[发明专利]具有矩形反射函数的低反射率光纤布喇格光栅

说明书

发明领域

本发明存在于光纤布喇格光栅领域中，所述光纤布喇格光栅是在光波导中通过将光敏波导纤芯向干涉图样曝光形成的，而所述干涉图形是由重叠光化学辐射的光束形成的。

背景技术

人们已知，当沿用于在光波导中反射(或透射)光波长的光纤布喇格光栅的长度具有恒定的耦合强度时，所述光纤布喇格光栅的反射函数具有不希望有的旁瓣。对于窄带和稠密波分多路复用而言，尤其不希望有这些旁瓣。例如，在第5,309,260号和第5,388,173号美国专利中讨论了这些旁瓣带来的问题以及试图消除这些旁瓣。

对于许多目的而言，光纤布喇格光栅的最佳反射函数是在“礼帽”(tophat)结构中具有平顶和几乎是垂直边的三边(three-sided)矩形。现有技术建议的制作光纤布喇格光栅的不同方法迄今做不到这一点。

发明概述

对于低反射率光栅，通过使光栅的包络函数为sinc函数，能够很接近地近似光纤布喇格光栅的反射率函数所需的礼帽结构。通过使两条成角度的写光束产生干涉，能够得到用于光栅的包络函数的sinc函数，两条光束之一具有平面波前，而另一条光束被衍射。衍射光束最好通过一条其取向与光纤成横向的狭缝衍射，然后传播至远场，它在那里以入射在纤芯上的干涉图形与一条平面波前光束干涉。平面波前光束的强度最好至少是衍射光束的两倍。这种将sinc函数加在光栅的包络函数上的方式使得在sinc函数每次通过零时光栅相位改变Π，它有助于用光栅的反射率函数来近似所需的礼帽结构。

附图说明

图1是示出重叠的光化学写光束以一种图样进行干涉而在光纤上形成光栅的一种较佳安排的示意图。

图2以曲线图表示作为图1安排中的衍射光束的幅度示出的sinc函数。

图3以曲线图表示图2的sinc函数光束的强度。

图4以曲线图表示图1的衍射光束和平面波束的干涉得到的合成幅度。

图5以曲线图表示图1的重叠光束的干涉图样的强度。

图6-9以曲线图表示光栅的光谱反射率，这些光栅是通过在图2的sinc函数的中央峰的每一侧使用不同数目的波瓣做出的。

图10-13以曲线图表示光栅的光谱反射率，这些光栅使用图2的sinc函数的六个波瓣，并且对于Δn使用不同的值。

详细描述

本发明起因于下述发现，即，加在光纤布喇格光栅的光栅包络上的sinc函数允许光栅的光谱反射率函数趋向所需的礼帽结构。该结构具有近于垂直的边和平顶。它还包括承认一种把sinc函数加在光栅包络上以得到所需的礼帽反射率的简单而有效的方法。首先将描述制作本发明的光栅的方法。然后，将说明本发明的光栅的反射率特性及其数学依据。

为形成具有礼帽形状的光谱反射率的光纤布喇格光栅，将两条入射在光敏波导上的成角度的光化学辐射的光束按干涉图样重叠。两条光束之一最好具有平面波前，而另一条光束最好被衍射，以将sinc函数加在确定光栅包络的干涉图样上。在本领域中，大部分完成这一做法的技术是众所周知的。可以制得用于诸如光纤的波导的光敏纤芯，从而其折射率响应于光化学辐射(诸如UV光)的图样而改变。曝光的时间和强度以及干涉图样的结构确定了由写光束刻印在纤芯上的的折射率变化的图样。为形成光纤布喇格光栅，已经提出了各种光束安排和图样结构。

在图1的较佳安排中，具有光敏纤芯的光纤10相应于一对重叠光束15和20的干涉而刻有光栅图样。这些光束最好从单个的光化学辐射源11导出。来自源11的光束12被分束器13分成主光束15和副光束16。主光束15最好具有平面波前，为完成这件事可以使用图1中未示出的光学元件。

副光束16由反射镜17和18引导至与主光束15成一角度的取向。然后，光束16由反射镜18引导通过衍射狭缝19，该狭缝横向取向或与光纤10垂直。穿过狭缝19的光束20被衍射并且传播至远场，在那里，它与主光束15以重叠入射在光纤10上的方式干涉。

衍射光束20把sinc函数加在与光束15一起产生的干涉图样上。这样做又将sinc函数加在刻印在光纤10中的光纤折射率变化图样的包络函数上。这样做使得光栅相位在sinc函数每次经过零时改变π，并且给光栅一个所需礼帽形式的反射率函数。如下面所说明的，具有所需礼帽形状的反射率函数的富里埃变换是sinc函数，它是衍射光束加在低反射光栅的光栅包络上的。

图2示出衍射光束20之幅度的sinc函数形式。在中央幅度峰的每一侧出现一些递减的旁瓣，而对于每个旁瓣，其幅度通过零值两次。