專利名稱：可調(diào)諧光柵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)諧光柵及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光通訊及光纖激光領(lǐng)域需要光信號(hào)的波長(zhǎng)固定。光在發(fā)射、傳輸、放大等過程中由于發(fā)光器件本身和調(diào)制解調(diào)器件等元器件中材料等地缺陷，波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生飄移，從而影響整個(gè)光路的波長(zhǎng)穩(wěn)定性以及光數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，因此在光系統(tǒng)中需要在多個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)光波長(zhǎng)進(jìn)行選擇以過濾掉非期待波長(zhǎng)部分。光柵可以在光路中有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)的選擇與過濾。通常光柵為固態(tài)光柵，主要有分布式布拉格反射器式光柵與光纖布拉格光柵兩大類，兩種光柵均利用布拉格定理通過反射器對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，即利用能夠?qū)崿F(xiàn)光波導(dǎo)的情況下，選擇特定波長(zhǎng)的光可以低損耗地傳輸?shù)牟牧?，并?duì)傳輸介質(zhì)的光學(xué)折射率進(jìn)行有選擇地周期性改變，從而實(shí)現(xiàn)將不需要的波長(zhǎng)過濾，只通過指定波長(zhǎng)的光。在分布式布拉格反射器與光纖布拉格光柵中，通常利用半導(dǎo)體加工工藝法或離子束直接注入離子等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸媒介光折射率的改變。這些辦法需要使用大型半導(dǎo)體加工設(shè)備，方法復(fù)雜，設(shè)備昂貴，設(shè)備使用工藝要求高，對(duì)設(shè)備使用者的技能要求高，所能夠加工出來的器件幾何尺寸較小，給較大光斑濾波帶來低效率的問題。而且，由于半導(dǎo)體加工的需要，制作光柵的材料均為如硅、二氧化硅或其它氧化物、氮化硅或其它氮化物等無機(jī)材料，制成后的光柵在一般工作條件下，只對(duì)特定波長(zhǎng)的光進(jìn)行選擇。由于光柵本身無法改變工作波長(zhǎng)，當(dāng)需要對(duì)不同的光進(jìn)行選擇時(shí)，需要更換不同的光柵。而激光元器件由于受工作溫度、工作電流等因素的影響，其發(fā)射光的波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生漂移。通常該波長(zhǎng)的漂移特性可以根據(jù)物理原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是在多個(gè)因素同時(shí)影響的前提下，實(shí)際漂移的特征難以精確定位。可調(diào)諧光柵器件可以解決光在漂移時(shí)濾波的問題?？烧{(diào)諧光柵的原理是利用布拉格定理，通過外部因素改變光柵中反射器的幾何間距，從而改變?yōu)V波特性。最常用的方法是利用光柵傳輸媒介無機(jī)材料的晶格受溫度影響的特性，對(duì)光柵工作溫度進(jìn)行改變，從而改變反射器的間距來改變通過光的波長(zhǎng)。該辦法能夠在較小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光柵工作波長(zhǎng)的調(diào)諧，但是由于無機(jī)材料晶格與溫度變化之間的線性范圍較小，該辦法只能在非常小的范圍內(nèi)改變光柵的工作波長(zhǎng)。而且溫度對(duì)晶格的影響是二維方向，反射器間距改變必須限定在一維方向，加上溫度不均勻等因素，溫度改變會(huì)造成器件濾波的混亂。半導(dǎo)體光電器件本身對(duì)工作環(huán)境溫度敏感，熱源的存在也會(huì)影響其它光學(xué)部件工作的穩(wěn)定性。另外一半通過電加熱方法改變光柵材料的溫度，當(dāng)電源切斷或斷電情況下，光柵溫度逐步恢復(fù)到周邊環(huán)境溫度，濾波調(diào)諧功能隨之消失。由于溫度變化需要一定時(shí)間穩(wěn)定，利用溫度調(diào)諧光柵工作波長(zhǎng)不具備及時(shí)性。其它能夠制作成可調(diào)諧光纖的塑形材料無法利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體薄膜材料加工工藝進(jìn)行加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性調(diào)諧大的可調(diào)諧光柵，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)諧，維持工作，同時(shí)本發(fā)明還提供了生產(chǎn)該光柵的方法。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧光柵，包括壓電平臺(tái)，固定在壓電平臺(tái)兩側(cè)的電極，復(fù)合在壓電平臺(tái)上表面、且柵格間距可隨壓電平臺(tái)在一維方向上伸縮的塑形光柵。優(yōu)選地，所述塑形光柵材料為長(zhǎng)鏈有機(jī)物。具體優(yōu)選為有機(jī)硅樹脂、PMMA、脫氧核糖核酸材料、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或氨基樹脂。優(yōu)選地，所述壓電平臺(tái)為具有壓電特性的無機(jī)材料制成。本發(fā)明涉及的制備方法，包括以下步驟:
1)、根據(jù)所需光柵的工作波長(zhǎng)，制備一個(gè)固定柵格間距的光柵模板；
2)、在光柵模板制作完備后，將塑形光柵材料溶于有機(jī)溶劑中并用高速旋轉(zhuǎn)涂覆的方法涂覆在光柵模板上，旋轉(zhuǎn)速度保持在50(T5000轉(zhuǎn)/分鐘，后真空干燥，當(dāng)液態(tài)有機(jī)物中的溶液揮發(fā)后，剝離形成與模板光柵間距一致的塑形光柵。3)、采用具有壓電特性的無機(jī)材料制成矩形壓電平臺(tái)，并在兩側(cè)固定電極；
4)將塑形光柵緊密復(fù)合在壓電平臺(tái)上。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧光柵，其特征在于:所述摻雜發(fā)光離子在放大介質(zhì)薄膜層中的原子濃度為0.1%到10%。本方法中涉及的光柵模板為無機(jī)材料襯底制成，通常需滿足能夠利用半導(dǎo)體加工光刻工藝的需要，該材料可以為單晶材料、多晶材料或非晶材料，優(yōu)選為氧化物，氮化物，采用材料例如:單晶硅、氧化硅、氮化硅、氧化鋁或碳化硅等。光柵柵格結(jié)構(gòu)可以利用干涉法、蝕刻、光刻等常用方法制備。本方法中涉及的塑形光柵材料優(yōu)選為有機(jī)硅樹脂、PMMA、脫氧核糖核酸材料、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或氨基樹脂，溶劑優(yōu)選為甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、丁酮。本發(fā)明塑形光柵與壓電平臺(tái)的復(fù)合可以通過平整光滑表面利用鏡面特征緊密放置實(shí)現(xiàn)，也可以通過環(huán)氧樹脂粘等使兩者貼合。塑形光柵在放置的位置上以滿足光柵柵格結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)方體的兩側(cè)平行的邊緣呈平行角度或正交角度，然后向與柵格平行方向的兩個(gè)側(cè)面的兩個(gè)電極加直流或交流電壓，如果是直流電壓的話，通常電壓范圍為5(T1500V，兩個(gè)電極的相位均可；如果是交流電壓的話，電壓范圍在12(T450V。在電壓作用下，壓電平臺(tái)將改變其內(nèi)部晶格的間距，從而改變塑形光柵的柵格間距，從而改變其中心工作波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵工作波長(zhǎng)的調(diào)諧。本發(fā)明光柵的工作波長(zhǎng)可以在線性范圍內(nèi)通過壓電裝置實(shí)時(shí)地根據(jù)需要向長(zhǎng)波長(zhǎng)或短波長(zhǎng)方向調(diào)諧，調(diào)諧的波長(zhǎng)具有連續(xù)性和實(shí)時(shí)性。電極材料的選擇可以為任何導(dǎo)電材料如銅、鋁、錫、銦、銦錫氧化物等，電極材料一般通過電鍍、離子濺射方法形成與壓電材料的接觸。本發(fā)明設(shè)計(jì)的可調(diào)諧光柵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，生產(chǎn)低成本；通過在一維方向改變壓電平臺(tái)內(nèi)部晶格的間距從而改變光柵工作波長(zhǎng)，其線性調(diào)諧范圍大，而且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)諧。


圖1為本發(fā)明中塑形光柵與光柵模板的分離結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明涉及的塑形光柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明可調(diào)諧光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1.光柵模板2.塑形光柵3.壓電平臺(tái)4.電極
具體實(shí)施例方式實(shí)施例，如圖3所示:本發(fā)明涉及的可調(diào)諧光柵，包括壓電平臺(tái)3，壓電平臺(tái)3兩個(gè)側(cè)面分別貼有兩個(gè)電極4，壓電平臺(tái)3上設(shè)有塑形光柵2。塑形光柵2在壓電平臺(tái)3電壓作用下其結(jié)構(gòu)間距產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)塑形光柵波長(zhǎng)的調(diào)解，調(diào)諧的波長(zhǎng)具有連續(xù)性。本發(fā)明涉及的制備方法具體如下:
如圖1和圖2所示:首先制備一個(gè)固定柵格的光柵模板1:根據(jù)所需的光柵工作波長(zhǎng)，選擇相應(yīng)的光柵間距tl，然后在模板上形成光柵，光柵柵格結(jié)構(gòu)可以利用干涉法、蝕刻、光刻等方法制備。光柵模板I由無機(jī)材料襯底制成，襯底材料要求平整光滑，該材料通常為氧化物，氮化物，本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選材料為單晶硅、氧化硅、氮化硅、氧化鋁或碳化硅。在光柵模板I制作完備后，將有機(jī)硅材料在室溫下充分溶于丙酮中，均勻混合后，在濕度低于70%的環(huán)境里，以600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)涂覆在用硅制作的光柵模板上，涂覆后放置在真空干燥箱內(nèi)，保持50攝氏度，0.5個(gè)大氣壓的真空24小時(shí)，待有機(jī)溶劑揮發(fā)后，將有機(jī)硅形成的塑形光柵2與光柵模板I剝離，即形成與模板光柵間距一致的塑形光柵2。本發(fā)明中塑形光柵材料還可為PMMA、脫氧核糖核酸材料、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或氨基樹脂等，所涉及的有機(jī)溶液可為甲醇、乙醇、乙醚、丁酮等，而本實(shí)施例涉及的干燥溫度等環(huán)境參數(shù)可根據(jù)所選擇的材料設(shè)置，主要用于加快有機(jī)溶劑的揮發(fā)。本實(shí)施例中在常溫常態(tài)下塑形光柵2的柵格間距為tl，另外一個(gè)表面為光滑平整面。采用具有壓電特性的無機(jī)材料例如壓電陶瓷等制成矩形狀壓電平臺(tái)3，其表面平整光滑，將塑形光柵2的平整面緊密放置在壓電平臺(tái)3上，并在兩側(cè)固定電極4。電極材料的選擇可以為任何導(dǎo)電材料如銅、鋁、錫、銦、銦錫氧化物等，電極材料一般通過電鍍、離子濺射方法形成與壓電材料的接觸。如圖3所示:將200V的直流電壓直接加在電極上，在電壓作用下，壓電平臺(tái)3開始改變內(nèi)部晶格的間距，從而使得塑形光柵2的柵格間距由tl變?yōu)閠2，塑形光柵2的柵格間距變?yōu)閠2后其中心工作波長(zhǎng)相應(yīng)改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵工作波長(zhǎng)的調(diào)諧。本實(shí)施例只是利用該方法實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧光柵結(jié)構(gòu)的一種，利用相似的方法可以實(shí)現(xiàn)其它類似結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光柵。本實(shí)施例中最終形成的可調(diào)諧光柵的柵格結(jié)構(gòu)處于一維平面，利用該辦法還可以在二維平面上實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧光柵。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧光柵，其特征在于:包括壓電平臺(tái)，固定在壓電平臺(tái)兩側(cè)的電極，復(fù)合在壓電平臺(tái)上表面、且柵格間距可隨壓電平臺(tái)在一維方向上伸縮的塑形光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧光柵，其特征在于:所述塑形光柵材料為長(zhǎng)鏈有機(jī)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧光柵，其特征在于:所述塑形光柵的材料為有機(jī)硅樹月旨、PMMA、脫氧核糖核酸材料、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或氨基樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧光柵，其特征在于:所述壓電平臺(tái)為具有壓電特性的無機(jī)材料制成。
5.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述可調(diào)諧光柵的制備方法，其特征在于，以下步驟: 1)、根據(jù)所需光柵的工作波長(zhǎng)，制備一個(gè)固定柵格間距的光柵模板； 2)、在光柵模板制作完備后，將塑形光柵材料溶于有機(jī)溶劑中并用高速旋轉(zhuǎn)涂覆的方法涂覆在光柵模板上，旋轉(zhuǎn)速度保持在50(T5000轉(zhuǎn)/分鐘，后真空干燥，當(dāng)液態(tài)有機(jī)物中的溶液揮發(fā)后，剝離形成與模板光柵間距一致的塑形光柵； 3)、采用具有壓電特性的無機(jī)材料制成矩形壓電平臺(tái)，并在兩側(cè)固定電極； 4)將塑形光柵緊密復(fù)合在壓電平臺(tái)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧光柵的制備方法，其特征在于:光柵模板為無機(jī)材料襯底制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧光柵的制備方法，其特征在于:所述塑形光柵的材料為有機(jī)硅樹脂、PMMA、脫氧核糖核酸材料、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或氨基樹脂，溶劑為甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、丁酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)諧光柵及其制備方法，包括壓電平臺(tái)，固定在壓電平臺(tái)兩側(cè)的電極，復(fù)合在壓電平臺(tái)上表面、且柵格間距可隨壓電平臺(tái)在一維方向上伸縮的塑形光柵。本發(fā)明中的壓電平臺(tái)在電壓作用下，可以連續(xù)調(diào)節(jié)壓電平臺(tái)在一維方向上的運(yùn)動(dòng)從而改變光柵的間距，從而實(shí)現(xiàn)光柵波長(zhǎng)的調(diào)解，且調(diào)諧的波長(zhǎng)具有連續(xù)性。
文檔編號(hào)G02F1/01GK103197441SQ20131009196
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者于宙 申請(qǐng)人:常州鐳賽科技有限公司