[发明专利]实现一次曝光的切趾装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅制作技术领域，特别是一种实现一次曝光的切趾装置及方法。

背景技术

光纤光栅已经在通信、传感等领域得到广泛地应用，光纤光栅的制作已经形成工业化生产规模，光纤光栅制作技术直接决定了光纤光栅生产的质量和效率。目前常用的规模化光纤光栅制作技术是采用普通相位掩模板（相对切趾掩模板而言），使用普通相位掩模板和均匀紫外光制作光纤光栅，其反射谱中存在较大的旁瓣，这被认为是源于光栅两端的F-P效应，为了消除反射旁瓣，可以采用切趾分布的光斑写光栅，切趾分布光斑写的光栅，其短波沿有次峰，这被认为是由于切趾分布光斑形成的光栅折射率直流变化不均匀所致，为消除这种不均匀，可使用与切趾分布共轭互补的反切趾分布光斑对写入的光纤光栅进行二次曝光，使光纤光栅的折射率直流变化均匀，这就是二次曝光切趾方法。所谓切趾分布如图1所示，是一种中间大，两边逐渐变小的钟形分布，典型的钟形分布有高斯分布、超高斯分布、升余弦分布、汉明分布以及柯西分布等。反切趾分布如图2所示，其为相对切趾分布共轭互补的分布。

目前用于写光纤光栅的准分子激光光斑，在短轴方向具有一定的钟形分布形态，为了得到更好的切趾分布，有一种方法是加特殊形状的光阑对光斑进行调制，如图3所示的菱型切趾光阑和图5所示高斯型切趾光阑；图4为菱型反切趾光阑，其对应图3的菱型切趾光阑；图6为高斯型反切趾光阑，其对应图5的高斯型切趾光阑。写光栅时，将菱型切趾光阑或高斯型切趾光阑置于光路中合适的位置，对激光光斑形态进行调制。光栅写好后，将菱型切趾光阑或高斯型切趾光阑移开，换上对应的菱型反切趾光阑或高斯型反切趾光阑，并移开相位掩模板4，对光栅写入位置进行二次曝光。

2003年公开的一项名为“任意切趾的光纤光栅制作方法及其系统”的发明专利（公开号：CN 1415981A），用计算机程序控制一个宽度与光斑相等的矩形光阑在光路中变速旋转，光阑的旋转轴与光斑中心轴正交，对透过的光斑分布进行调制，通过旋转速度的变化获得任意形状的切趾分布，调制过的光斑经掩模板在光敏光纤中写入光栅。光栅写好后，将光阑换成等宽度的挡板，同时移开掩模板，挡板在计算机程序控制下，作一种与光阑相同的变速旋转，形成反切趾分布，对写成的光栅进行二次曝光。

二次曝光是目前使用最多、最有效的切趾方法。但这种方法的缺点是光纤光栅制作过程中要移动掩模板，换光阑，需要两次曝光，这样光纤光栅的生产效率大打折扣，同时激光能量消耗成倍增加。为了克服二次曝光的缺点，有人考虑一次曝光切趾方法，如2005年公开的一项名为“一次曝光实现光纤光栅多种函数切趾的方法”的发明专利（公开号：CN 1607406A），这一方法用了一块特制的振幅掩模板，这块特制振幅掩模板的中间是切趾分布的透射光阑，旁边是紫外全反镜，通过特殊振幅掩模板的均匀紫外光被分成两路，一路光透过特殊振幅掩模板，具有切趾分布，经柱透镜和相位掩模板聚焦到光敏光纤上写光栅；另一路光经特殊振幅掩模板反射，形成具有与透射光分布共轭互补的反切趾分布，反射光再经过三块紫外全反镜，被引到光纤光栅写入的另一面，从与透射光相反的方向聚焦到光纤光栅上，这样二次曝光的两种曝光同时完成，也就成了一次曝光。这种方法需要均匀紫外光斑，由于准分子激光器的光斑实际上是不均匀的，要获得均匀紫外光斑，激光能量的损耗是很大的。这一方法的最大问题是结构复杂，可变因素太多，要想将两路光的焦线调节到完全重合非常困难，所以难以实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单的能够实现一次曝光的切趾装置；还提供利用该装置实现一次曝光的切趾方法，该方法可以一次同时完成两种曝光，并且不需要均匀紫外光斑，只要光斑钟形分布的上下沿分别对于半程点对称，实现起来比较容易。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的实现一次曝光切趾装置，主要由紫外光、聚焦柱透镜、相位掩模板、光敏光纤和凹形柱面反射镜组成，它们依次排列在紫外光路上。

所述凹形柱面反射镜由基底和高反射膜组成。基底的凹形柱面需要光学表面，其上针对写光栅的紫外光镀高反射膜。

所述基底材料由玻璃制成，该玻璃为普通光学玻璃或石英玻璃。

所述凹形柱面反射镜的凹形柱面上镀高反射膜（反射率越高越好），针对写光栅的紫外光波长，高反射膜的材料可以是金属膜（如铝），或多层介质膜（如氧化锆和氧化硅）。