NO314677B1 - FBG produksjonssystem - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører et apparat og en fremgangsmåte for fabrikasjon av Bragg gitre i en optisk bølgeleder og anvendelse av diffraksjonsgitre ved slik fabrikasjon.

Bragg-gitter bølgeledere er komponenter som er populære for bruk som bølgelengdeselektive filtre i fiberoptiske kommunikasjonssystemer [1]. De er også populære for fiberoptiske sensorer på grunn av sin lille størrelse kombinert med deres refleksjons- og transmisjonsegenskapers (typisk topprefleksjonsbølgelengden) følsomhet for strekk, temperatur og andre mekanismer som endrer fiberens brytningsindeks [2].

Fiber.Bragg-gitre (FBG) består av en periodisk modulasjon av brytningsindeksen i kjernen (eller mer presist innenfor feltmodusens tverrsnitt) i en optisk fiber [3]. Denne modulasjonens periode er lik AB=^B/2n der n er fiberens brytningsindeks og XB er den optiske Bragg-bølgelengden der den lokale reflektiviteten har sitt maksimum. Indeksmodulasjonen dannes vanligvis ved belysning av fiberkjernen med ultrafiolett (UV) lys fra en laser med bølglengde Xuv i området fra 190 til 300 nm og med en romlig intensitetsmodulasjon med periode AIF=AB. Typisk kan det benyttes en frekvensdoblet Argon-laser med bølgelengde Xuv«244 nm.

Intensitetsmodulasjonen kan dannes ved å dele opp laserstrålen og å rekombinere strålene på fiberen via et speil- eller linsearrangement [4,5,6]med en vinkel aFiber= 2arcsin (^ov/Aif) . UV-stråledeleren kan enten dannes av et halvgjennomskinnelig speil, en diffrakterende fasemaske (romlig modulerende UV-fasen), eller amplitudemaske (romlig modulerende UV-amplituden). Den vinkelmessige atskillelsen mellom de +1 og -1 ordens diffrakterte strålene fra en slik maske er lik OMask=2arcsin (Auv/AMask) r der AMask er maskeperioden ved posisjonen der masken er belyst.

Det er også mulig å danne gitre ved å plassere fiberen i nærfeltet bak en diffraksjonsmaske der diffraksjonsordenene fremdeles overlapper. Det er imidlertid ulemper med naerfeltsmetoden. For det første vil null'te og høyere ordens diffrakterte stråler fra tilgjengelige ikke-ideelle masker forårsake en uønsket bakgrunnseksponering som begrenser den tilgjengelige amplituden for indeksmodulasjonen i en fiber med en begrenset fotoindusert endring i indeksen. For det andre kan ikke-lineariteter i fotosensitiviteten {indeksendring versus UV eksponeringsenergi) ved høye eksponeringsnivåer forårsake bakgrunnsindeksvariasjoner på grunn av blandingen av tre eller flere diffraksjonsordener. Disse bakgrunnsindeksendringene vil avhenge av de relative fasene til de blandede strålene inne i fiberen, og de vil derfor avhenge av variasjoner i avstanden mellom fiberen og fasemasken i en størrelsesorden av AiF. I praksis er det veldig vanskelig å unngå at avstanden varierer med mange A.iF, dermed vil de resulterende variasjonene i bakgrunnsindeksen forårsake feil i den effektive gitterfasen sett av lys som forplanter seg langs fiberbølgelederen. Et tredje problem oppstår dersom man ønsker å benytte skanning-teknikker der en UV-stråle med liten diameter skannes over fiberen og masken for å muliggjøre romlig avhengig modulasjon av gitterfasen og -amplituden ved å forflytte og vibrere masken i løpet av skanningen, som foreslått i [7]. I denne konfigurasjonen (og også i fiberskanningsteknikken [8] omtalt i større detalj under) må fiberen plasseres veldig nært masken (typisk i en avstand på 100-300 um) for å sikre overlapping mellom +1. og -1. ordens diffraksjonsstråle. Behovet for en slik liten avstand medfører en stor risiko for å skade den ømfintlige overflaten til masken, så vel som potensielle problemer med elektrostatiske krefter mellom fiberen og masken, som diskutert i [6].

Forskjellige trinnvise gittereksponeringsteknikker har blitt foreslått. To liknende systemer er vist i [8,9], der fiberen forflyttes gjennom et stasjonært UV-interferensmønster i retningen parallelt med fiberaksen mens korte pulser avfyres fra UV-kilden med regelmessige intervaller når fasen til UV-intensitetsmønsteret relativt til fiberen passer med fasen til den ønskede indeksmodulasjonens. En ulempe med denne pulsede teknikken er at arbeidssyklusen for den pulsede UV-kilden må være lav, fortrinnsvis <20-30% i [8] og enda lavere i [9], for å muliggjøre høy visibilitet for eksponeringen og dermed lav endring i bakgrunnsindeksen. Med begrenset topp UV-intensitet tilgjengelig, for eksempel på grunn av begrenset tilgjengelig kildeeffekt eller skadebegrensninger for fiberen eller UV-optikken, vil dette forårsake betydelig lengre produksjonstider sammenlignet med metoder som benytter kontinuerlig eksponering. Kort skrivetid per FBG er generelt fordelaktig, ettersom det minimaliserer gitterfeil forårsaket av langsom drift i de relative posisjonene for komponentene i FBG-produksj onssystemet.

En alternativ versjon av den trinnvise skriveteknikken der UV-kilden opereres i en kontinuerlig-bølge modus er vist i [4]. I denne metoden flyttes interferensstripene med den samme hastigheten som fiberen ved å flytte diffraksjonsmasken, men maskeposisjonen tilbakestilles hver gang fiberen har flyttet seg et multippel av Bragg-perioder. Denne teknikken kan muliggjøre kortere skrivetider enn teknikkene beskrevet i [8,9].

Et potensielt problem med den trinnvise skriveteknikken er at den periodiske pulsingen av UV-kilden eller tilbakestillingen av masken har en tendens til å forårsake en super-periodisk modulasjon av gitterstyrken og/eller -fasen med en superperiodelengde som tilsvarer puls- eller tilbakestillingsperioden. Dersom tilbakestillingsperioden er lik MLB der M er et heltall, vil dette forårsake sidebåndsrefleksjoner for gitteret ved bølgelengder som tilsvarer Bragg-bølgetall som er atskilt fra det nominelle Bragg-bølgetallet 2p/LB ved heltall av 2p/(MLB) . Det er to grunner til at M fortrinnsvis bør være et lite tall. For det første kan sidebåndsseparasjonen vanligvis gjøres så stor ved å øke M at sidebåndene ikke forårsaker noe problem for de FBG-anvendelsene som er av interesse. For det andre, som diskutert i [9], vil styrken for sidebåndsrefleksjonene reduseres når M reduseres på grunn av midling. Dette er fordi antallet trinneksponeringer ved hver posisjon på fiberen økes.

I metoden med trinnvis forflytning av masken vil det å maksimalisere hastigheten og nøyaktigheten for tilbakestillingen av maskeposisjonen også bidra til å minimalisere den superperiodiske modulasjonen og gittersidebåndsreflektiviteten. For å minimalisere M og å maksimalisere tilbakestillingshastigheten er det derfor ønskelig at stripeposisjonen kan bli modulert med en stor båndbredde. Dette kan begrense størrelsen av masken, ettersom de mekaniske resonansfrekvensene typisk er invers proporsjonale med størrelsen på den modulerte innretningen (masken).

Med den trinnvise skriveteknikken er det mulig å innføre diskrete faseskift i indeksmodulasjonen ved å endre fasen til interferensstripene brått, mens fiberen skannes gjennom UV-lysflekken. Fiberseksjonen som belyses av UV-lysflekken når stripefasen endres vil i dette tilfellet være delvis eksponert for begge stripefåsene, og gitterfaseskiftet vil dermed opptre gradvis langs denne seksjonen. Apodisering av gitterstyrken kan gjennomføres uten å påvirke gitterfasen eller den gjennomsnittlige eksponeringen per gitterperiode ved å modulere stripenes fase relativt til fiberen mens fiberen skannes gjennom UV-lysflekken uten at verdien for den gjennomsnittlige fasen påvirkes.

Det er også mulig å strekke eller sammentrykke Bragg-perioden AB noe relativt til UV-interferensperioden AiF=Xuv sin (Opiber/2) ved gradvis endring av stripefasen relativt til fiberen idet UV-lysflekken skannes langs fiberen. Bragg-bølgelengdeskiftet som er oppnåelig med denne metoden er begrenset til omkring AXB,max=AIF<2>/ (4LLysfieitit) der LLySfiekk er 3dB-størrelsen for UV-interferenslysflekken [5]. Når skiftet øker over denne grensen reduseres visibiliteten for den integrerte eksponeringen betydelig fordi stripefasen eksponert på hver fiberposisjon varierer betydelig når fiberen flytter seg gjennom UV-lysf lekken. Med typiske tall LLyafiekk=0. lmm, ^B=1550nm, og n=1.465 har vi AX,B,max=^B2/ (4nLLySfiekk) =2. lnm. Gitre som dekker båndbredder større enn 2AA,B,max kan ikke bli eksponert i et enkelt skann med de trinnvise skriveteknikkene ifølge den tidligere kjente teknikken.

Flerkanalgitre [10] er lovende anordninger både for telekommunikasjon og sensoranvendelser som benytter bølgelengdemultipleksing {WDM - wavelength division multiplexing), idet de omfatter funksjonaliteten til et antall enkeltgitre i ett gitter, noe som gir en mer kompakt anordning. Indeksmodulasjonen for et flerkanalgitter med N Bragg-bølgelengder kan modelleres som

der Ana er indeksmodulasjonens amplitude for hvert subgitter, 27t/ABo er forskyvningen for Braggbølgetallet, 2jc/Ap er Braggbølgetallavstanden mellom kanalene, og (pi er fasen for subgitret i. An er periodisk med periode AP. Dersom fasene (pi for alle subgitrene er like, vil topp-til-topp indeksmodulasjonen være lik Anpp = 2WAn0, som illustrert av kurven C i Fig. 1 for tilfellet N = 16. Ettersom den tilgjengelige indeksendringen i fotosensitive fibre er begrenset, kan det være fordelaktig å minimalisere Anpp. For høye verdier av N kan verdien av Anpp reduseres til en størrelsesorden på no ved å velge fasene (pi med omhu som vist i [11]. Numeriske beregninger indikerer at Anpp kan reduseres til no eller mindre for N > 4, som illustrert for N=16 ved kurve A i Fig. 1. Det er derfor av interesse å finne en fremgangsmåte for å skrive multikanalsgitre der faseforholdene for subgitrene kan kontrolleres nøyaktig. Passende kontroll med den relative fasen for gitterkanalene er også viktig i flerbølgelengde Bragg-fiberlasere [12].

Den trinnvise skrivemetoden som er beskrevet ovenfor tillater at vilkårlige flerkanalgitre kan produseres i én enkelt skriveoperasjon. Det totale antallet kanaler må imidlertid holdes innenfor den tilgjengelige båndbredden på 2AX.B,max. Det er også mulig å skrive flerkanalgitre sekvensielt, ved å skrive inn en kanal om gangen. Dersom den totale båndbredden som dekkes av kanalene overskrider 2A\ Brmax, er det nødvendig å endre UV-interferensperioden AIF mellom hver skrivesyklus. Dette kan oppnås ved å erstatte diffraksjonsmasken og/eller avstemming av interferometerets speil- eller linseposisjoner, muligens kombinert med en dreiing/skråstilling av speilaksen. Avstanden mellom fiberen og diffraksjonsmasken må kanskje også justeres for å sikre passende overlapping av interferensstrålene ved fiberen. Ved denne erstatnings- og omjusteringsprosessen er oppgaven med å opprettholde kontroll med de relative fasene for de forskjellige subgittereksponeringene veldig vanskelig.

En fremgangsmåte vil i det følgende bli beskrevet for å sikre kontroll med de relative fasene for de forskjellige subgitrene under slike sekvensielle eksponeringer. Hver skrivesyklus vil imidlertid alltid bidra med en gjennomsnittlig indeks på An0, og den totale indeksmodulasjonen inklusive bakgrunnsindeksen vil derfor i det minste være av størrelsesorden ( N + yj~ N+ 0. 75) Ano i som illustrert ved kurve B i Fig. 1. Den eneste måten å unngå en bakgrunnsindeks av størrelsesorden Atao er ved å skrive inn alle Braggbølgetallgitre i én enkelt eksponering.

Om de trinnvise skrivemetodene som er beskrevet ovenfor benyttes til å produsere flerkanalgitre som dekker en stor båndbredde (>20nm), vil det være nødvendig at UV-lysflekkens størrelse Lspot er ekstremt liten (minst <20um) . Det er mulig å fokusere UV-laserstrålene ekstremt tett. Fordi UV-intensiteten ikke kan overskride skadeterskelen for fiberen, kan imidlertid tiden som trengs for å skrive et enkelt gitte bli uaksepterbart lang.

Det er et første formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en enkel og nøyaktig fremgangsmåte og en anordning for justering av interferensperioden AB i et produksjons-anlegg for Bragg-gitre i optiske bølgeledere over et vidt område, for derved å tillate at anlegget lett kan produsere et bredt område av Bragg-bølgelengder på fleksibel måte.

Et andre formål er å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for å variere AH i løpet av gittereksponeringen mens nøyaktig kontroll med fasene for de eksponerte mønstrene opprettholdes under eksponeringen.

Et tredje formål er å frembringe en praktisk fremgangsmåte og anordning for å skrive flerkanals optiske bølgeledergitre med høy romlig oppløsning og med superperiodisk modulert gitterprofil med en (tilnærmet) optimal utnyttelse av den tilgjengelige brytningsindeksendringen, som ikke krever fokusering av laserstrålen ned til en lysflekkstørrelse som er sammenlignbar med eller mindre enn den ønskede romlige oppløsningen.

Et fjerde formål er å frembringe en praktisk fremgangsmåte og anordning for å skrive flerkanal optiske bølgeledergitre med høy romlig oppløsning og med superperiodisk modulert gitterprofil, som bare krever en diffraksjonsmaske som er litt lengre enn en superperiodelengde pluss UV-interferensens lysflekkstørrelsen.

Et femte formål er å frembringe en rask og effektiv fremgangsmåte for å skrive bølgeledergitre med en trinnvis skriveteknikk med en kort trinnperiode, som maksimaliserer styrken for gitteret og minimaliserer amplituden for uønskede gitre, som ikke krever modulasjon av fasemaskens posisjon med stor båndbredde, eller gir begrensninger på størrelsen av fasemasken som kan benyttes.

Formålene oppnås med et apparat, fremgangsmåter og anvendelser ifølge de vedføyde selvstendige patentkravene.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart i ytterligere detalj med referanse til de vedføyde tegningene der

Fig. 1 viser indeksmodulasjonens område (maksimum og minimum innen en superperiode Ap for et N=16 kanalers optisk bølgeleder Bragg-gitter. Fig. 2A viser UV-interferometerkonfigurasjonen der UV-strålene rekombineres ved bruk av linser. Fig. 2B viser UV-interferometerkonfigurasjonen der UV-strålene rekombineres ved bruk av speil i en Talbot-geometri. Fig. 2C viser UV-interferometerkonfigurasjonen der UV-strålene rekombineres ved bruk av speil i en kvasi-Sagnac konfigurasjon. Fig. 3 illustrerer en diffraksjonsmaske med et superperiodisk maskemønster.

En foretrukket utførelsesform av apparatet og fremgangsmåten er illustrert i Fig. 2A. En ultrafiolett (UV) kilde 2 danner en stråle 3 av UV-lys. Strålen med lys er innfallende på optiske midler 4,7A,7B,9 for å tilpasse lysstrålen for dannelse av et interferensmønster i en fotosensitiv optisk bølgeleder 8. Mer spesielt sendes strålen 3 med UV-lys først gjennom en diffraksjonsmaske 4 der strålen oppdeles i hovedsakelig to diffrakterte stråler 12A,12B der en stråle 12A er en +1. ordens diffraktert stråle og den andre strålen 12B er en -1. ordens diffraktert stråle. De to strålene 12A,12B rettes vekk fra diffraksjonsmasken i retninger som skiller seg fra hverandre med en vinkel 13. De to strålene 12A,12B rekombineres ved hjelp av to sylinderlinser 7A,7B plassert i en linseholder for å danne et interferensmønster på bølgelederen 8. De to strålene rekombineres ved en vinkel a^eg^e 14 med hensyn til hverandre. Posisjonen for bølgelederen 8 og bølgelederholderen 10 er flyttbare i retningen parallelt med fiberen. Når denne bølgelederen og bølgelederholderen forflyttes, skannes bølgelederen gjennom interferensstripemønsteret. Det belyste området på diffraksjonsmasken 4 kan varieres ved å flytte maskeposisjonen xKASk.

Separate laserinterferometre benyttes for å måle posisjonen for fiberen xFiber og masken xMaslc (relativt til substratet som linseaktuatoren er anbragt på, se under) med en nøyaktighet som er betydelig bedre enn én Bragg-periode.

Diffraksjonsmasken 4 omfatter en ikke-uniformitet i en retning parallelt med lengdeaksen til bølgelederen 8. Et ikke-uniformt gitter skrives i bølgelederen 8 ved å avbilde mønsteret på den belyste delen av masken 4 på bølgelederen 8.

Diffraksjonsmasken 4 kan forflyttes i en retning langs ikke-uniformiteten, det vil si, i en retning langs ikke-uniformiteten som avbildes på bølgelederen i en retning parallelt med lengdeaksen til bølgelederen. Retningen for ikke-uniformiteten kan benevnes x-retningen.

Posisjonen til stripene i interferensmønsteret fra UV-belysningen som skriver gitteret i bølgelederen kan kontrolleres ved hjelp av midler for posisjonskontroll 9. Posisjonen for disse stripene kontrolleres typisk med en nøyaktighet bedre enn en typisk Bragg-periode. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen kontrollerer disse midlene for posisjonskontroll 9 posisjonen til diffraksjonsmasken 4, fortrinnsvis med en nøyaktighet bedre enn en periode av interferensmønstret. Midlene for posisjonskontroll kan også omfatte midler for å kontrollere posisjonen til en eller flere linser 7A-B og/eller speil 5A-B,6A-B som danner en del av de optiske midlene. For å kontrollere fasen til interferensstripene innenfor tidsintervaller som tilsvarer en forflytning av bølgelederen på mindre enn noen få Bragg-perioder, kan posisjonen til en eller flere av linsene eller speilene bli modulert med en stor båndbredde.

Alternative utførelsesformer som benytter speil i stedet for linser er illustrert i Fig. 2B med et Talbot-interferometer. I dette tilfellet kombineres de to diffrakterte strålene 12A,12B som kommer fra diffraksjonsmasken 4 ved hjelp av speil 5A,5B i strålebanen for hver stråle. I Fig. 2C vises en versjon av oppfinnelsen som benytter et kvasi-Sagnac-interferometer. I dette tilfellet sendes de to diffrakterte strålene 12A,12B som dannes av diffraksjonsmasken 4 først gjennom bølgelederen og bølgelederholderoppstillingen. Den første strålen faller først på et speil 6A som retter strålen på det andre speilet 6B som retter strålen tilbake på bølgelederen. Den andre strålen faller først på et speil 6B som retter strålen på speil 6A som så retter denne andre strålen tilbake på bølgelederen. De to strålene bringes derved til å kombinere i området ved bølgelederen.

I disse utførelsesformene kan fasen for

interferensstripene også kontrolleres ved å flytte eller dreie/skråstille ett eller begge speilene 5A-B,6A-B, muligvis med en piezoelektrisk aktuator. I alle de tre illustrerte interferometerdesignene er det er det også mulig å kontrollere interferometerfasen ved å kontrollere (ikke bare måle) xWaveguide eller Xmask veldig nøyaktig. Hurtig tilbakestilling av interferometerfasen kan imidlertid for den trinnvise skriveteknikken være lettere å gjennomføre ved å forflytte linsene/speilene som vanligvis kan ha mindre dimensjoner enn fiberen 8 og masken 4. Fasen kan også justeres ved hjelp av andre typer av modulatorer, slik som elektrooptiske, termooptiske elastooptiske eller strekkoptiske innretninger. Hurtig kontroll av fasen er muligens unødvendig hvis trinnvis skriving utføres ved pulsing av UV-kilden 2.

I en første foretrukket utførelsesform har fasemasken en ikke-uniformitet omfattende en variasjon i amplituden, perioden eller fasen til mønsteret.

Fasemaskens periode AMas)c kan være kontinuerlig bølgelengdeutsvingt (eng.: chirped) eller trinnvis bølgelengdeutsvingt i x-retningen. I en versjon kan masken være lineært bølgelengdeutsvingt. Bragg-bølgelengen kan derved endres under skriveprosessen ved å forflytte fasemasken.

En mer kompleks maske kan være som illustrert i Figur 3, der en diffraksjonsmaske 4 har en eller flere seksjoner SN, der hver seksjon er karakterisert ved sitt superperiodiske mønster. Det superperiodiske mønstret for hver seksjon kan bestå av gjentatte like segmenter SP» med en periodisk indeksvariasjon, der lengden av hvert segment tilsvarer en superperiode, AP. Superperioden kan være en tilfeldig modulert indeksvariasjon.

Et romlig varierende (ikke-uniformt) diffraksjonsmønster blir innskrevet i dif f raks jonsmasken- Perioden AMaslc for maskemønstret kan være variabelt eller bølgelengdeutsvingt i x-retningen. Perioden AB som skrives inn i bølgelederen kan derved velges ved enkelt å endre xHask. Krumme linser bør fortrinnsvis benyttes for fokusering av strålene inne i interferometret. Dette sikrer at overlappet mellom de to strålene ved bølgelederen forblir uendret når aHasJ{ og aWaveguide varierer, i motsetning til situasjonen der glassprismer benyttes i stedet for linser. På samme måte bør krumme speil benyttes i interferometrene i Fig. 2B og 2C. Dersom det ikke benyttes krum optikk kan det være nødvendig å variere avstanden mellom masken og bølgelederen for å sikre overlapp mellom av UV-strålene ved bølgelederen. Dette kunne i prinsippet oppnås ved å dreie/skråstille masken noe relativt til x-aksen. En eller flere linser kan være linser av Fresnel-typen.

Sekvensiell skriving av flere Bragg-bølgelengder i den samme bølgelederseksjonen kan oppnås ved å forflytte diffraksjonsmasken 4 til en posisjon med en forskjellig periode Anasy. mellom hver skrivesekvens. Forutsatt at det diffrakterende gitterets fasefordeling langs masken er kjent, kan den relative fasen til de overlagrede gitrene kontrolleres ved å måle de eksakte xms^ og xWaVeguide og å kontrollere linseposisjonen tilsvarende.

Kontinuerlig bølgelengdeutsvingning av Bragg-perioden langs bølgelederen kan oppnås ved å forflytte den bølgelengdeutsvingte masken kontinuerlig under eksponeringen. Hastigheten for stripefasemodulasjonen (for trinnvis skriving) må da økes eller reduseres, avhengig av hastigheten og retningen for masken, for å kompensere for bevegelsen av fasemasken.

Det ble nevnt i avsnittet om tidligere kjent teknikk at det er nødvendig å skrive inn alle de ønskede periodisitetene for et flerkanalgitter i en enkelt skriveoperasjon for å oppnå en optimal utnyttelse av den tilgjengelige brytningsindeksendringen for bølgelederen. I en alternativ foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse benyttes det en diffraksjonsmaske som, når belyst av UV-strålen, danner det nødvendige periodiske eksponeringsmønsteret på bølgelederen. Det relativt komplekse maskemønsteret som er nødvendig for en slik maske kan i prinsippet dannes ved elektronstråle-litografi. Det er imidlertid vanskelig å danne elektronstrålemasker som er nøyaktige i fase over lengder som overskrider -0.5 mm, på grunn av såkalte sammensyingsfeil (eng.: stitching errors) mellom forskjellige områder på masken og dårlig linearitet i den relative forflytningen av masken og elektronstrålen [13]. Vi foreslår derfor å bruke et relativt kort maskemønster, med en lengde på minst en superperiode AP pluss UV-strålens diameter ved masken. Mønstret overføres repetert til bølgelederen på samme måte som med den tradisjonelle trinnvise skrivemetoden som er beskrevet tidligere, med den eneste forskjellen at bølgelederen flyttes en eksakt multippel av AP i stedet for AB perioder mellom hver gang fasen/posisjon for stripemønsteret tilbakestilles. Følgingen og tilbakestillingen av stripemønsterets posisjon relativt til bølgelederen kan i dette tilfellet fortrinnsvis utføres ved flytting av masken og ikke linsen, ettersom AP typisk kan være en større avstand enn hva som typisk kan kontrolleres nøyaktig med en rimelig piezoelektrisk transduser. Apodisering og faseskift som er felles for alle gitterkanaler kan fremdeles dannes ved manipulering av fasen for Bragg-periodene som en funksjon av den belyste

bølgelederposisj onen.

Det kan være et problem å utforme superperiodiske diffraksjonsmasker som varierer stripefasen og amplituden som nødvendig mens den gjennomsnittlige eksponeringen forblir konstant langs bølgelederen. En løsning på dette problemet er å skrive inn et andre "blind"-gitter med den samme superperioden AP, men med en Bragg-bølgelengde utenfor båndet som er av interesse, som har en gjennomsnittlig variasjon i eksponeringen som kompenserer for den for den første eksponeringen. En relativt nøyaktig kontroll med plasseringen av den første og andre gittereksponeringen er nødvendig, imidlertid ikke innenfor mindre enn AB. Dette kan oppnås med det foreslåtte gitterproduksjonssystemet dersom to diffraksjonsmaskemønstre skrives inn i forskjellige seksjoner av den samme diffraksjonsmasken.

Det er åpenbart fra beskrivelsen av apparatet ifølge oppfinnelsen at en korresponderende fremgangsmåte for fabrikkering av et optisk bølgeledergitter kan oppnås ved bruk av apparatet ifølge oppfinnelsen

I alle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan det bli nødvendig å kalibrere fasen til interferensmønstret som dannes av masken som en funksjon av xMas)!. Dette kan oppnås ved å skrive et testgitter med eksponering fra forskjellige seksjoner av masken, med påfølgende karakterisering av den romlige avhengigheten til det komplekse gitterets indeksmodulasjonsform. Et eksempel på en fremgangsmåte for slik karakterisering via måling av det komplekse refleksjonsspektret har tidligere blitt beskrevet andre steder for fiberoptiske Bragg-gitre [141.

Referanser:

[1] C. R. Giles, "Lightwave Applications of Fiber Bragg Gratings", J. of Lightwave Technol., Vol. 15, Nr. 8, side 1391-1404, 1997.

[2] K. 0. Hill og G. Meltz, "Fiber Bragg Grating Technology Fundamentals and Overview", J. of Lightwave Technol., Vol. 15, Nr. 8, side 1263-1276, 1997.

[3] A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, og E. J. Friebele, "Fiber Grating Sensors", J. of Lightwave Technol., Vol. 15, Nr. 8, side 1442-1463, 1997.

[4] G. W. Yoffe, J. W. Arkwright, og B. C. Smith, "Flexible and stable interferometer for fabricating fiber Bragg gratings", Conference on Bragg Gratings, Photosensitivity and Poling in Glass Waveguides, Paper ThE16, Florida, 1999.

[5] R. Kashyap, "Apparatus and method for generating an interference pattern to be written as a grating in a sample of a photosensitive material", PCT patentsøknad WO 00/08500.

[6] R. I. Laming og M. Ibsen, "Fabrication of optical waveguide gratings", PCT patent application WO 99/22256.

[7] M. J. Cole, W. H. Lon, R. I. Laming, M. N. Zervas og S. Barcelos, "Moving fibre/phase mask-scanning technique for enhanced flexibility in producing fibre gratings with uniform phase mask", Electronics Lett., Vol. 31, Nr. 19, side 1488-1490, 1995.

[8] R. I. Laming og M. Cole, "Fabricating optical waveguide gratings", PCT patentsøknad WO 98/08120.

[9] A. Assen, H. Storøy, B. E. Sahlgren, N. Sandgren, og R. Stubbe, "A Writing Technique for Long Fiber Bragg Gratings with Complex Reflectivity Profiles", J. of Lightwave Technology, Vol. 15, Nr. 8, side 1419-1423, 1997

[10] R. I. Laming og M. Ibsen, "Optical fibre gratings", PCT patentsøknad WO 99/22255.

[11] S. W. Løvseth, Dr. Ing. thesis, Appendix til Chapter 8, Norwegian Univ. of Sei. and Tech., skal publiseres.

[12] S. W. Løvseth og D. Y. Stepanov, "Analysis of Multiple Wavelength DFB Fiber Lasers", J. of Quantum Electronics, Vol. 37, Nr. 6, side 770-780, 2001.

[13] J. Alberts m.fl., "Minimization of Phase Errors in long Fiber Bragg Grating Phase Masks made using Electron Beam Lithography", IEEE Photonics Tech. Letters, Vol. 8, Nr. 10, side 1334-1336, 1996.

[14] D. Sandel, R. Noe, G. Heise, og B. Borchert, "Optical Network Analysis and Longitudinal Structure Characterization of Fiber Bragg Grating", J. of Lightwave Tech., Vol. 16, Nr. 12, 1998.

Claims (27)

1. Optisk bølgeleder-Bragg-gitter fabrikasjonsapparat (l) omfattende lyskildemidler (2) som danner en stråle (3) av ultrafiolett (UV) lys, optiske midler (4,5A-B,6A-B,7A-B,9) for tilpasning av lysstrålen for å danne et interferensmønster i en fotosensitiv optisk bølgeleder (8), der interferensmønstret har en romlig intensitetsmodulasjon langs lengden av den optiske bølgelederen og dermed tilveiebringer et optisk gitter i bølgelederen i form av en brytningsindeksmodulasjon, der de optiske midlene omfatter et første posisjonskontrollmiddel (9) og en bølgelederholderoppstilling (10) omfattende et andre posisjonskontrollmiddel (11) for å innstille posisjonen for den optiske bølgelederen (8) , karakterisert ved at de optiske midlene omfatter en flyttbar ikke-uniform diffraksjonsmaske (4) for å dele opp den optiske strålen i det minste i to stråler (12A-B) og optiske elementer for å samle to eller flere av lysstrålene til å interferere på den optiske bølgelederen.

2. Apparat ifølge krav 1 karakterisert ved at diffraksjonsmasken (4) omfatter en ikke-uniformitet i en retning som er avbildet på bølgelederen (8) i en retning parallelt med den lengdemessige aksen til bølgelederen.

3. Apparat ifølge krav 1 karakterisert ved at diffraksjonsmasken (4) er flyttbar langs en retning som er parallell med retningen for ikke-uniformiteten som er avbildet på bølgelederen (8) i en retning parallelt med den lengdeaksen til bølgelederen.

4. Apparat ifølge krav l karakterisert ved at ikke-uniformiteten i diffraksjonsmasken (4) omfatter en variasjon i amplitude, periode eller fase for en maskekorrugering eller et maskemønster.

5. Apparat ifølge krav l eller 2 karakterisert ved at det første posisjonskontrollmidlet (9) kontrollerer posisjonen til stripene i interferensmønstret i bølgelederen (8).

6. Apparat ifølge krav 5 karakterisert ved at posisjonen til stripene kontrolleres med en nøyaktighet som er betydelig bedre enn den typiske stripeperioden, fortrinnsvis betydelig bedre enn den typiske Bragg-perioden.

7. Apparat ifølge ett av de foregående krav karakterisert ved at det første posisjonskontrollmidlet (9) omfatter midler for å kontrollere posisjonen til diffraksjonsmasken (4) fortrinnsvis med en nøyaktighet bedre enn en periode av interferensmønstret.

8. Apparat ifølge ett av de foregående krav karakterisert ved at det første posisjonskontrollmidlet (9) omfatter midler for å kontrollere posisjonen til en eller flere linser (7A-B) og/eller speil (5A-B,6A-B) og/eller glassprismer og/eller vinkelen til en eller flere speil som danner en del av de optiske midlene.

9. Apparat ifølge krav 8 karakterisert ved at posisjonen til en eller flere linser (7A-B) og/eller speil (5A-B,6A-B) kontrolleres ved modulasjon av dets/deres posisjon(er) med en stor båndbredde for å kontrollere stripefasen innenfor tidsintervaller som tilsvarer en bølgelederbevegelse på mindre enn noen Bragg-perioder.

10. Apparat ifølge hvilke som helst av de foregående krav karakterisert ved at posisjonskontrollmidlene (9,11) omfatter én eller flere laser-interferometre for posisj onsmålinger.

11. Apparat ifølge hvilke som helst av de foregående krav karakterisert ved at diffraksjonsmasken (4) omfatter en eller flere seksjoner (s„) med forskjellige superperiodiske mønstre, der det superperiodiske mønstret omfatter repeterte segmenter (SPm) av vilkårlig modulert periodisk indeksvariasjon, der, hvert segment (SPJ danner en periode av det superperiodiske mønstret.

12. Apparat ifølge krav 11 karakterisert ved at den vilkårlig modulerte periodiske indeksvariasjonen omfatter et bølgelengdeutsvingt maskemønster.

13. Apparat ifølge krav 14 karakterisert ved at den vilkårlig modulerte periodiske indeksvariasjonen omfatter et kontinuerlig eller trinnvis bølgelengdeutsvingt maskemønster.

14. Apparat ifølge hvilke som helst av de foregående krav karakterisert ved at de optiske elementene for oppsamling av to eller flere av lysstrålene omfatter et 1insearrangement.

15. Apparat ifølge krav 14, karakterisert ved at 1insearrangementet er en enkelt linse.

16. Apparat ifølge krav 14 eller 15 karakterisert ved at en eller flere av linsene er Fresnel-linser.

17. Apparat ifølge hvilke som helst av de foregående krav karakterisert ved at de optiske elementene for oppsamling av to eller flere av lysstrålene omfatter et speilarrangement.

18. Apparat ifølge krav 17 karakterisert ved at speilarrangementet omfatter speil oppstilt i en Talbot-geometri.

19 Apparat ifølge krav 17 karakterisert ved at speilarrangementet omfatter speil oppstilt i en Sagnac-geometri.

20. Apparat ifølge et av kravene 17-19 karakterisert ved at speilarrangementet omfatter krumme speil.

21. Framgangsmåte for fabrikasjon av et optisk bølgeledergitter omfattende trinnene å danne en lysstråle ved bruk av en ultrafiolett (UV) lyskilde, å rette UV-strålen gjennom optiske midler for å frembringe et interferensmønster i en fotosensitiv optisk bølgeleder, å endre og bestemme posisjonen for i det minste deler av de optiske midlene i forhold til UV-strålene ved bruk at et første posisjonskontrollmiddel, å endre og bestemme posisjonen for en optisk bølgelederholderoppstilling ved å bruke et andre posisjonskontrollmiddel, der bølgelederholderoppstillingen omfatter den i det minste ene optiske bølgelederen karakterisert ved å kontrollere posisjonen til en ikke-uniform diffraksjonsmaske (4) som er del av de optiske midlene, for derved å kontrollere hvilket område på masken som eksponeres for UV-strålen, og derved oppnå et interferensmønster i bølgelederen som tilsvarer den delen av diffraksjonsmasken som er eksponert for UV-strålen.

22. Fremgangsmåte for fabrikasjon av et optisk bølgeledergitter omfattende trinnene å frembringe en lysstråle ved bruk av en ultrafiolett (UV) lyskilde, å rette UV-strålen gjennom optiske midler for å frembringe et interferensmønster i en fotosensitiv optisk bølgeleder, å endre og bestemme posisjonen for i det minste en del av de optiske midlene i forhold til UV-strålene ved bruk av et første posisjonskontrollmiddel, å endre og bestemme posisjonen for en optisk bølgelederholderoppstilling ved bruk av et andre posisjonskontrollmiddel, der holderoppstillingen for den optiske bølgelederen omfatter den i det minste ene optiske bølgelederen, karakterisert ved også å rette UV-strålen gjennom en ikke-uniform fasemaske, å benytte de første posisjonskontrollmidlene for å kontrollere posisjonen til de resulterende interferensstripene på bølgelederen ved å kontrollere posisjonen til andre elementer enn fasemasken, fortrinnsvis optiske speil eller linser som er en del av de optiske midlene.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22 i form av en trinnvis skriveprosess der interferensmønstret på bølgelederen holdes stabil i forhold til bølgelederen under forflytning av bølgelederen over en avstand ved kontinuerlig å kontrollere posisjonen til en eller flere linser, speil eller glassprismer og/eller vinkelen til en eller flere speil, og. posisjonen til en eller flere linser, speil eller glassprismer og/eller vinkelen til en eller flere speil tilbakestilles raskt ved intervaller for at interferensmønstret skal forbli stabilt under den kontinuerlige forflytningen av bølgelederen.

24. Fremgangsmåte -ifølge ett av kravene 22-23, karakterisert ved at den ikke-uniforme diffraksjonsmasken omfatter en superperiodisk diffraksjonsmaske.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24 karakterisert ved at en tilbakestillingsoperasjon utføres en eller flere ganger, der tilbakestillingsoperasjonen omfatter å flytte den superperiodiske diffraksjonsmasken en eller flere superperioder.

26. Anvendelse av en diffraksjonsmaske for å skrive optiske bølgeleder-Bragg-gitre i en fotosensitiv bølgeleder ved å bruke en diffraksjonsmaske som omfatter gjentatte segmenter av vilkårlig modulert periodisk indeksvariasjon og derved danner et superperiodisk mønster, der hvert segment danner én periode av det superperiodiske mønstret.

27. Anvendelse av en diffraksjonsmaske for å skrive optiske bølgeleder-Bragg-gitre i en fotosensitiv bølgeleder ved bruk av en diffraksjonsmaske der diffraksjonsmasken omfatter oppdelte seksjoner, der hver seksjon omfatter ett superperiodisk mønster, der hvert superperiodisk mønster omfatter gjentatte segmenter med vilkårlig modulert periodisk indeksvariasjon derved dannende et super-periodisk mønster, der hvert segment danner en periode av det superperiodiske mønstret.