对光敏介质中形成的滤光器切趾制造技术

通过对光波导（５０）的光敏纤芯进行光化辐射曝光，在该光波导中形成滤光器光栅。光化辐射采用干涉光束（３８，４０）的形式，干涉光束的峰值强度（７２，７４）沿波导光轴（６４）相对位移。每束干涉光束都具有一单瓣形强度分布曲线，以及为在两束相对位移光束之间获得所需条纹衬度所需要的空间相干度。光敏纤芯中的折射率调制与辐射的照射（干涉）图案匹配。干涉光束的相对位移通过使折射率调制的平均折射率平坦化，缩小了光栅光谱响应的旁瓣。用两束光进行第二次曝光，但不发生光束干涉作用，此次曝光使得平均折射率进一步平坦。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

通过在光化辐射下进行形成图案的曝光(例如，干涉)，可以在光敏光学介质中形成滤光器，此种滤光器一般具有带通或带阻光谱响应分布曲线。对介质中折射率变化的竞争性要求给响应分布曲线增添了不希望有的“结构”(例如，旁瓣)，而这些“结构”可以通过各种切趾技术来处理。背景布拉格光栅和长周期光栅是通过在光化辐射下进行形成图案的曝光而在光敏介质中形成的滤光器的例子。这些滤光器的纤芯一般掺有锗之类光敏介质，这种光敏介质可以使纤芯响应于光化辐射曝光而改变其折射率，这里光化辐射一般在紫外线光谱范围内。照射辐射一般会升高纤芯中被曝光部分的折射率，折射率的升高正比于辐射强度和曝光长度(时间)。可以通过干涉或掩蔽形成所需的图案，而图案形成过程中要控制耦合强度和光栅周期两者。布拉格光栅的周期小于光谱响应之中心波长的一半，该光栅最好通过斜角干涉两束光化辐射光束来实现。长周期的周期为100或1000倍，可以通过简单的掩蔽法刻写。例如，可以对振幅掩模形成图案，使空间分离的光带照射纤芯，从而形成长周期光栅。无论曝光方式如何，照射辐射的强度分布都会转化成纤芯中类似形状的折射率分布。例如，具有恒定强度分布的照射光束经干涉或掩蔽，会沿纤芯的曝光部分产生均匀的折射率调制和恒定的平均折射率。但是，所得到的光谱响应在理想带阻两侧存在较大的旁瓣。具有更典型高斯形状的照射光束，其产生的折射率调制和平均折射率也遵循高斯形状。折射率调制值的高斯变化有助于消除两侧旁瓣，但所伴随的平均折射率的变化会使光栅的有效周期逐渐变化，并且一般会在理想带阻的一侧产生旁瓣。为消除不希望有的旁瓣所作的光栅校正有时称为“切趾”，因为它包含了对光栅振幅“遮蔽”的操作。切趾的目的一般是为了使折射率调制值获得脉冲状的变化(例如，高斯形状，或者更一般的，先增大到峰值然后降低的形状)，同时在整个光栅长度上保持恒定的有效周期。许多用于对光栅切趾的已知技术昂贵、耗时，或者难以达到所需的精度。例如，授予Hill等人的美国专利5,367,588将一非线性的相位掩模紧挨着固定在光敏滤光器介质上，用以对介质曝光一非均匀间隔的干涉图案。此相位掩模本身起光栅作用，它将一束具有高斯强度分布的光化辐射光束分成两束可以形成非均匀干涉图案的干涉光束。所得滤光器光栅的变化间距补偿了与照射光束之组合强度分布相应的平均折射率的变化。这种专用非线性相位掩模的制造费用很高，并且大大增加了滤光器的生产成本。授予Robinson的美国专利5,717,799也建议通过改变光栅周期来校正伴随着折射率调制值理想变化的、不希望有的平均折射率的变化。为实现此目标而提出的建议包括个别地刻写各个光栅单元，或者在制备(曝光)光栅单元期间有区别地拉紧光栅的各个部分。对于典型的布拉格光栅，其周期只有半微米那样小，所以刻写个别光栅单元不太可行，而有区别地拉紧光栅各个部分会大大增加制造的复杂性，并导致可能不一致的结果。授予Mizrahi等人的美国专利5,309,260通过连续曝光对布拉格光栅切趾。第一次曝光是用两束具有高斯分布的干涉光束在折射率调制中产生所需的变化。第二次曝光是升高光栅一端的平均折射率，从而抑制滤光器光谱响应的子峰(精细结构)。但是，均匀折射率沿光栅长度仍存在变化，其作用类似于“线性调频脉冲”，它会在滤光信号中产生不希望有的时间色散(temporaldispersion)。专利技术概要我们的专利技术是将折射率调制值的变化与平均折射率沿滤光器光轴的变化至少部分分离，由此对滤光器的响应曲线整形。折射率调制最好用一束具有单瓣形强度分布的光化辐射光束进行曝光而形成。可以用相同的或不同的曝光来进一步影响沿光轴的平均折射率。一个例子是合并两束光化辐射光束，在指定滤光器的光敏纤芯上形成具有适当周期的干涉图案。两束光来自一束公用的、具有sinc2合适强度分布的空间相干光束。两光束的轴相互倾斜，用以调节干涉图案的条纹间距，并且两光束的轴最好位于滤光器的共轴平面上，使得条纹方向横截滤光器的光轴。但是，两个轴的交点偏离光轴，致使两轴沿光轴产生相对位移。对于具有sinc2强度分布的干涉光束，轴向间距最好为0.88 FWHM(半最大值振幅处的全宽度)左右。一般来说，任何偏离都会大大降低条纹衬度，因为干涉光束在其与滤光器光轴的交叉点处彼此在空间上偏离。然后，最好用一种空间滤光器对公用光束整形，增加所得干涉光束的空间相干性，从而允许其所要求的错位。所得到的干涉图案有些短，但保留了脉冲状的衬度分布和相同的条纹间距。两束光的合并强度分布所受的影响最大。干涉光束沿滤光器光轴的偏离峰值强度减小了光束合并强度在其重叠区域内的轴向变化。对滤光器的影响是，在重叠区域内提供了更加恒定的平均折射率，同时使折射率调制值在同一区域内保持理想的脉冲状的变化。条纹衬度是折射率调制的基础，它朝着重叠区域的两端减小，因为两束光之间的强度存在差异。新型滤光器具有平坦的光谱响应，并且旁瓣结构缩小。本专利技术的另一个例子是，将空间滤光器与偏置相位掩模结合，产生类似的光谱响应。空间滤光器增加了光化辐射光束的空间相干性，而光化辐射光束最好垂直入射相位掩模。相位掩模将大多数辐射衍射成符号相反的第一级，并从相位掩模发散成为干涉光束。但是，并不象通常所做的那样将相位掩模直接放在滤光器介质上来刻写光栅，而是将相位掩模与滤光器介质隔开一段距离，致使干涉光束的峰值强度沿滤光器介质的光轴分开。分离量的调节类似于先前的实施例，使得干涉光束的合并强度在沿光轴的光束重叠范围内相对恒定。同样与先前实施例类似，由所得干涉图案形成的折射率调制在数值上保持脉冲状变化。可以将第二次曝光与第一次曝光结合，进一步改善滤光器的光谱响应。再次，在沿滤光器光轴分开的位置上，同时使用两束光。但是，两次曝光的光束间隔不同。第一次曝光形成理想的折射率调制，而第二次曝光与第一次曝光协作，使平均折射率平坦。两束光来自同一源，包括第一次曝光时用于干涉光束的源。但是，第二次曝光不在滤光器介质中重写折射率调制。在第二次曝光中，用振幅掩模代替空间滤光器，以便对重叠光束进一步整形，但空间相干性被降低到足以防止形成条纹的程度。另一种方法是，高频振动滤光器介质或相位掩模，以便平均形成图案的照射的曝光强度(即，“冲掉”条纹)。布拉格光栅的折射率调制最好用干涉仪或相位掩模来刻写，并且最好在第二次曝光时使用类似的装置。两次曝光可以累积，因此它们的次序可以颠倒。长周期光栅的折射率调制可以用灵敏度较低的仪器来刻写。例如可以用具有矩形透射函数的振幅掩模来刻写光栅。但是，最好用能够产生两束相对发散光束的相位掩模来代替振幅掩模，以在光栅的两端调节平均折射率，同时冲掉条纹。附1是一曲线图，示出了折射率沿光栅作为位置函数的光致变化，其中光栅是经两束完全重叠光束之间的干涉图案曝光而形成的。图2是一曲线图，它用作为波长函数的反射率来表示附图说明图1中光栅的期望光谱响应。图3是一干涉仪的图，该干涉仪经安排使得沿波导光轴位于空间位移位置上的两束光干涉。图4是一曲线图，例示了经两束空间位移光束曝光所产生的折射率调制。图5是一曲线图，示出了与图4中折射率调制相关的光谱响应。图6示出了用相位掩模产生两束空间位移光束的光学布置，其中相位掩模偏离被照射的波导。图7是一曲线图，例示了通过增加第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在光学介质中形成的滤光器，其特征在于，所述滤光器沿光轴具有一系列对应于光化辐射干涉光束之强度图案的折射率调制，所述干涉光束的轴沿光轴相对位移，处于不同的固定位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：V巴提亚，TA库克，RA莫达维斯，CD罗布森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]