制作多波长体布拉格光栅的方法技术

本发明专利技术涉及制作多波长体布拉格光栅(VBG)的方法，具体包括一紫外光源透过一梯形棱镜对感光介质光热折变(PTR)玻璃进行照射；通过辅助光学平板或PTR玻璃本身将入射的记录光反射，反射与入射的记录光在PTR玻璃中干涉形成驻波；调谐激光源的波长或旋转激光反射元件使记录光的入射角度改变，实现不同周期的曝光；曝光后的PTR玻璃经热处理与切割，最终获得多波长VBG。本发明专利技术提出的制作多波长VBG的方法简洁实用，在保持记录装置不变的情况下即可实现VBG工作波长连续可调谐；制作的VBG通光孔径不受样品吸收或材料其它性能的限制；只需一束记录光入射从而大大简化了记录装置，从而有利于VBG的大量高效制作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及制作多波长体布拉格光栅(VBG)的方法，具体包括一紫外光源透过一梯形棱镜对感光介质光热折变(PTR)玻璃进行照射；通过辅助光学平板或PTR玻璃本身将入射的记录光反射，反射与入射的记录光在PTR玻璃中干涉形成驻波；调谐激光源的波长或旋转激光反射元件使记录光的入射角度改变，实现不同周期的曝光；曝光后的PTR玻璃经热处理与切割，最终获得多波长VBG。本专利技术提出的制作多波长VBG的方法简洁实用，在保持记录装置不变的情况下即可实现VBG工作波长连续可调谐；制作的VBG通光孔径不受样品吸收或材料其它性能的限制；只需一束记录光入射从而大大简化了记录装置，从而有利于VBG的大量高效制作。【专利说明】
本专利技术涉及，特别涉及通过调谐记录光波长或改变记录光入射角度实现在光热折变玻璃中制作具有多个光谱反射峰的多波长体布拉格光栅的方法。
技术介绍
作为滤波元件的体布拉格光栅(VBG)对入射光波长有选择性，可用于改善光的发射光谱(如激光发射的峰值波长和光谱宽度),从而在半导体激光、固体激光、等离子体激光、二极管超荧光、光纤通讯、环境传感器、测量仪器、国防等领域有着广泛而重要的应用。然而在VBG应用中，与大部分的只用于稳定单一激光波长不同，J.E.Montagne和M.L.Neve在专利中提出，使用具有多个光谱反射峰的VBG(多波长VBG)可以将泵浦半导体激光器(LD)的波长随温度漂移离散化，即在一定温度范围内LD波长被多波长VBG锁定在一个或几个峰值，而当温度进入下一范围后，波长发生跳变，而不是随温度连续变化。通过选择合适的多波长VBG光谱反射峰值，使其分别对准激光工作物质(如Nd: YAG晶体)较高的吸收系数，从而可以实现宽温区内激光工作物质对泵浦LD较高的吸收率，即可避免激光工作物质在宽温区下对泵浦LD光吸收不充分的情况。 分波前/振幅法与相位掩膜板法均可实现 VBG 的制作，但却较少用其获得多波长VBG的专利和文章。G.A.Rakuljic与V.Leyva等人提出了通过“侧面写入”在光折变铌酸锂中制作多波长VBG的方法,但该方法有诸多缺点，比如有限的可用波长范围复杂的样品制备(需要抛光样品的至少两个正交面)，无法获得宽工作波长调谐范围等。另外，“侧面写入”的方法对所制作VBG的通光孔径有根本限制，这是由于为了得到所需要的光折变记录光束必须被记录材料吸收，而这将导致所记录的光栅的穿透深度受限于吸收材料。由于这个原因，反射VBG滤波器的通光孔径通常不超过约4-6毫米，取决于材料的性质尤其是材料的均匀性。现有的用于制作VBG的光敏材料主要有:卤化银感光材料、重铬酸盐明胶、光致聚合物材料、光折变晶体等。其中，卤化银感光材料具有高的灵敏度，但是衍射效率较低，加工、显影处理程序较繁琐。用重铬酸盐明胶制作的全息图具有很高的衍射效率，可达90%以上，但感光灵敏度低，光谱响应范围窄。另外，此材料制成的全息图受环境的影响很大，在高温下很容易消像。光致聚合物材料可以克服上述材料的一些缺点，但缺点是材料受环境(温度、湿度)影响较大，乳胶有收缩和膨胀现象，有待进一步提高性能。光折变晶体(如光折变铌酸锂)不耐高温，同时在用其制备光栅时会记录上附加衍射图案。上世纪80年代末90年代初，Glebov等人开始研究新型的全息记录光敏玻璃材料,以 S12-Na2O-Al2O3-ZnO 为主成分，掺入Ag、Ce和氟化物、溴化物，通过紫外光辐照及热处理，制备出空间线对高达2500/mm，I?3mm厚的VBG，其绝对衍射效率高达93 %。由于紫外光辐照外加热处理导致玻璃的折射率改变，这一过程被称为光热折变(PTR)过程，称具有这种特性的玻璃为PTR玻璃.作为一种新型的光敏材料，PTR玻璃在制备体光栅时具有与记录激光波长匹配的光谱吸收性、线性传输特性、高的分辨率以及低的噪声，还拥有很强的结构稳定性、高的损伤阈值及相对价廉的价格，成为目前最有效的VBG记录介质。 本专利技术涉及的制作多波长VBG的方法，在保持记录装置不变的情况下通过调谐记录光波长或改变记录光入射角度实现在PTR玻璃中制作工作波长在很宽的范围内连续可调谐的VBG.VBG在PTR玻璃的表面记录使得通光孔径不受样品吸收或材料其他性能的限制。只需一束记录光入射到记录组件即可在PTR玻璃中形成驻波光强分布进而实现VBG的记录，大大简化了记录设置，从而有利于VBG的大量高效制作。记录组件中棱镜与辅助光学平板的特殊设计有利于装夹工具的固定，保证了在记录过程中非常好的稳定性。此外，VBG记录介质PTR玻璃的正交边不需要抛光，这大大降低了生产成本。
技术实现思路
: 本专利技术涉及通过调谐记录光波长或改变记录光入射角度实现在PTR玻璃中制作具有多个光谱反射峰的多波长VBG的方法，该方法包括:提供一紫外激光源组件用于对感光介质进行曝光；提供一感光记录介质PTR玻璃用于记录VBG ;使PTR玻璃的一面与梯形棱镜表面接触；通过辅助的光学平板或PTR玻璃本身将入射的记录光反射，使入射与反射记录光在PTR玻璃中干涉形成驻波光强分布；调谐激光源的波长或旋转激光反射元件使记录光的入射角度改变，实现不同周期的曝光；曝光后的PTR玻璃在温度为450?500°C与高温500?550°C下工艺热处理，获得多波长VBG原件；沿垂直于光栅条纹的方向对多波长VBG原件进行切割，即可获得多波长VBG的矩形个体单元。 本专利技术的目的是这样实现的: 本专利技术制作多波长VBG的装置包括:激光源11、上游反射镜12、扩束前镜13，扩束后镜14，下游反射镜15，梯形棱镜16，记录介质17，辅助光学平板18以及装夹具19、20。 所述激光源11，发射具有高斯分布的紫外光束，光束自由传播直到光反射组件上游反射镜12。镜12可按双箭头所示旋转从而允许设置激光源11与VBG写入组件(PTR玻璃与梯形棱镜等)的距离。扩束前镜13与后镜14构成一望远镜扩束系统，将紫外光束扩展到所需要的尺寸以实现对记录介质均匀曝光。下游反射镜15将扩束后的紫外光反射至VBG写入组件。 梯形棱镜16是由对记录波长透明的材料制成，且具有与记录介质相同的折射率。梯形棱镜16至少有三个平面16A，16B, 16C，其中至少一个表面16A经过光学抛光。记录介质17采用PTR玻璃，其一面17A与梯形棱镜16的一表面16B接触(使用折射率匹配液体或光学直接接触)。因此，从梯形棱镜16到记录介质17是一个连续光路，中间没有空气进入。辅助光学平板18的一面18A光学抛光且镀有对记录光高反的介质膜，与记录介质17的表面17B接触，形成一个连续光路。辅助光学平板18的面18B与梯形棱镜16的面16C一样，均为平面，从而有利于装夹具19、20对写入组件的装夹固定。记录光经梯形棱镜的面16A入射，透过棱镜与PTR玻璃由辅助光学平板的面18A将其反射，反射的记录光与入射的记录光在记录介质17中形成光强周期分布的驻波，实现了对PTR玻璃的曝光。 根据两束光形成驻波的空间周期及VBG反射峰波长与光栅周期的关系，得出如下公式: 又。p _ ^rec nop( I ) cos θορ cos erec nrec..................本文档来自技高网...

【技术保护点】
制作多波长体布拉格光栅(VBG)的方法，该方法包括：一光源组件用于对感光介质进行曝光，一感光介质用于记录VBG，一棱镜与感光介质表面接触形成连续光路，辅助的光学板或感光介质本身将入射的记录光反射形成驻波光强分布，周期曝光的感光介质经热处理与切割，最终获得多波长VBG的个体单元；其特征在于：所述的多波长VBG的制作方法是通过调谐激光源的波长或旋转激光反射元件改变记录光的入射角度实现被记录的VBG工作波长在很宽的范围内连续可调谐；所述的调谐激光源的波长可以通过软件控制或手动调节激光器元件实现；所述的旋转激光反射元件改变记录光的入射角度可以通过旋转精密光学平移台实现；所述的驻波光强周期条纹平行于感光介质的工作表面，使记录的VBG通光孔径不受感光介质吸收或其他性能的限制；所述的驻波只需一束记录光入射到记录组件即可与反射光干涉形成，大大简化了记录装置，从而有利于VBG的大量高效制作；所述的棱镜采用梯形设计有利于装夹工具对其固定，保证了记录组件在VBG记录过程中非常好的稳定性；所述的感光介质记录表面的正交面不需要抛光，大大降低了生产成本。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张小富，陈臻懿，林安英，张玉珂，谢仕永，张帆，商海庆，安俊明，
申请(专利权)人：林安英，陈臻懿，
类型：发明
国别省市：北京;11