摘　要:一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中,光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。

　　0　引　言

　　自从1993年,K. O. Hill等人首次验证了光纤被直接放置于经相位掩模衍射而产生的紫外近场干涉区[1~3],该写入方法已广泛应用于制作光纤光栅。在相位掩模的接触式写入法中,光纤光栅的Bragg波长对应于相位掩模的光栅周期。为使改变的写入Bragg波长大于2 nm,我们曾研制了一种通过平移楔块改变光纤光栅的写入波长的楔块调整式Talbot干涉仪[3~5]。

　　为了克服相位掩模干涉仪中写入光栅的质量受限于平面镜的长度和写入光源的相干性[3~6],本文提出了改变写入Bragg波长的干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪。

　　1　扫描式Talbot干涉仪中干涉条纹的运动原理

　　图1给出了扫描式Talbot干涉仪的原理图,包括一块反射平面镜M1、两块平行平面镜M2和M3、一块于平面镜表面垂直的相位掩模、扫描平移台T1和光纤平移台T2等。同样,在两平面镜M2和M3之间加入遮光板可阻断零级衍射光,从而有效提高写入光束的条纹对比度。

　　在图1中,紫外激光器发出的光束经平面镜M1反射后正入射到相位掩模,经相位掩模衍射后形成±1级衍射光。若相位掩模的周期为Λpm,则入射光和±1级衍射光满足一般衍射公式

　　两干涉光束分别由两平面镜M2和M3反射后形成了一个写入光栅的干涉区,并且,写入周期Λ由两光束的交角φ给定[2,3,7]

　　在Talbot干涉仪中,写入干涉区的长度受限于两反射镜M2和M3的长度和紫外光束的相干性[3—6]。因此,图1所示的扫描式Talbot干涉仪通过扫描平移台T1的平动带动了位于其上的平面镜M1与两平面镜M2和M3的移动,使经过Talbot干涉仪形成的干涉区沿光纤逐点曝光,从而实现在光纤中逐点写入光栅。

　　相位掩模不仅仅作为一个分束器,还初始化了Bragg波长的参考值,因为±1级衍射角θ/2是由写入光源的波长和相位掩模的光栅周期决定的。当两平面镜M2和M3垂直于相位掩模时,两写入光束的交角φ为

　　在扫描式Talbot干涉仪中,平面镜的转动对改变写入光纤光栅的Bragg波长起着决定作用。根据反射原理,当反射平面镜的角度变化δ时,反射光束的方向变化Δφ等于2δ

　　同时,若两平面镜M2和M3的旋转轴与入射的±1级衍射光束的重合,则两写入干涉光束的干涉区的菱脊将移动到如图2所示的位置[3, 4]

　　因此,当改变写入Bragg波长时,放置光纤的平移台T2应产生相应的平移才能使得待写光纤位于写入干涉区。

　　2　改变写入Bragg波长

　　在扫描式Talbot干涉仪中,相位掩模的光栅周期Λpm是1084 nm,当若紫外写入光束的波长λuv是248 nm时,根据公式(1),则±1级衍射光的衍射角θ/2 =13·225°。

　　两平面镜之间的间距Ws为10 mm。作为公式(4)的结果,相位掩模到写入干涉区的距离L为~42·6 mm。

　　在光纤的纤芯中,有效折射率neff是~1·46。将上述数据代入公式(7),可得表示Bragg波长与平面镜T2和T3角度变化关系的图3(a)。当平面镜M2和M3的角度变化为6′, 7′, 8′, 9′和10′时,实验Bragg波长为1559·37 nm,1556·03 nm,1551·52nm, 1548·17 nm和1544·61 nm,参见图3(a)中的空心圆形,相应的计算值是1559·53nm,1555·74nm,1551·97nm,1548·21nm和1544·48nm。与此同时,放置光纤的平移台T2应按式(8)的规律进行平移才能使得待写光纤位于写入干涉区,参见图3(b)。

　　在图4(a)所示的光纤Bragg光栅反射谱中,Bragg波长为1551·52 nm;在图4(b)所示的透射谱中,Bragg波长为1551·50 nm。由于在光谱仪中,光纤光栅的反射谱的峰值波长是由仪器分辨的,而透射谱的峰值波长是由人眼识别的,所以,取反射谱的峰值波长1551·52 nm为写入的Bragg波长。

　　3　结　论

　　仅利用一块相位掩模和两块紫外反射镜,扫描式Talbot干涉仪提供了一种有效写入不同Bragg波长的光纤Bragg光栅的方式。在本文,光栅被248nm的紫外干涉条纹写入,其中相位掩模被用作一个光束分束器。值得注意的是,典型的准分子激光器的相干长度不到1 mm,因此,通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。

　　参考文献:

　　[1] Hill K O, Malo B, Bilodeau F, et al. Bragg gratings fabricated inmonomode photosensitive optical fiber by UV exposure thorough aphase mask[J]. Applied Physics Letters, 1993, 62(10): 1035—1037.

　　[2] Hill K O, Meltz G. Fiber Bragg grating technology fundamentalsand overview[J]. Journal of lightwave technology, 1997, 15(8):1263—1276.

　　[3]李川,张以谟,赵永贵,等.光纤光栅:原理、技术与传感应用[M].北京:科学出版社,2005.

　　[4] Li C, Zhang Y M, Tian X F, et al. Study of wedge-adjusted Tal-bot interferometer for writing fiber grating with different inscribedBragg wavelength [J]. Optical Engineering, 2003, 42 ( 12 ):3452—3455.

　　[5]李川,张以谟,田学飞,等.楔块调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的调谐误差[J].光学技术,2004,30(1):80—83.

　　[6] Dyer PE, Farley RJ, Giedl R. Analysis and application of a 0/1 or-der Talbot interferometer for 193 nm laser grating formation[J].Optics CommuNIcations, 1996, 129(2): 98—108.

　　[7] Meltz G, Morey W W, Glenn W H. Formation of Bragg gratingsin optical fibers by a transverse holographic method[J]. Optics Let-ters, 1989, 14 (15), 823—825.

　　收稿日期:2006-02-13;收到修改稿日期:2006-04-29　E-mail:boatriver@eyou.com

　　基金项目:云南省学术与技术带头人培养资助项目(2003RC12);云南省教育厅教学与科研带头人培养资助项目;光电信息技术科学教育部重点实验室(南开大学、天津大学)2005年度开放课题资助项目(2005-26)

　　作者简介:李川(1971-),男,四川人,昆明理工大学教授,博士,从事光纤传感器研究。

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