專利名稱：基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入法及掃描式Talbot干涉儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法及掃描式Talbot干涉儀，屬光學技術領域。
背景技術：
自從1993年，K.O.Hill等人首次驗證了光纖被直接放置于經相位掩模衍射而產生的紫外近場干涉區，該寫入方法已廣泛應用于制作光纖光柵。但在相位掩模的接觸式寫入法中，光纖光柵的寫入Bragg波長對應于相位掩模的光柵周期，Bragg波長不能夠根據需要變化。為使寫入的Bragg波長能夠改變并大于2nm，有一種Talbot干涉儀，通過調整平面鏡的角度實現改變光纖光柵的寫入波長；但這種Talbot干涉儀寫入的光柵長度受限于平面鏡的長度和寫入光源的相干性，制作窄帶寬的光柵往往需要較長的平面鏡(滿足紫外干涉的＞60mm的平面鏡難以制作)，寫入光柵對紫外光束的脈沖能量密度要求也高(如寫制I型光柵，能量密度必須＞100mJ/cm2/pulse，累積能量密度必須＞500J/cm2)；此外，光源的相干性對寫入光柵的影響也較大。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種可方便地調諧寫入的Bragg波長、對寫入光源的脈沖能量和相干性要求低的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，以及用于該方法的掃描式Talbot干涉儀。
本發明的技術方案是該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
采用具有水平平移臺和垂直平移臺結構的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺2上的平面鏡1、支架上的相位掩模3、水平平移臺2上的衍射反射鏡5和6，以及遮光板4阻斷相位掩模3所產生零級衍射光，進行反射、衍射、反射，在垂直平移臺8上的光纖7上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺2，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵；也可使入射光束依次通過支架上的平面鏡1、水平平移臺2上的相位掩模3、支架上的衍射反射鏡5和6，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產生零級衍射光，進行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺2上的垂直平移臺8上的光纖7上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺2，使干涉條紋沿光纖7運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、實現零級阻斷的遮光板4、衍射反射鏡5、衍射反射鏡6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間。根據掃描寫入方式的需要，可采用將平面鏡1、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡(平面鏡)5、衍射反射鏡(平面鏡)6固定在水平平移臺2上，相位掩模3由支架支撐，垂直平移臺8與水平平移臺2分離的結構，通過干涉條紋運動實現掃描式寫入。也可采用將相位掩模3和垂直平移臺8固定在水平平移臺2上，平面鏡1、衍射反射鏡(平面鏡)5、衍射反射鏡(平面鏡)6、零級阻斷遮光板4由支架支撐，垂直平移臺8放置于水平平移臺2上的結構；水平平移臺2做水平平移時，會帶動垂直平移臺8，從而使位于垂直平移臺8上的光纖實現水平移動，實現掃描式寫入。
在該掃描式Talbot干涉儀中，5、6兩個平面鏡(衍射反射鏡)的轉動對改變光纖光柵的寫入Bragg波長起著決定作用。根據反射原理，當反射平面鏡的角度變化δ時，反射光束的方向變化Δ等于2δ。因此，當兩平面鏡相向旋轉δ時，在給定Bragg條件下，Bragg響應波長為λB=2neffΛ=neffλuvsin(θ/2+2δ)---(1)]]>同時，若5、6兩平面鏡(衍射反射鏡)的旋轉軸與入射的±1級衍射光束的重合，則兩寫入干涉光束的干涉區的菱脊將移動到ΔL＝(Ws/2)[cot(θ/2+2δ)-cot(θ/2)](2)因此，當掃描式Talbot干涉儀用于調諧寫入光柵Bragg波長時，只要放置光纖的平移臺8應作相應的平移就能使得待寫光纖位于寫入干涉區，即在光纖中寫入光柵。
本發明由于采用了可方便調節的運動結構和掃瞄式寫入方式，因而較具有如下優點1、能夠根據需要方便地調節寫入光柵Bragg的波長，且寫入光柵的長度范圍寬；2、大大減小了Talbot干涉儀中平面鏡的長度，對平面鏡的尺寸要求僅需大于激光光斑的大小(＞1mm)；3、對光源相干長度的要求顯著降低，降低了對寫入光源相干性的要求；4、顯著降低了對激光脈沖能量的要求。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為本發明干涉條紋運動型結構示意圖，圖2為本發明光纖運動型結構示意圖，圖3為本發明Bragg波長隨平面鏡旋轉的角度變化的曲線圖，圖4為本發明兩寫入干涉光束的干涉區的菱脊移動隨平面鏡旋轉的角度變化的曲線圖。
具體實施例方式例1該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。采用具有水平平移臺和垂直平移臺結構的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺上的平面鏡、支架上的相位掩模、水平平移臺上的衍射反射鏡，以及插入遮光板4對相位掩模3產生的零級衍射光進行阻斷，進行反射、衍射、反射，在垂直平移臺上的光纖上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵。
如圖1所示，該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡5和6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成。平面鏡1、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡(平面鏡)5和6固定在水平平移臺2上，相位掩模3由支架支撐，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間，垂直平移臺8與水平平移臺2分離。
工作時，通過水平平移臺2同時帶動其上起反射入射光束作用的平面鏡1，和起反射±1級衍射光作用的兩個平面鏡5、6在水平方向做平移，使干涉條紋沿光纖7運動，從而掃描寫入光柵。
例2該基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，是使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。采用具有水平平移臺和垂直平移臺結構的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過支架上的平面鏡、水平平移臺上的相位掩模、支架上的衍射反射鏡，以及插入遮光板對相位掩模產生的零級衍射光進行阻斷，進行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺上的垂直平移臺上的光纖上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，在光纖上掃描寫入光柵。
如圖2所示，該掃描式光柵寫入法所使用的掃描式Talbot干涉儀，由平面鏡1、水平平移臺2、相位掩模3、零級阻斷遮光板4、衍射反射鏡5和6，以及垂直平移臺8及固定在其上的光纖7組成。相位掩模3和垂直平移臺8固定在水平平移臺2上，平面鏡1、衍射反射鏡(平面鏡)5和6、零級阻斷遮光板4由支架支撐，相位掩模3位于平面鏡1與衍射反射鏡5、6之間，零級阻斷遮光板4位于衍射反射鏡5、6之間，垂直平移臺8放置于水平平移臺2上。
工作時，通過水平平移臺2同時帶動其上起衍射作用的相位掩模3，和待寫入光柵的光纖7在水平方向做平移，使光纖沿干涉條紋運動，從而掃描寫入光柵。
在該改變寫入Bragg波長的掃描式Talbot干涉儀中，相位掩模的光柵周期Λpm是1084nm，當若紫外寫入光束的波長λuv是248nm時，則±1級衍射光的衍射角θ/2＝13.225°；兩平面鏡之間的間距Ws為10mm，作為公式(2)的結果，相位模板到寫入干涉區的距離L為42.6mm；在光纖的纖芯中，有效反射率neff是1.46。
將上述數據代入公式(1)，可得表示Bragg波長與5、6兩平面鏡角度變化關系的圖3。與此同時，放置光纖的平移臺8應按式(2)的規律進行平移才能使得待寫光纖位于寫入干涉區，兩寫入干涉光束的干涉區的菱脊移動隨平面鏡旋轉的角度變化的曲線見圖4。
權利要求
1.一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
2.根據權利要求1所述的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于采用具有水平平移臺(2)和垂直平移臺(8)結構的Talbot干涉儀，使入射光束依次通過水平平移臺上的平面鏡(1)、支架上的相位掩模(3)、水平平移臺上的衍射反射鏡(5、6)，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產生零級衍射光，進行反射、衍射、反射，在垂直平移臺上的光纖(7)上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
3.根據權利要求1或2所述的基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法，其特征在于也可使入射光束依次通過支架上的平面鏡(1)、水平平移臺上的相位掩模(3)、支架上的衍射反射鏡(5、6)，以及遮光板(4)阻斷相位掩模(3)所產生零級衍射光，進行反射、衍射、反射，在固定在水平平移臺上的垂直平移臺上的光纖(7)上形成干涉條紋，同時水平移動水平平移臺，使干涉條紋沿光纖運動，從而在光纖上掃描寫入光柵。
4.一種權利要求1所述掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于它由平面鏡(1)、水平平移臺(2)、相位掩模(3)、零級阻斷遮光板(4)、衍射反射鏡(5)、衍射反射鏡(6)，以及垂直平移臺(8)及固定在其上的光纖(7)組成。
5.根據權利要求4所述的掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于平面鏡(1)、零級阻斷遮光板(4)、衍射反射鏡(5)、衍射反射鏡(6)固定在水平平移臺(2)上，相位掩模(3)由支架支撐，相位掩模(3)位于平面鏡(1)與衍射反射鏡(5、6)之間，零級阻斷遮光板(4)位于衍射反射鏡(5、6)之間，垂直平移臺(8)與水平平移臺(2)分離。
6.根據權利要求4所述的掃描式光柵寫入法用掃描式Talbot干涉儀，其特征在于還可將相位掩模(3)和垂直平移臺(8)固定在水平平移臺(2)上，平面鏡(1)、衍射反射(5)、衍射反射鏡(6)、零級阻斷遮光板(4)由支架支撐，相位掩模(3)位于平面鏡(1)與衍射反射鏡(5)、(6)之間，零級阻斷遮光板(4)位于衍射反射鏡(5)、(6)之間，垂直平移臺(8)放置于水平平移臺(2)上。
全文摘要
本發明涉及一種基于Talbot干涉儀的掃描式光柵寫入方法及掃描式Talbot干涉儀，屬光學技術領域。使用Talbot干涉儀，使入射光束依次經過反射、衍射、反射后，在光纖上形成干涉條紋，同時使形成的干涉條紋沿光纖水平移動，從而在光纖上掃描寫入光柵。掃描式Talbot干涉儀由平面鏡、水平平移臺、相位掩模、零級阻斷遮光板，以及垂直平移臺及固定在其上的光纖組成。具有可方便地調諧寫入的Bragg波長、對寫入光源的脈沖能量和相干性要求低，Talbot干涉儀的平面鏡的長度小等優點。
文檔編號G02B5/18GK1725042SQ200510010888
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者李川 申請人:昆明理工大學