著特点。FBG的上述特点对光纤通信及光纤传感都是极其重要的。在光纤通信系统中，光纤布拉格光栅器件常被用作波分复用(WDM)技术中光滤波器，掺铒光纤放大器(EDFA)增益均衡器以及色度色散补偿器等。

FBG的制造过程就是用紫外激光通过一定的方式产生干涉条纹在具有光敏性的光纤芯内产生周期性的折射率调制。上述的干涉条纹可由双光束干涉光路产生，所形成的干涉条纹场的长度由激光束宽度决定。为了产生一定长度的干涉条纹场，常常将激光束沿横向扩展。扩束后的激光波阵面为球面或近似球面，因此可形成一定的条纹梯度，该梯度对干涉条纹场是固定的，无法控制局部条纹梯度的大小。目前工业生产中，普遍使用掩模技术，即用预制的相位光栅(俗称模板)产生干涉条纹，将具有光敏特性的光纤置于模板后而制成光纤布拉格光栅。与双光束干涉仪相比，模板具有稳定性好，对紫外激光器的相干性要求低，使用简单等显著的优点。但高质量的模板制作困难，故价格昂贵。此外，一种模板只能产生一种固定周期的条纹，故常常需要准备多种不同的模板。

在制作FBG时，不论是采用双光束干涉法还是掩模技术，都要考虑如何引入所需的切趾(或称变迹)函数。例如，用于WDM滤波的FBG，为抑制边模需控制折射率调制的幅度，使其由光栅两端向中心按特定规律增加，而在同时保持平均折射率不变。又如，FBG用作EDFA增益均衡器时，需按照EDFA增益曲线设计和制作FBG以使其透射光谱补偿EDFA增益变化而达到增益均衡的目的。

经过多年的研究与实践，人们已提出多种切趾方法。在发表于ELECTRONICS LETTERSVol.31，No.17(1995)的论文中，Cole等人提出在模板与待写光纤之间沿光纤方向引入微小抖动，从而使光纤内的干涉条纹“模糊”的切趾方法，该方法已被授予美国专利(专利号US Pat No.6072926)。美国专利No.6130973公开了一种通过改变紫外激光至模板入射角的切趾方法。这些方法均要使用模板，要制作高品质和具有良好重复性的光纤布拉格光栅，需要高精度的位移或角度控制，实际应用困难。而且所能写出的光栅长度受模板长度的限制。而长光栅对于许多应用，如高速率(10Gbit/s以上)光纤通信系统的色度色散补偿都是至关重要的。

                          发明内容

为克服现有技术不足，提供一种高精度、低成本的光栅的制造方法及其装置，该方法及其装置能产生延续光栅结构，可直接用于将所要求的条纹写入光纤或平面波导，以形成布拉格光栅，它也可以用于各种光栅包括用于FBG制造的相位光栅(模板)。本发明采用的技术方案是：一种光栅的制造装置包括；激光光源、反射镜、半透半反镜、透镜，其特征是，激光光源产生的激光束被半透半反镜分为两束光强相等或接近相等的激光束，所述的两束光强相等或接近相等的激光束可由附加的装置进行改变相互间距的平行移动，然后，分别经过光学频移器、透镜汇聚产生干涉条纹，此外还包括速度传感器和使被刻画感光介质以速度：V＝d(f_s2-f_s1)，朝向所述的两束激光变频后频移量小的激光束的方向进行移动的装置，其中：

V：表示速度；d：表示干涉条纹间距；f_s1和f_s2：为光学频移器的频率；