Устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, а также устройство на его основе для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом

 

Устройство включает источник излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и для изменения пути распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую область пропускания, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну. Ширина полосы оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом может регулироваться посредством регулировки размера лазерного луча, облучающего оптическое волокно. Амплитудные маски могут быть легко изготовлены с низкой себестоимостью, а их пороговая мощность разрушения является высокой. Устройство по другому варианту содержит две разнесенные вдоль волокна амплитудные маски. Обеспечено повышение точности изготовления. 4 с. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

Область изобретения Настоящее изобретение относится к устройству для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, а также к устройству для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом.

Уровень техники, к которому относится изобретение Оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом связывает основную моду сердцевины с модами оболочки. Поскольку оптоволоконная дифракционная решетка является решеткой неотражающего типа, она является преимущественной для сглаживания кривой усиления.

Оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом обычно изготавливают посредством периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна, которое является чувствительным к ультрафиолетовому (УФ) излучению. Другими словами, часть сердцевины оптического волокна, облученная ультрафиолетовым излучением, вызывает увеличение показателя преломления, а в не облученной части не происходит изменения показателя преломления, так что происходит периодическое изменение показателя преломления. В сердцевине оптического волокна будет возникать связь при выполнении условия, выражаемого уравнением (1): β_co-βⁿ_cl = 2π/Λ, (1) где β_co - постоянная распространения моды сердцевины, βⁿ_cl - постоянная распространения моды оболочки и Λ - период дифракционной решетки оптического волокна.

Если β заменить выражением 2π n/λ, где n - эффективный показатель преломления, то уравнение (1) может быть записано в виде разности между показателями преломления моды сердцевины и моды оболочки (n_со-n_cl ⁿ), равной λ/Λ. Следовательно, длина волны связи λ зависит от периода дифракционной решетки Λ и разности показателей преломления n_со-n_cl ⁿ. Для фиксированного периода дифракционной решетки Λ, длина волны λ связи изменяется с разностью n_со-n_cl ⁿ и с разностью показателей преломления, которая может быть получена посредством соответствующего облучения ультрафиолетовым лазером оптического волокна, которое является чувствительным к ультрафиолетовому излучению.

Если ультрафиолетовый лазер облучает фоточувствительное оптическое волокно, то показатель преломления сердцевины оптического волокна возрастает, и в результате, связь возникает на более длинной волне. Оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом изготавливается посредством фокусировки излучения ультрафиолетового лазера, например, эксимерного лазера, по х- или у-осям, используя цилиндрическую линзу и облучая этим излучением фоточувствительное оптическое волокно через амплитудную маску, с периодом Λ. В случае эксимерного лазера с размерами луча 10•30 мм, луч является наибольшим, когда он фокусируется по высоте луча эксимерного лазера, обеспечивая сфокусированную линию длиной 30 мм.

В данном случае важно, чтобы амплитудная маска имела точную периодичность. Для достижения точной периодичности амплитудной маски используются различные способы. Один из них представляет собой способ, в котором одиночная щель или оптическое волокно устанавливается на оптический столик, а затем смещается на требуемый период для облучения волокна лазерным излучением. Одиночная щель имеет то преимущество, что периодичность облучения является точной и произвольно регулируемой. Однако, согласно этому способу, поскольку ширина щели является фиксированной, коэффициент заполнения, который является отношением площади области, пропускающей свет, к площади области, не пропускающей свет, является непостоянным, когда изменяется период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. Также, поскольку при использовании щели изменение показателя преломления наблюдается от точки к точке, требуется большое время, и весь луч лазерного излучения не может эффективно использоваться. Далее, для того, чтобы точно рассчитать требуемый спектр фильтра, необходимо знать точное изменение показателя преломления за импульс, а также необходим дорогой оптический столик.

Альтернативно, для того, чтобы выполнить точную периодичность маски, маска может быть изготовлена посредством нанесения структуры из хрома на оксиде кремния. Однако, согласно этому способу, процесс изготовления маски является сложным и дорогостоящим. Также, поскольку период маски является фиксированным, при использовании, маска может быть спроектирована только на один спектр. Далее, в этом случае, поскольку пороговая мощность разрушения для этого типа маски является низкой, нельзя эффективно использовать эксимерный лазер высокой мощности.

Другой способ состоит в том, чтобы использовать множество щелей. Процесс приготовления маски является простым, и, следовательно, затраты на ее изготовление являются низкими. Однако, поскольку ошибка в периодичности одной маски, вызванная в процессе лазерной обработки, является очень большой, например, ±5 мкм, нельзя легко достичь точного проектирования спектра. Также, поскольку период является фиксированным, спектры, которые могут быть спроектированы, являются ограниченными.

Вообще, кривая коэффициента усиления усилителя на легированном эрбием оптическом волокне (EDFA) может быть сглажена, когда используются две или три различных оптоволоконных дифракционных решетки с большим периодом, что означает, что необходимы два или три различных периода масок. Вследствие того, что кривая усиления зависит от входной мощности светового сигнала, мощности накачки, скорости накачки редкоземельного легирующего элемента, стеклянной матрицы, длины оптического волокна и так далее, необходимо как можно больше периодов масок.

Из уровня техники известен способ для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки, посредством облучения излучения. Оптический волновод с сердцевиной, изготовленной из материала, в которой показатель преломления изменяется под воздействием ультрафиолетового излучения (см. ЕР 0805365, 11.05.1997, МПК G 02 B 6/16).

Наиближайшим техническим решением, известным из уровня техники, является оптический волновод с дифракционной решеткой и способ его изготовления (см. патент США 5604829, 18.02.1997, МПК G 02 B 6/34). В указанном патенте описывается техническое решение, в котором в оптическом волокне формируется дифракционная решетка, с возможностью управления ее периода. Для формирования дифракционной решетки с большим периодом, требуется облучение оптического волокна лазерным излучением через амплитудную маску.

Сущность изобретения Для решения вышеупомянутых проблем, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, необходимых для регулировки периодов дифракционных решеток, записываемых на оптическом волокне, посредством обеспечения вогнутой линзы для рассеивания падающего света и амплитудной маски, имеющей заданный период, и путем изменения положения амплитудной маски, а также устройство на его основе для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом.

Соответственно, чтобы достичь вышеупомянутую цель, обеспечивается устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, причем устройство включает источник света для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую пропускающую область, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения, обеспечивается устройство для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, при этом устройство включает источник света для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого в источнике света, под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется посредством зеркала, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую область пропускания, в которой рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну, измерительный модуль, предназначенный для измерения пиков связи оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, записанной на оптическом волокне, и контроллер, предназначенный для регулировки положения амплитудной маски с целью получения требуемых длин волн пиков связи в соответствии с длинами волн пиков связи, измеренными измерительным модулем.

Согласно еще одному отличительному признаку настоящего изобретения, обеспечивается устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстировки первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение освещает две амплитудные маски, при этом устройство включает первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом, источник света, измерительный модуль, предназначенный для измерения выходного спектра света, генерируемого в источнике света и проходящего через оптическое волокно, на котором записываются первая и вторая оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом, и контроллер, предназначенный для проверки выходного спектра, измеряемого измерительным модулем, и для регулировки положений первой и второй амплитудных масок с целью получения требуемого выходного спектра.

Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схему устройства для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом согласно настоящему изобретению, фиг.2 иллюстрирует вариант реализации амплитудной маски согласно фиг.1, фиг. 3 иллюстрирует процесс определения периода дифракционной решетки посредством регулировки положения амплитудной маски,
фиг. 4А и 4Б иллюстрируют периоды дифракционной решетки в зависимости от изменения значения х, когда х+у=700 мм и 430 мм, соответственно,
фиг. 5А-5В иллюстрируют спектры фильтра на дифракционной решетке с большим периодом, имеющего заданный коэффициент затухания на различных длинах волн относительно изменения значения х, когда х+у=430 мм,
фиг. 6 изображает схему устройства для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, с использованием оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом согласно настоящему изобретению,
фиг. 7А и 7Б иллюстрируют изменения по длинам волн, на которых возникает связь в зависимости от времени выдержки, причем фиг.7А иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь в зависимости от времени экспозиции ультрафиолетовым излучением, а фиг.7Б иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени выдержки после подачи Н₂, и
фиг. 8 иллюстрирует характеристики усиления оптоволоконного усилителя в зависимости от длины волны.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Устройство, изображенное на фиг.1, включает: источник 100 для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало 102 для изменения пути распространения ультрафиолетового лазерного излучения, генерируемого из УФ лазерного источника 100, цилиндрическую линзу 104 для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом 102, рассеивающий элемент 106 для рассеивания лазерного излучения, сфокусированного цилиндрической линзой 104, амплитудную маску 108 для селективного пропускания излучения, проходящего через рассеивающий элемент 106, щель 110, позволяющую лазерному излучению проходить через амплитудную маску 108, которая должна облучаться только на той части, на которой может быть сформирована оптоволоконная дифракционная решетки с большим периодом в оптическом волокне 112, источник 114 света, измерительный элемент 116 для измерения характеристик света, проходящего через оптическое волокно 112, и контроллер 118 для определения положения амплитудной маски 108 в зависимости от пиков связи и длин волн пиков связи, измеренных измерительным модулем 116.

Устройство, имеющее вышеупомянутую конфигурацию, работает следующим образом. Зеркало 102 отражает лазерное излучение, генерируемое лазерным источником 100 ультрафиолетового излучения, под заданным углом, чтобы изменить путь лазерного излучения. Цилиндрическая линза 104 собирает отраженное лазерное излучение на ось, на которой должна будет осуществляться фокусировка на оптическом волокне 112. Рассеивающий элемент 106 рассеивает лазерное излучение, прошедшее через цилиндрическую линзу 104. В качестве рассеивающего элемента 106 обычно используется вогнутая линза.

Амплитудная маска 108 селективно пропускает свет, проходящий через дисперсионный элемент 106. Ширина щели 110 определяется в зависимости от ширины полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. Если свет, прошедший через щель 110, поступает в оптическое волокно 112, то показатель преломления участка волокна, селективно облучаемого светом в сердцевине, изменяется. Измерительный элемент 116 измеряет пики связи на длинах волн света, генерируемого из источника 114 света и прошедшего через оптическое волокно 112.

Контроллер 118 контролирует период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом с помощью регулирования положения амплитудной маски 108 таким образом, что связь возникает на требуемой длине волны среди длин волн, которые проходят через оптоволоконную дифракционную решетку, сформированную как описано выше.

Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации амплитудной маски согласно фиг.1. Амплитудная маска, показанная на фиг.2, формируется на тонкой металлической подложке 200, имеющей толщину приблизительно 0,2 мм, например, подложке из нержавеющей стали, с пропускающей областью 202, через которую свет пропускается с периодом Λ_o, составляющим несколько сотен микрометров, и не пропускающую область 204. Пропускающая область 202 формируется посредством технологии с использованием СО₂ лазера или химического травления. Поскольку металлическая подложка 200 снимает предел порога лучевого повреждения, то в качестве источника может быть использован УФ лазер высокой мощности. Лазерное излучение проходит через пропускающую область 202, так что показатель преломления оптического световода увеличивается. Не пропускающая область 204, которая изготовлена из металла, экранирует лазерное УФ излучение.

Фиг.3 иллюстрирует процесс определения периода дифракционной решетки посредством юстировки положения амплитудной маски. Как показано на фиг.3, лазерное излучение, прошедшее через цилиндрическую линзу 300, рассеивается вогнутой линзой 302 и маскируется амплитудной маской 304, чтобы затем селективно облучать оптическое волокно 306. Здесь, для удобства пояснения принимается, что расстояние между фокусом вогнутой линзы 302 и амплитудной маской 304 равно х, а расстояние между амплитудной маской 304 и оптическим волокном 306 равно у. Также, принимается, что половина периода амплитудной маски 304 равно а, а также, углы лазерных лучей, проходящих через амплитудную маску 304 и достигающих оптического волокна 306, измеряемые от фокуса вогнутой линзы 302 по отношению к горизонтальному лазерному лучу 308, составляют величины γ,β и α, а промежутки лазерного излучения, периодически облучающего оптическое волокно 306, составляют С, В и А, соответственно. Тогда справедливы следующие уравнения



Полагая, что Λ является периодом дифракционной решетки, записанной на оптическом волокне 306, Λ находится, используя уравнение (2), и выражается таким образом:

где величина Λ_o составляет период амплитудной маски 304 и равна 2а.

Другими словами, когда расстояние между вогнутой линзой 302 и оптическим волокном 306 отъюстировано, период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, записанной на оптическом волокне 306, юстируется в соответствии с положением амплитудной маски 304.

Фиг. 4А иллюстрирует период дифракционной решетки в зависимости от изменения значений х, когда х+у=700 мм. Таблица 1 показывает периоды в зависимости от значений х. Здесь, период амплитудной маски 304 равен 420 мкм.

Фиг. 4Б иллюстрирует период дифракционной решетки в зависимости от изменения значений х, когда х+у=430 мм. Таблица 2 показывает периоды в зависимости от значений х. Здесь, период амплитудной маски 304 равен 420 мкм.

Когда расстояние между фокусом вогнутой линзы и оптическим волокном, то есть х+у, возрастает, изменение в периодах составляет меньше, чем изменение в значениях х, что является выгодным для точной регулировки периодов. Другими словами, в случае проектирования требуемого спектра, ширина полосы пропускания регулируется посредством изменения ширины щели и величины х, соответствующей расстоянию между вогнутой линзой 302 и амплитудной маской 304, и величины у, соответствующей расстоянию между амплитудной маской 304 и оптическим волокном 306, таким образом, подбирая длину волны пика связи и пик связи.

Фиг. 5А-5В иллюстрируют спектры фильтра на дифракционной решетке с большим периодом, имеющего коэффициент затухания 5,4 дБ на различных длинах волн относительно изменения значения х, когда х+у=430 мм, то есть пики связи в случае размещения амплитудной маски в местоположениях, при которых х=400, 395, 385 и 355 мм. Как видно на чертежах, когда 355 мм≤х≤400 мм, могут быть последовательно получены пики связи на длинах волн в пределах от 1300 до 1500 нм.

Следовательно, для того, чтобы изготовить оптоволоконную дифракционную решетку с большим периодом, имеющую требуемый выходной спектр, ширина полосы регулируется размером щели, а также подбираются расстояние х между вогнутой линзой и амплитудной маской и расстояние у между амплитудной маской и оптическим волокном.

Фиг. 6 изображает схему устройства для изготовления двухполосных оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, с использованием оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом согласно настоящему изобретению. Двухполосная оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом, показанная на фиг.6, включает ультрафиолетовый лазерный источник 600, первый модуль 610 изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, второй модуль 620 изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, источник 630 света, оптическое волокно 640, измерительный модуль 650 и контроллер (не показан).

Первый модуль 610 изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом включает светоделительный элемент 611, первую цилиндрическую линзу 612, первый рассеивающий элемент 613, первую амплитудную маску 614 и первую щель 615.

Второй модуль 620 изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом включает зеркало 621, вторую цилиндрическую линзу 622, второй рассеивающий элемент 623, вторую амплитудную маску 624 и вторую щель 625.

Теперь будет описан процесс изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, в которой используется вышеупомянутая конфигурация. Первый и второй модули 610 и 620 изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно формируют на оптическом волокне 640 оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом, имеющие первый и второй периоды.

Подробнее, сначала светоделительный элемент 611 расщепляет ультрафиолетовое лазерное излучение, генерируемое ультрафиолетовым лазерным источником 600 в соотношении 1:1, и частично отражает его под прямым углом (90^o), для изменения пути излучения, и позволяет прошедшему через него излучению проходить по прямой, первая цилиндрическая линза 612 дает возможность падающему ультрафиолетовому лазерному излучению, путь которого изменился с помощью светоделительного элемента 611, фокусироваться по оси, на которой размер луча является наибольшим. Здесь, фокус выбирается на оптическом волокне 640. Первый рассеивающий элемент 613 рассеивает излучение, прошедшее через первую цилиндрическую линзу 612, таким образом, чтобы увеличить размер луча. Первая амплитудная маска 614 дает возможность излучению, прошедшему через первый рассеивающий элемент 613, селективно проходить через нее. Ширина первой щели 615 определяется полосой пропускания требуемого спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. Если свет, прошедший через первую щель 615, облучает оптическое волокно 640, измерительный элемент 650 измеряет пики связи на различных длинах волн света, генерируемого в источнике 630 света и проходящего через оптическое волокно 640. Контроллер (не показан) регулирует положение первой амплитудной маски 614 таким образом, чтобы связь возникала на требуемой длине волны оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, регулируя, таким образом, период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом.

Ультрафиолетовое лазерное излучение, прошедшее через светоделительный элемент 611, отражается зеркалом 621 под прямым углом (90^o) так, что его путь изменяется. Вторая цилиндрическая линза 622 позволяет фокусировать падающее ультрафиолетовое лазерное излучение, путь которого изменился посредством зеркала 621, по оси, на которой размер луча является наибольшим. Здесь, фокус выбирается на оптическом волокне 640. Второй рассеивающий элемент 623 рассеивает излучение, прошедшее через вторую цилиндрическую линзу 622, чтобы увеличить размер луча. Вторая амплитудная маска 624 дает возможность излучению, прошедшему через второй рассеивающий элемент 623, селективно проходить через нее. Ширина второй щели 625 определяется шириной полосы требуемого спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом. Если свет, прошедший через вторую щель 625, облучает оптическое волокно 640, измерительный элемент 650 измеряет пики связи на различных длинах волн света, генерируемого в источнике 630 света и проходящего через оптическое волокно 640. Контроллер (не показан) регулирует положение первой амплитудной маски 624 таким образом, чтобы связь возникала на требуемой длине волны оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, таким образом регулируя период оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом.

Здесь, оптическое волокно 640 является чувствительным к ультрафиолетовому лазерному излучению и получается путем внедрения водорода (Н₂) в легированное германием (Ge) оптическое волокно. Внедрение водорода выполняется при температуре от 80 до 90^oС и давлении до 100 атм. Насыщенное водородом волокно поддерживается при комнатной температуре. Через некоторое время водородные молекулы диффундируют по оптическому волокну и медленно выделяются через оболочку волокна. Поскольку водородные молекулы удаляются, создается разность между показателями преломления сердцевины и оболочки. Таким образом, в зависимости от времени выдержки оптического волокна при комнатной температуре, условия связи изменяются,
Фиг. 7А иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени экспозиции ультрафиолетовым излучением, а фиг. 7Б иллюстрирует изменение по длинам волн, на которых возникает связь, в зависимости от времени выдержки после внедрения Н₂. Как показано на фиг.7А и 7Б, когда время выдержки при комнатной температуре становится более длительным, длины волн, на которых возникает связь, сдвигаются к более длинным волнам, а затем, приблизительно после 30 ч, сдвигаются к более коротким длинам волн.

Когда оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом изготавливается посредством внедрения водорода в оптическое волокно, спектр, измеренный посредством измерительного устройства, такого, как оптический анализатор спектра, является нестабильным, поэтому должна осуществляться компенсация с целью получения точного спектра конечного стабилизированного изделия. В частности, если оптоволоконный усилитель имеет пики усиления на 1530 и 1550 нм, как показано на фиг.8, то усиление на обеих полосах должно быть одновременно сглажено, для того, чтобы получить сглаженный по коэффициенту усиления оптоволоконный усилитель.

В настоящем изобретении, усиление может быть одновременно настроено на обеих полосах посредством регулировки положения двух амплитудных масок 614 и 624. В качестве амплитудных масок 614 и 624 может использоваться амплитудная маска, показанная на фиг. 2. Также, регулировка положения амплитудных масок 614 и 624 и регулировка периода оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом выполняются вышеописанным способом.

Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению, ширина полосы пропускания оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом может регулироваться посредством регулировки размера лазерного луча, облучающего оптическое волокно. Также, амплитудные маски могут быть легко изготовлены с низкой себестоимостью, а их пороговая мощность разрушения является высокой. При этом, поскольку периоды дифракционных решеток оптического волокна точно регулируются, фильтр, имеющий требуемые характеристики, может быть легко изготовлен с использованием одиночной маски.

Далее, если две полосы изготавливаются одновременно согласно настоящему изобретению, то поскольку возможность сдвига длины волны, обусловленного диффузией водорода, устраняется, проектирование фильтра упрощается и время, необходимое для изготовления фильтра, уменьшается. Излучение, используемое для изготовления оптоволоконных дифракционных решеток с большим периодом, имеет выходную мощность, приблизительно равную 120 мДж. В настоящем изобретении, поскольку используется излучение эксимерного лазера высокой мощности (600 мДж), расщепляемое светоделительным элементом в соотношении 1:1, оптоволоконная дифракционная решетка с большим периодом согласно настоящему изобретению может работать более стабильным образом по отношению к излучению эксимерного лазера.

Формула изобретения

1. Устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащее источник излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало, предназначенное для отражения генерируемого в источнике излучения ультрафиолетового лазерного излучения под заданным углом и для изменения пути распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, и амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую области пропускания, в которых рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что амплитудная маска регулирует период дифракционной решетки в соответствии с ее положением.

4. Устройство по п. 3, в котором период дифракционной решетки определяется следующим уравнением:

где Λ₀ - период амплитудной маски;
х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и амплитудной маской;
у - расстояние между амплитудной маской и оптическим волокном.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что амплитудную маску изготавливают из металла.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном.

7. Устройство для изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенное для периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна посредством периодического облучения оптического волокна ультрафиолетовым лазерным излучением, содержащее источник излучения ультрафиолетового излучения для генерации ультрафиолетового лазерного излучения, зеркало для отражения генерируемого в источнике излучения ультрафиолетового лазерного излучения под заданным углом и изменяющее путь распространения излучения, линзу для фокусировки лазерного излучения, путь которого изменяется зеркалом, рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через линзу, амплитудную маску, расположенную между рассеивающим элементом и оптическим волокном и имеющую области пропускания, в которых рассеянное лазерное излучение периодически пропускается к оптическому волокну, измерительный модуль для измерения пиков связи на длинах волн света, формируемого из источника ультрафиолетового излучения и прошедшего оптическое волокно, контроллер для регулировки положения амплитудной маски с целью получения требуемых длин волн пиков связи в соответствии с длинами волн пиков связи, измеренными измерительным модулем.

8. Устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстирования первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга, в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение облучает две амплитудные маски, содержащее первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что первая и вторая амплитудные маски имеют области пропускания, повторяющиеся через равные интервалы.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит светоделительный элемент, предназначенный для расщепления ультрафиолетового лазерного излучения в соотношении 1: 1, который отражает первую часть излучения расщепленного лазерного излучения, для того, чтобы изменить его путь, и обеспечивает возможность прохождения через него второй части излучения ко второму модулю изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит первую линзу для фокусировки первой части излучения, путь которого изменился, первый рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через первую линзу, первую амплитудную маску, обеспечивающую возможность периодического прохождения первой части излучения, рассеянного первым рассеивающим элементом, в направлении длины оптического волокна.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза.

13. Устройство по п. 12, в котором период первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом определяется следующим уравнением:

где Λ₀ - период первой амплитудной маски;
х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и амплитудной маской;
у - расстояние между амплитудной маской и оптическим волокном.

14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит первую щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем первая щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном.

15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом содержит зеркало, предназначенное для отражения второй части излучения под заданным углом и для изменения его пути; вторую лизну для фокусировки второй части излучения, путь которого изменился; второй рассеивающий элемент для рассеивания лазерного излучения, прошедшего через вторую линзу; вторую амплитудную маску, обеспечивающую возможность периодического прохождения второй части излучения, рассеянного вторым рассеивающим элементом, в направлении длины оптического волокна на другом периоде от первого модуля изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что рассеивающим элементом является вогнутая линза.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что период второй оптоволоконной фракционной решетки с большим периодом определяется следующим уравнением:

где Λ₀ - период второй амплитудной маски;
х - расстояние между фокусом вогнутой линзы и второй амплитудной маской;
у - расстояние между второй амплитудной маской и оптическим волокном.

18. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую щель, имеющую ширину, определяемую шириной полосы спектра оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, причем вторая щель обеспечивается между амплитудной маской и оптическим волокном.

19. Устройство для изготовления двухполосной оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей различные периоды, посредством юстирования первой и второй амплитудных масок, имеющих периодически повторяющиеся области пропускания и разнесенных друг относительно друга, в направлении длины оптического волокна, в котором ультрафиолетовое лазерное излучение облучает две амплитудные маски, содержащее первый модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между первой амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи первой оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, и второй модуль изготовления оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, предназначенный для задания периода второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, которая должна быть записана на оптическом волокне, посредством регулировки расстояния между второй амплитудной маской и оптическим волокном, и для записи второй оптоволоконной дифракционной решетки с большим периодом, имеющей заданный период, на оптическое волокно, в котором первый и второй модули изготовления дифракционных решеток с большим периодом по существу одновременно производят первую и вторую дифракционные решетки с большим периодом, источник света, измерительный модуль для измерения выходного спектра света, генерируемого в источнике света и проходящего через оптическое волокно, на котором расположены первая и вторая оптоволоконные дифракционные решетки с большим периодом, контроллер, предназначенный для проверки выходного спектра, измеренного измерительным модулем, и для регулировки положений первой и второй амплитудных масок с целью получения требуемого выходного спектра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11