專利名稱：振幅掩膜及用該掩膜制作長周期光柵濾波器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被動(dòng)式光學(xué)元件，具體地說，涉及一種振幅掩膜，以及使用該掩膜制作長周期光柵濾波器的裝置和方法。
隨著近來光學(xué)通訊的發(fā)展，長周期光柵濾波器作為被動(dòng)式光學(xué)元件引起很大的關(guān)注。長周期光柵濾波器把芯線模式與包層模式聯(lián)系起來，所謂芯線模式光是在光纖的芯線中傳播，通過周期性地改變光纖芯線對(duì)紫外線靈敏的折射率制作長周期光柵濾波器。這就是說，曝光部分的折射率增加，非曝光部分的折射率不改變，因而折射率就周期性地改變。為了把芯線模式與包層模式聯(lián)系在一起，必須滿足下式βco-βncl=2∏Λ]]>其中βco是芯線模式的傳播常數(shù)，βncl是第n級(jí)包層模式的傳播常數(shù)，Λ是光柵周期。
當(dāng)以2π∏/λ(此處的n是折射率)替換上式(1)中的β時(shí)，式(1)就變成nco-ncl=λ/Λ。因此，必須確定周期Λ和折射率的差(nco-ncl)，以使某種波長與包層模式相聯(lián)系。通過對(duì)紫外光敏感的光纖適當(dāng)?shù)卣丈渥贤饧す饪梢垣@得所述折射率的差。


圖1是傳統(tǒng)的長周期光柵濾波器制作設(shè)備的框圖。參照?qǐng)D1，這種傳統(tǒng)的長周期光柵制作設(shè)備包括高輸出激基締合物的激光光源100，反射鏡102，透鏡104，二氧化硅掩膜106和光纖108。光源100發(fā)射紫外激光。反射鏡102改變光源100所發(fā)射的激光的路徑。透鏡104調(diào)節(jié)其路徑已被反射鏡102改變的激光的焦點(diǎn)。二氧化硅掩膜106以選擇的方式透過穿過透鏡的激光。光纖108具有芯線，借助使透過二氧化硅掩膜106的激光照射到光纖中，在芯線中形成長周期光柵。
當(dāng)激光穿過透鏡104照射到與二氧化硅掩膜106接觸的光纖108時(shí)，光纖108的折射率就按規(guī)則的周期改變，并在光纖108上形成長周期光柵。這里，利用光源110把光傳播到光纖108，并由檢測(cè)器112檢測(cè)，于是得到長周期光柵濾波器的光學(xué)特性。
在上述長周期光柵濾波器的制作設(shè)備中，二氧化硅掩膜106包括在二氧化硅基片上涂布鉻并形成圖樣所得到的鍍鉻圖樣。激光選擇性地透過這些鉻圖樣。然而，所述鉻圖樣的損傷閾值為100mJ/cm2，這就使它不可能有效利用高輸出激基締合物激光。另外，二氧化硅掩膜是通過在二氧化硅基片上形成鉻圖樣而被制作的，因而就只有一個(gè)由最初設(shè)計(jì)的圖樣確定的周期。于是，需要具有不同周期的振幅掩膜，以得到具有不同周期的長周期光柵濾波器，從而使制作成本增加。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種振幅掩膜，它包括兩個(gè)耦聯(lián)的各自具有規(guī)則周期的掩膜，通過以相反的方向使兩個(gè)掩膜轉(zhuǎn)過預(yù)定的量，其周期就隨之改變，還提供一種使用所述掩膜制作長周期光柵濾波器的設(shè)備和方法。
因此，為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種振幅掩膜，用于在選擇性地使激光透過到光纖上制作長周期光柵的情況下，使激光周期性地透過到光纖上，所述掩膜包括兩個(gè)掩膜，它們具有周期性交替透過激光的透過面積和避免激光透過的非透過面積，其中所述二掩膜按相反方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而使透過面積的周期也連續(xù)改變。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種長周期光柵濾波器的制作設(shè)備，包括發(fā)射激光的激光源；振幅掩膜部件，通過彼此交疊兩個(gè)各有預(yù)定周期的掩膜并使該二交疊掩膜轉(zhuǎn)到預(yù)定的角度，以控制其周期，根據(jù)受到控制的周期選擇性地使激光透過到形成長周期光柵的光纖上；旋轉(zhuǎn)設(shè)備，用來以相反的方向使二掩膜旋轉(zhuǎn)到預(yù)定的角度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種長周期光柵濾波器的制作設(shè)備，包括激光光源；用于改變激光光源發(fā)出的激光的路徑的反射鏡；用于調(diào)節(jié)路徑改變的激光的焦點(diǎn)的透鏡；振幅掩膜部件，通過彼此交疊兩個(gè)有預(yù)定周期的掩膜并使該二交疊掩膜轉(zhuǎn)到預(yù)定的角度，以控制其周期，根據(jù)受到控制的周期選擇性地使激光穿過透鏡傳播到形成長周期光柵的光纖上；檢測(cè)器，用于檢測(cè)光纖中所形成的長周期光柵濾波器的耦聯(lián)峰；控制器，用于控制振幅掩膜的周期，以便利用從檢測(cè)器接收的耦聯(lián)峰處的波長獲得所需的耦聯(lián)峰波長。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種制作長周期光柵的方法，包括如下步驟交疊兩個(gè)掩膜，其中每一個(gè)掩膜的透過區(qū)和非透過區(qū)都交替地被激光通過，并按相反方向旋轉(zhuǎn)該二掩膜；經(jīng)在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)掩膜的預(yù)定周期下形成的透過區(qū)把激光照射到光纖上，在光纖上形成長周期光柵；使光通過其上形成長周期光柵的光纖，測(cè)定長周期光柵的耦聯(lián)峰，并控制兩個(gè)掩膜旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角，在所需波長下獲得所測(cè)定的耦聯(lián)峰。
圖1是說明傳統(tǒng)的長周期光柵濾波器制作設(shè)備的示意框圖；圖2表示形成本發(fā)明的掩膜的結(jié)構(gòu)；圖3示出按不同方向旋轉(zhuǎn)圖2的兩個(gè)掩膜到預(yù)定的角度，得到所需的周期；圖4表示根據(jù)圖3的旋轉(zhuǎn)角確定振幅掩膜周期；圖5示出按大于圖3的角度旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)掩膜；圖6是表示在使用周期Λ0為100μm的掩膜的情況下，振幅掩膜的周期隨旋轉(zhuǎn)角(α)變化的曲線；圖7以示意的方式表示根據(jù)本發(fā)明使用振幅掩膜部件的長周期光柵濾波器制作設(shè)備的框圖。
圖2表示形成本發(fā)明之掩膜的結(jié)構(gòu)。圖3表示按相反的方向使圖2的兩個(gè)掩膜轉(zhuǎn)過預(yù)定角度，以獲得所需周期的結(jié)果。圖2的掩膜包括透過區(qū)202，按幾百微米(Λ0=2d)的周期透過光，和約0.2mm厚的薄金屬基片200，即不銹鋼基片上的非透過區(qū)204。透過區(qū)202由二氧化碳激光光刻法或化學(xué)蝕刻法形成。金屬基片200不受損傷閾值的限制，可使用高功率紫外激光器作為光源。激光通過透過區(qū)202，從而提高了光波導(dǎo)的折射率。非透過區(qū)204是金屬部分，阻擋紫外激光。
在本發(fā)明中，振幅掩膜包括圖2的兩個(gè)掩膜，它們被交疊地安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)夾具(未示出)上，然后各自精確地轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3表示兩個(gè)掩膜轉(zhuǎn)過α°。圖中的參考標(biāo)號(hào)302是光纖或光波導(dǎo)的方向，參考標(biāo)號(hào)304和306代表各轉(zhuǎn)過α°的第一基片和第二基片，參考標(biāo)號(hào)308代表透過激光的區(qū)域，Λ代表本發(fā)明振幅掩膜的周期。如圖4所示，振幅掩膜周期Λ關(guān)于旋轉(zhuǎn)角(α)被確定如下xcosα=a1=a2xsin2α=d 其中Λ0是掩膜周期。
圖5表示兩個(gè)掩膜轉(zhuǎn)過的角度β°比圖3的轉(zhuǎn)角(α°)大。圖中的參考標(biāo)號(hào)502是光纖或光波導(dǎo)的方向?？梢钥闯?，由于所述轉(zhuǎn)角比圖3中的大，所以振幅掩膜的周期變小。圖6是表示當(dāng)使用周期為100μm的掩膜時(shí)，振幅掩膜周期隨轉(zhuǎn)角(α)變化的曲線。參照?qǐng)D6，振幅掩膜的光柵周期可以從140μm，經(jīng)10°轉(zhuǎn)角下的600μm，到大于600μm連續(xù)受到控制(當(dāng)α是0°，所述周期為無窮大)。
圖7示出本發(fā)明使用振幅掩膜部件制作長周期光柵濾波器的設(shè)備的示意框圖。參照?qǐng)D7，所述長周期光柵濾波器的制作設(shè)備包括激基締合物的激光光源700，反射鏡702，透鏡704，振幅掩膜部件706，光纖708，光源710，檢測(cè)器712和控制器714。反射鏡702改變激基締合物激光光源700發(fā)射之激光的路徑。透鏡704調(diào)節(jié)路徑已被反射鏡702改變之激光的焦點(diǎn)。振幅掩膜部件706選擇地透過穿過透鏡的激光，它由圖2的兩個(gè)掩膜組成，該二掩膜被交疊地安裝在旋轉(zhuǎn)夾具(未示出)上，然后各自精確地轉(zhuǎn)動(dòng)。光纖708具有芯線，借助透過振幅掩膜706的激光的照射在所述芯線中形成長周期光柵。檢測(cè)器712檢測(cè)通過其上已形成長周期光柵之光纖708的光學(xué)特性?？刂破?14根據(jù)檢測(cè)器712測(cè)得的耦聯(lián)峰控制振幅掩膜部件706的周期。
這里，耦聯(lián)峰意思是，由于在長周期光柵中，每種波長的芯線模式都與的包層模式相聯(lián)系，使得消光比率變?yōu)樽畲蟆?br> 下面將描述用所述長周期光柵制作設(shè)備制作長周期光柵濾波器。首先，經(jīng)反射鏡702和透鏡704將激基締合物激光光源700產(chǎn)生的激光照射到與振幅掩膜部件706接觸的光纖708上。使被透過振幅掩膜部件706照射的光纖部分的折射率改變，從而形成長周期光柵。與此同時(shí)，其中已形成長周期光柵的光纖708通過光源710所產(chǎn)生的光，檢測(cè)器712檢測(cè)通過光纖708的光的強(qiáng)度和波長?？刂破?14控制振幅掩膜的周期，以得到來自光纖708的所需耦聯(lián)峰。
在本發(fā)明的振幅掩膜中，各具有規(guī)則周期的兩個(gè)掩膜按相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，致使其周期與轉(zhuǎn)角有關(guān)。因此，可以連續(xù)改變振幅的周期。另外，制作長周期光柵時(shí)，用周期可調(diào)的振幅掩膜代替只有一個(gè)周期的二氧化硅掩膜，從而可以得到對(duì)周期靈敏的耦聯(lián)峰的波長。
權(quán)利要求
1．一種振幅掩膜，在使激光以選擇的方式傳播到光纖中制作長周期光柵時(shí)，該振幅掩膜周期性地把激光傳播到光纖上，所述掩膜包括具有周期交替的透過激光的透過區(qū)和防止透過激光的非透過區(qū)的兩個(gè)掩膜，其中這兩個(gè)掩膜以相反的方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而所述透過區(qū)的周期連續(xù)地改變。
2．按照權(quán)利要求1所述的振幅掩膜，其特征在于所述掩膜的基片由金屬制成。
3．按照權(quán)利要求1所述的振幅掩膜，其特征在于所述振幅掩膜的周期由下式確定Λ=2Λ0cosαsin2α]]>其中Λ0是掩膜周期，α是兩個(gè)掩膜的轉(zhuǎn)角。
4．一種長周期光柵濾波器的制作設(shè)備，包括發(fā)射激光的激光源；振幅掩膜，通過彼此交疊兩個(gè)有預(yù)定周期的掩膜，并使所述二交疊的掩膜轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定的角度，以控制其周期，根據(jù)受到控制的周期以選擇的方式把激光傳播到其中要形成長周期光柵的光纖上；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用來按相反的方向使所述二掩膜轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定的角度。
5．按照權(quán)利要求4所述的長周期光柵濾波器制作設(shè)備，還包括第二光源；檢測(cè)器，當(dāng)?shù)诙庠串a(chǎn)生的光入射到其中已形成長周期光柵之光纖的另一端時(shí)，用于從其中已形成長周期光柵之光纖的一端檢測(cè)長周期光柵濾波器的耦聯(lián)峰控制器，通過接收來自所述檢測(cè)器的耦聯(lián)峰的波長，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，獲得所需的耦聯(lián)峰波長。
6．按照權(quán)利要求4所述的長周期光柵濾波器制作設(shè)備，其特征在于所述掩膜的基片材料為金屬。
7．按照權(quán)利要求5所述的長周期光柵濾波器制作設(shè)備，其特征在于所述振幅掩膜的周期(Λ)由下式?jīng)Q定Λ=2Λ0cosαsin2α]]>其中Λ0是掩膜周期，α是兩個(gè)掩膜的轉(zhuǎn)角。
8．一種長周期光柵濾波器的制作設(shè)備，包括發(fā)射激光的激光源；反射鏡，用來改變激光光源發(fā)出的激光的路徑；透鏡，用來調(diào)節(jié)路徑被改變之激光的焦點(diǎn)；振幅掩膜部分，通過彼此交疊兩個(gè)具有預(yù)定周期的掩膜，并使所述二交疊的掩膜轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定的角度，以控制其周期，根據(jù)受到控制的周期使激光以選擇的方式通過所述透鏡，傳播到其中已形成長周期光柵的光纖；檢測(cè)器，用來檢測(cè)光纖中形成的長周期光柵濾波器的耦聯(lián)峰；控制器，通過接收來自所述檢測(cè)器的耦聯(lián)峰的波長，用以控制所述振幅掩膜的周期，以得到所需的耦聯(lián)峰波長。
9．一種制作長周期光柵的方法，包括如下步驟交疊兩個(gè)掩膜，其中每一個(gè)掩膜的激光通過的透過區(qū)與非透過區(qū)交替，并按相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)掩膜；經(jīng)在兩個(gè)被轉(zhuǎn)動(dòng)的掩膜中按預(yù)定周期形成的透過區(qū)使激光照射到光纖，并在光纖上形成長周期光柵；使光通過其上已形成長周期光柵的光纖，測(cè)量長周期光柵所引起的耦聯(lián)峰，并控制兩個(gè)掩膜轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角，以便在所需波長下實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的耦聯(lián)峰。
全文摘要
振幅掩膜及用該掩膜制作長周期光柵濾波器的設(shè)備和方法。在使激光以選擇方式傳播到光纖中制作長周期光柵時(shí),振幅掩膜周期地使激光傳播到光纖上。振幅掩膜包括兩個(gè)具有周期性交替的通過激光的透過區(qū)和防止激光通過的非透過區(qū)的掩膜,二掩膜按相反方向轉(zhuǎn)動(dòng),使透過區(qū)的周期改變,從而給出一個(gè)與轉(zhuǎn)角有關(guān)的振幅掩膜周期。
文檔編號(hào)G03F1/00GK1281554SQ98811862
公開日2001年1月24日 申請(qǐng)日期1998年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月8日
發(fā)明者章絑寧 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社