[发明专利]高功率激光束的空间滤光器

说明书

本申请要求1997年5月29日提交的美国申请第60/047,859号的优先权，该申请的内容通过引用包括在此。

本发明涉及空间滤光器。尤其，本发明涉及激光束的空间滤光器。虽然，本发明的应用范围很广泛，但它特别适用于在光波导中写折射率光栅的光学系统。

实用激光源发展后不久，激光束就已在工业应用中使用了。目前，激光束被用来在光波导玻璃尤其在光纤所用的玻璃中引起折射率的改变。利用通过紫外线激光束干涉形成的干涉图案，将折射率光栅写入锗-硅酸盐(germano-silicate)玻璃光纤中。干涉图案会引起折射率周期性的变化，从而在光纤中形成或写入折射率光栅。光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅是两例在光纤中产生并用于传输光通信信号的折射率光栅。在用光纤传播光时，可将光纤布喇格光栅用作选择波长的反射滤光器。光纤中折射率光栅的间隔用来反射特定范围的波长而让其它波长不经反射而通过折射率光栅。早期制造的光纤布喇格光栅的质量受不希望有的高数值反射率旁瓣的影响。当光栅反射所需高反射率波长带之外的光波长而不是通过光栅对该波长作适当传输时，会出现反射率旁瓣。

因此，本发明旨在提供一种基本上能解决因有关现有技术的局限和缺点而引起的一个或多个问题的方法和设备。

本发明的特点和长处将在以下描述中得以叙述，并由所述描述清楚其一部分，或通过实施本发明学习这些特点和长处。用通过文字描述、其权利要求书以及附图而特别指出的设备、系统和方法，将实现和获得本发明的目的和其它好处。

为了实现这些和其它长处，并依照本发明的目的，作为具体实施和一般描述，本发明包括一种用于高功率密度激光束的空间滤光器。该高功率密度激光束空间滤光器由光转向元件组成。另一方面，本发明包括一种对激光束进行空间滤光的方法，该方法包括下述步骤，即提供一束经傅里叶变换的(聚焦的)激光束，该激光束具有作为本发明目标的空间低频以及不需要的空间高频。本发明的方法还包括非吸收性地将经傅里叶变换的激光束的空间高频部分转向的步骤，使其偏离经傅里叶变换的激光束的空间低频部分，以便产生一个空间低频激光束，其中所述空间高频部分包括不需要的空间高频，所述空间低频部分包括作为目标的空间低频。另一方面，本发明包括一种用于高功率密度激光束的空间滤光器，所述激光束具有空间高频和空间低频。该空间滤光器包括一个用于非吸收性地将所述空间高频转向使其偏离所述空间低频的装置。本发明包括一种空间滤光器，该空间滤光器包括这样的装置，它用于非吸收性地将激光束的外侧部分转向，从而留下激光束具有平滑光束分布的内侧部分。另一方面，本发明包括一种制作光栅的方法，该方法包括以下步骤：即产生一激光束并且用一个进行傅里叶变换的光学元件(诸如一透镜)在一维上对激光束聚焦，从而形成一具有中心轴的线聚焦激光束。该方法还包括以下步骤，即用一个非吸收性的反射面(最好能完全内反射)非吸收性地将线聚焦激光束的外侧部分(对应于空间高频)转向，使其偏离聚焦线和激光束的空间低频，以便形成一束经一维空间滤光的激光束，然后用该经空间滤光的激光束形成一个干涉图案，从而在光波导中尤其在光纤中制成一光栅。

应该理解，以上一般性的描述以及以下的详细描述都是例举和说明性的，它们试图对所要求的发明作进一步的说明。附图有助于对本发明的理解，并且包含在此构成说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起对本发明的原理作了解释。

包含在此并构成本说明书一部分的附图与说明书一起说明了本发明的实施例，起解释本发明目的、优点和原理的作用。

图1示出了本发明的空间滤光器，其中实线箭头表示光。

图2示出了经傅里叶变换的激光束的空间频率分布。

图3示出了本发明的一种光学系统和方法。

图4是光纤布喇格光栅的反射光谱。

图5是用本发明制作的光纤布喇格光栅的反射光谱。

图6示出了本发明的一种光学系统和方法。

图7示出了完全内反射的要求。

图8是用本发明制作的光纤布喇格光栅的反射光谱。

当研究关于在光纤中制作改进型折射率光栅的方法时，发明人遇到了这样的问题，这些问题涉及激光束的相消功率以及沿他们在对光纤写入光栅时所用的光学串联系统的激光能量集中。

在向光波导(例如，由掺锗石英纤芯和石英包层组成的单模光纤，它因纤芯和包层之间的折射率的差传导光)写入折射率光栅时，使用具有紫外线波长且光强很大的激光是有益的。对光纤写入光栅时最好使用高功率的紫外线激光束，因为它能有效地在玻璃中引起折射率的变化，并且只需较少的曝光时间就能产生所要的折射率变化。