[发明专利]向光纤写入具有切趾光谱的光纤布拉格光栅的方法及系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于向光纤写入光纤布拉格光栅的方法及系统。更具体地，本发明涉及使用振幅掩模向光纤写入切趾光纤布拉格光栅的方法及系统。

背景技术

通常，当沿光栅区具有均匀折射率调制的光纤布拉格光栅(以下称作“FBG”)写入到光纤时，FBG的反射光谱典型地在主反射波瓣的两侧处显示出很高的旁波瓣。而且，存在着的包层模损耗会在较短波长处对主传输衰减峰引入不希望的衰减。因此，这些不期望的特点就限制了FBG在很多应用方面的使用。举例来说，通信系统内FBG基波分复用(以下称作“WDM”)滤波器通常需要旁波瓣抑制率(以下称作“SLSR”)高得足以消除相邻光信道之间的串扰。FBG基WDM滤波器还需要很低的包层模损耗，趋于消弱其他信道的信号。在感测应用中，主波峰两侧的高旁波瓣在感测系统内会被作为微弱的传感器信号探测出来，从而会中断感测信息。具有高旁波瓣的掺饵光纤放大器(以下称作“EDFA”)泵浦激光稳定器FBG会引入不希望的激光峰并由此引入增加的系统噪音。

用预先设计的剖面对FBG的折射率加以调制可以提供一种抑制旁波瓣的解决办法。这种方法也称作切趾。因此，与均匀FBG光栅不同，切趾光栅具有沿光栅区调制过的折射率，以实现诸如Gaussian、cosine、Hamming、Blackman等期望的剖面。

许多方法和系统都可以用来实现折射率剖面切趾。例如，Mechin等人在美国专利US6,574,395中提出一种通过改变扫描光束的速度来控制FBG的UV曝光时间的方法。Kersey等人在美国专利US6,681,067中提出另一种方法，其中通过用CO₂激光器加热和照射来有选择地擦除折射率。另外的方法还包括有用声学晶体(acoustic-crystal)频率调制使UV光束振动。然而，实现切趾FBG的最广泛使用方法却是在激光器与柱面聚焦透镜之间的UV激光束的传播路径上放置具有专门设计剖面的振幅掩模。

写入FBG的系统和方法在现有技术中也是公知的。例如，Malo等人在美国专利US6,911,659中教导了一种改变光纤折射率的系统和方法。然而，Malo的这种系统和方法包括有使用阻挡掩模，该阻挡模块限制了可以写入的FBG的种类，这是因为这种阻挡模块会阻挡大部分的激光功率。

被用于FBG切趾的振幅掩模通常包括两个UV探索窗口(exploring windows)。第一个窗口被用于FBG的AC折射率调制，而第二个窗口被用于FBG的DC折射率平坦化补偿。一般而言，为使包层模损耗最小化，FBG的DC折射率平坦化补偿是必需的。使用振幅掩模能够在单次处理中写入具有高SLSR和低包层损耗的FBG。因此，使用振幅掩模能实现高性能FBG的写入。

图1示出使用振幅掩模的传统装置100。如所看到的，该装置100的振幅掩模110安装在柱面透镜120前面的一个位置上。在这种结构中，只要振幅掩模110保持在柱面透镜120的前面，在激光束传播路径150上的位置的任何变化都将对应于相同的切趾剖面。这为模型化光纤内的折射率剖面提供了一种简易的方式，从而还有利于振幅掩模的设计和切趾的适用性。然而，这种方法的一个主要缺点在于掩模110会阻挡UV激光束的很大一部分，因此将降低FBG的写入效率。在振幅掩模具有小孔径时，尤其是这种情况。因此，这种方法很难用具有小孔径的振幅掩模写入较大的FBG。在某些情况下，这更是不可能的。这种方法的另外一个缺点来源于切趾剖面内出现的失真。这些失真由夫琅和费衍射引起，这是由于激光束穿过振幅掩膜110的小孔径这样的传播路径和激光束经过相对较长距离传播至位于柱面透镜120焦点处的光纤140。

在图1所示的这种传统切趾方法的装置100中，由于振幅掩模在激光束传播路径150上的位置的变化不会影响折射率调制，因此每个振幅掩模对应一种明确的折射率调制。为了获得不同的切趾剖面，必须为每种切趾剖面设计和制作不同的掩模。而且，由于在给定振幅掩模下折射率调制会依据不同的激光束条件发生改变，因此对于同样的折射率调制，需要具有多个振幅掩模。所以，开发用于给定折射率调制的振幅掩模经常会导致包括设计振幅掩模、校正振幅掩模、重新设计振幅掩模等步骤在内的重复过程。这种过程不但增加成本，而且降低设计新折射率调制振幅掩模的灵活性和时间效率。因此，这会妨碍对新FBG的科学研究和工程研制。

因而，就需要一种能够消除前述缺点的写入切趾FBG的新系统和新方法。

发明内容

本发明的一个目标在于提供一种用于在用激光写入FBG时、通过振幅掩模调制激光功率剖面的切趾方法和系统。