DE69826774T2

DE69826774T2 - Herstellungsverfahren eines optischen Filters und Vorrichtung,optisches Filter,Faserhalter mit spiralförmiger Nut,und Phasenmaske

Info

Publication number: DE69826774T2
Application number: DE69826774T
Authority: DE
Inventors: Yoshizaka 7-12 Terao; Tsutomu 7-12 Nomoto; Akihiko 7-12 Nishiki
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Chaipara Pte LLC
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP0890851A3; US6442312B1; DE69826774D1; CA2242371A1; KR19990013629A; EP0890851A2; AU738457B2; CN1157614C; CA2242371C; KR100349045B1; DE69826774T8; AU7612098A; US6174648B1; CN1206838A; EP0890851B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Filter mit einem Bragg-Gitter, das in einer Lichtleitfaser gebildet ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines derartigen Filters und einen Faserhalter und eine Phasenmaske, die bei dem Herstellungsprozess verwendet werden.
Bragg-Gitter innerhalb von Fasern, die auch einfach als Faser-Bragg-Gitter oder FBGs bekannt sind, sind auf dem Gebiet einer optischen Kommunikation als optische Filter für solche Zwecke wie ein Wellenlängenmultiplexen und eine Dispersionskompensation nützlich. Das US-Patent Nr. 5,367,588 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Bragg-Gitters innerhalb einer Faser durch Bestrahlen einer lichtempfindlichen Lichtleitfaser mit Ultraviolettlicht durch eine Phasengittermaske. Die Phasengittermaske weist eine gegenüber Ultraviolettlicht transparente Quarzglasplatte mit einem periodischen Reliefmuster von parallelen Wellungen bzw. Riffelungen auf einer Oberfläche auf. Die Wellungen haben die Form von beispielsweise parallelen Kanälen mit einem rechteckförmigem Querschnitt. Eine Beugung in der Phasenmaske moduliert die Intensität des auftauchenden bzw. hervorkommenden Ultraviolettlichts mit einer Periodizität, die durch die Beabstandung oder den Abstand des Gitters bestimmt wird.
Die lichtempfindliche Lichtleitfaser ist in Kontakt oder in nahem Kontakt mit der Phasengittermaske in einer Richtung orthogonal zu den Wellungen platziert. Ein Belichten mit dem Ultraviolettlicht ändert den Brechungsindex des Faserkerns, was eine Indexmodulation im Faserkern mit derselben Periodizität wie derjenigen der Phasengittermaske aufprägt. Diese Indexmodulation bildet das Bragg-Gitter.
Ein gechirptes Bragg-Gitter kann durch Modulieren des Gitterabstands der Phasengittermaske gebildet werden. Ein apodisiertes Bragg-Gitter kann durch Modulieren der Stärke des Ultraviolettlichts entlang der Länge der Lichtleitfaser gebildet werden.
Die Phasengittermaske kann durch reaktives Ionenätzen eines geschmolzenen Quarzsubstrats hergestellt werden, wie es beispielsweise auf Seite 567 von Electronics Letters, Vol. 29, No. 6 (18 März 1993) beschrieben ist.
Filterparameter, wie beispielsweise die Reflexionsbandbreite und die oberste Ebenheit bzw. der oberste Frequenzgang des Reflexionsspektrums, sind dafür bekannt, dass sie von der Länge des eingeprägten Gitters abhängen. Wenn ein Bragg-Gitter innerhalb einer Faser beispielsweise für eine Dispersionskompensation verwendet wird, ist die Reflexionsbandbreite Δλ durch die folgende Formel gegeben, in welcher L die Länge des Bragg-Gitters ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist und D der Dispersionswert ist. Δλ = 2L/(cD)
Diese Formel zeigt an, dass für eine gegebene Dispersion D die Reflexionsbandbreite Δλ proportional zur Gitterlänge L größer wird.
Lange Bragg-Gitter innerhalb einer Faser werden jedoch nicht auf einfache Weise mit einer Phasengittermaske vom oben beschriebenen Typ hergestellt, weil die Größe der Phasengittermaske durch die Notwendigkeit begrenzt ist, die Phasengittermaske selbst in einer Vakuumkammer zu bilden. Ein Schritt-und-Wiederholung-Prozess kann durch Bewegen der Faser hinter die Phasengittermaske ausgeführt werden, aber dieser Prozess ist zeitaufwändig und erfordert eine äußerst genaue Ausrichtung von einem Schritt zum nächsten. Aus diesen Gründen ist die Länge von Bragg-Gittern innerhalb einer Faser, die durch Verwenden von herkömmlichen Phasengittermasken gebildet sind, auf ein Maximum von etwa einhundert Millimetern (100 mm) begrenzt worden.
Die begrenzte Länge der herkömmlichen Phasengittermaske ist somit ein Hindernis für das Erhalten von weiten Reflexionsbandbreiten und anderen wünschenswerten Filtereigenschaften. Die begrenzte Länge ist auch ein Hindernis gegenüber einer effektiven Apodisierung des Bragg-Gitters innerhalb einer Faser.
Ein weiteres Hindernis für die Verwendung von langen Bragg-Gittern innerhalb einer Faser ist die Notwendigkeit, die Faser, die das Gitter enthält, auf eine solche Weise zu packen, dass das Gitter vor Temperaturschwankungen und anderen äußeren Einflüssen geschützt ist. Herkömmliche Packungsprozesse können nicht auf einfache Weise auf lange Längen einer Faser angewendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Filter herzustellen, das ein Bragg-Gitter innerhalb einer Faser hat, das länger als einhundert Millimeter ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Herstellen eines derartigen optischen Filters zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, einen Faserhalter zur Verfügung zu stellen, der bei der Herstellung eines derartigen optischen Filters nützlich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Phasenmaske zur Verfügung zu stellen, die bei der Herstellung eines derartigen optischen Filters nützlich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein optisches Filter herzustellen, das ein äußerst genaues Bragg-Gitter innerhalb der Faser hat.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein optisches Filter herzustellen, das ein apodisiertes Bragg-Gitter innerhalb der Faser hat, das länger als einhundert Millimeter ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein optisches Filter herzustellen, das ein gechirptes Bragg-Gitter innerhalb der Faser hat, das länger als einhundert Millimeter ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein effizient gepacktes optisches Filter zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein kompakt gepacktes optisches Filter zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein gut geschütztes optisches Filter zur Verfügung zu stellen.
Das erfundene Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters weist die folgenden Schritte auf:
Befestigen einer Lichtleitfaser, die einen lichtempfindlichen Kern besitzt, in einer ebenen spiralförmigen Anordnung auf einer oberen Oberfläche eines Faserhalters;
Anordnen einer Phasenmaske parallel zu der oberen Oberfläche des Faserhalters, wobei die untere Oberfläche der Phasenmaske ein spiralförmiges Beugungsgitter besitzt, das der Lichtleitfaser gegenüberliegt; und
Belichten der Lichtleiterfaser mit Ultraviolettlicht durch die Phasenmaske, um dadurch ein Bragg-Gitter innerhalb einer Faser zu erzeugen.
Der Schritt zum Belichten wird vorzugsweise durch Drehen des Faserhalters und der Phasenmaske ausgeführt, während die Phasenmaske mit einem Ultraviolettstrahl radial gescannt wird, wobei das Scannen mit der Drehung synchronisiert wird, so dass der Strahl der spiralförmigen Anordnung der Lichtleitfaser folgt.
Der erfundene Faserhalter weist eine flache Platte auf, die eine spiralförmige Nut zum Halten der lichtempfindlichen Lichtleitfaser besitzt.
Die erfundene Phasenmaske weist eine Platte auf, die gegenüber Ultraviolettlicht transparent ist und die ein spiralförmiges Muster von periodischen Pits auf einer Oberfläche besitzt.
Die erfundene Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Filter umfasst den erfundenen Faserhalter, die erfundene Phasenmaske, eine Drehbühne, die den Faserhalter und die Phasenmaske stützt, und ein optisches System zum Belichten der lichtempfindlichen Lichtleiterfaser mit Ultraviolettlicht durch die Phasenmaske.
Das erfundene optische Filter umfasst den erfundenen Faserhalter und eine Lichtleiterfaser, die ein Bragg-Gitter mit einem periodisch modulierten Brechungsindex umfasst und in der spiralförmigen Nut gehalten wird.
Bragg-Gitter innerhalb der Faser bis zu einer Länge von wenigstens etwa vier Metern können durch das erfundene Verfahren unter Verwendung eines Faserhalters und einer Phasenmaske mit der Form von Scheiben von fünf Inch hergestellt werden. Der Faserhalter und die Phasenmaske können unter Verwendung eines Geräts von dem Typ hergestellt werden, das herkömmlich zum Bearbeiten von Halbleiterwafern verwendet wird.
Ein genaues Bragg-Gitter innerhalb einer Faser kann erzeugt werden, weil eher ein kontinuierlicher Herstellungsprozess als ein Schritt-und-Wiederholung-Prozess verwendet wird.
Ein apodisiertes Bragg-Gitter innerhalb einer Faser wird durch Ändern der Ultraviolettlichtmenge, mit der die Lichtleiterfaser belichtet wird, gemäß einer Position auf der oberen Oberfläche des Faserhalters gebildet. Wenn die Phasenmaske durch einen Ultraviolettstrahl gescannt wird, kann die Ultraviolettlichtmenge durch Verwenden einer gepulsten Lichtquelle und durch Variieren der Wiederholungsrate von Impulsen geändert werden. Alternativ kann ein variabler optischer Dämpfer verwendet werden oder kann die Drehzahl des Faserhalters geändert werden.
Ein gechirptes Bragg-Gitter innerhalb einer Faser wird durch konzentrisches Unterteilen der Phasenmaske in Zonen und durch Ändern der Beabstandung der Pits in dem spiralförmigen Beugungsgitter von Zone zu Zone gebildet.
Das Bragg-Gitter innerhalb einer Faser kann zwischen dem erfundenen Faserhalter und einer Abdeckung effizient gepackt werden. Die Abdeckung kann auch eine spiralförmige Nut besitzen.
Die Abdeckung kann durch Aufbringen einer Schutzschicht auf den Faserhalter und die Lichtleitfaser nach einem Bilden des Bragg-Gitters innerhalb einer Faser gebildet werden. Der Faserhalter kann durch Mustern einer auf einem Substrat angeordneten Polymerlage gebildet werden, was eine spiralförmige Nut in der Polymerlage erzeugt. Alternativ kann eine Polymerlage gemustert werden, um eine Blindfaser zu bilden, kann eine Polymer-Schutzschicht um die Blindfaser aufgebracht werden und kann dann die Blindfaser entfernt werden, was eine spiralförmige Nut in der Polymer-Schutzschicht zurücklässt. Eine Polymer-Schutzschicht kann auch auf das Substrat aufgebracht werden. Auf diese Weise kann ein kompaktes, gut geschütztes, optisches Filtermodul hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bei den beigefügten Zeichnungen gilt:
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, zum Herstellen eines optischen Filters;
2A ist eine Draufsicht auf den Faserhalter in 1;
2B ist eine Schnittansicht des Faserhalters und der Lichtleitfaser in 1;
3A ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine bevorzugte Konfiguration der spiralförmigen Nut und der Lichtleitfaser in 1 zeigt;
3B ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine weitere bevorzugte Konfiguration der spiralförmigen Nut und der Lichtleitfaser in 1 zeigt;
4 ist eine Draufsicht der Phasenmaske in 1;
5A ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Phasenmaske in 4 zeigt;
5B ist eine Schnittansicht durch die in 5A gezeigten Pits;
6 ist eine Vergrößerung der 5A, die Dimensionen der Lichtleitfaser und der Pits darstellt;
7A ist eine Draufsicht eines Teils einer Phasenmaske mit einem gechirpten spiralförmigen Gitter;
7B ist eine Schnittansicht des gechirpten spiralförmigen Gitters in 7A;
8 ist eine perspektivische Ansicht, die das erfundene Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters darstellt;
9 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, zum Herstellen eines apodisierten optischen Filters;
10 ist eine Draufsicht auf den Faserhalter in 9;
11 ist eine Kurve, die die Wiederholungsrate von Impulsen in der Vorrichtung in 9 darstellt;
12 ist eine Kurve, die die Apodisierungskurve eines mit der Vorrichtung in 9 hergestellten optischen Filters darstellt;
13 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, zum Herstellen eines apodisierten optischen Filters;
14 ist eine Kurve, die die Drehzahl der Drehbühne in der Vorrichtung in 13 darstellt;
15A ist eine Draufsicht auf eine Abdeckung, die zum Packen des erfundenen optischen Filters nützlich ist;
15B ist eine Schnittansicht der Abdeckung in 15A;
16 ist eine Schnittansicht, die die Verpackung des optischen Filters unter Verwendung der Abdeckung in 15A darstellt;
17A ist eine Draufsicht auf eine weitere Abdeckung, die zum Verpacken des erfundenen optischen Filters nützlich ist;
17B ist eine Schnittansicht der Abdeckung in 17A;
18 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Verfahren zum Bilden einer Abdeckung für das erfundene optische Filter darstellt;
19A, 20A, 21A, 22A und 23A sind perspektivische Ansichten, die Schritte bei einem neuen Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters darstellen;
19B, 20B, 21B, 22B und 23B sind Schnittansichten der Schritte in den 19A, 20A, 21A, 22A und 23A;
24A, 25A, 26A, 27A, 28A, 29A und 30A sind perspektivische Ansichten, die Schritte bei einem weiteren neuen Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters darstellen;
24B, 25B, 26B, 27B, 28B, 29B und 30B sind Schnittansichten der Schritte in den 24A, 25A, 26A, 27A, 28A, 29A und 30A;
31A ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine bevorzugte Form der Blindfaser in 27B darstellt;
31B ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine nicht bevorzugte Form der Blindfaser in 27B darstellt;
32A, 33A, 34A, 35A, 36A, 37A, 38A und 39A sind perspektivische Ansichten sind, die Schritte bei einem weiteren neuen Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters darstellen;
32B, 33B, 34B, 35B, 36B, 37B, 38B und 39B sind Schnittansichten der Schritte in den 32A, 33A, 34A, 35A, 36A, 37A, 38A und 39A;
40A ist eine Draufsicht, die eine Variation des erfundenen Faserhalters zeigt; und
40B ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Filtermoduls, das den Faserhalter in 40A verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten illustrativen Zeichnungen beschrieben werden. Gleiche Elemente bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen werden ohne wiederholte Beschreibungen durch dieselben Bezugszeichen indiziert werden.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfundenen Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Filters. Die Hauptkomponenten sind ein Faserhalter 10, eine Phasenmaske 12, eine Drehbühne 14, ein optisches System 16 und eine Scansteuereinheit 18. Eine lichtempfindliche Lichtleiterfaser 20 ist in einer spiral förmigen Nut 22 auf der oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 angeordnet. Der Faserhalter 10 ist auf der Drehbühne 14 angeordnet und die Phasenmaske 12 ist oberhalb des Faserhalters 10 befestigt. Das optische System 16 erzeugt einen Ultraviolettlichtstrahl, der die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 durch die Phasenmaske 12 belichtet. Die Scansteuereinheit 18 steuert das optische System 16 so, dass dann, wenn sich die Drehbühne 14 dreht, der Ultraviolettstrahl die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 scannt.
Die obere Oberfläche 10a des Faserhalters 10 ist flach. Obwohl die Zeichnung einen Raum zwischen dem Faserhalter 10 und der Phasenmaske 12 zeigt, kann die Phasenmaske 12 in Kontakt mit der oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 angeordnet sein, wie es später beschrieben wird. In jedem Fall ist die Phasenmaske 12 an dem Faserhalter 10 so befestigt, dass die untere Oberfläche 12a der Phasenmaske 12 parallel zur oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 ist.
Die Phasenmaske 12 ist als flache Platte aus einem Material, wie beispielsweise Quarzglas, gebildet, das im Wesentlichen transparent gegenüber Ultraviolettlicht ist. Die untere Oberfläche 12a der Phasenmaske 12 hat ein spiralförmiges Beugungsgitter mit Pits, die das durch das optische System 16 erzeugte Ultraviolettlicht beugen.
Die Drehachse 24 der Drehbühne 14 ist senkrecht zur oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10. Die Drehbühne 14 weist einen Drehtisch 26 auf, auf welchem der Faserhalter 10 ruht, und eine Wellensteuereinheit 28, die den Drehtisch 26 um die Achse 24 dreht. Die Wellensteuereinheit 28 weist beispielsweise einen Motor und eine zugehörige Antriebsschaltung (nicht zu sehen) auf.
Wo die Drehachse 24 durch die obere Oberfläche 26a des Drehtischs 26 verläuft, hat der Drehtisch 26 vorzugsweise eine vorstehende Nabe 26b mit beispielsweise einer zylindrischen Form, die in Eingriff mit einem gleich geformten Loch in der unteren Oberfläche des Faserhalters 10 ist, um sicherzustellen, dass der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 an der Achse 24 richtig zentriert sind. Wenn die Wellensteuereinheit 28 den Drehtisch 26 dreht, drehen sich auch der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 um die Achse 24.
Das optische System 16 hat eine Laserlichtquelle 30, einen optischen Dämpfer 32 und eine bewegbare Einheit 33 mit einem Spiegel 34 und einer zylindrischen Linse 36. Die Laserlichtquelle 30 emittiert einen Ultraviolettlichtstrahl, der durch den optischen Dämpfer 32 läuft, über einen rechten Winkel durch den Spiegel 34 reflektiert wird, durch die zylindrische Linse 36 läuft und die Phasenmaske 12 belichtet. Ein Excimer-Laser aus Krypton-Fluorid (KrF) von dem Typ, der von Lambda Physik GmbH aus Göttingen, Deutschland, hergestellt wird, und der Ultraviolettlichtimpulse mit einer Wellenlänge von zweihundertachtundvierzig Nanometern (248 nm) emittiert, ist als die Laserlichtquelle 30 geeignet. Die Intensität des Ultraviolettstrahls, der durch die Laserlichtquelle 30 emittiert wird, wird durch den optischen Dämpfer 32 auf einen geeigneten Pegel eingestellt. Der Strahldurchmesser wird durch die zylindrische Linse 36 eingestellt. Der Ultraviolettstrahl 38, der aus dem optischen System 16 austritt, ist parallel zur Drehachse 24 der Drehbühne 14 ausgerichtet.
Die Scansteuereinheit 18 bewegt die bewegbare Einheit 33 mit dem Spiegel 34 und der zylindrischen Linse 36 in der Richtung eines Pfeils 40 parallel zur Ausbreitungsrichtung des durch die Laserlichtquelle 30 emittierten Ultraviolettlichts. Der Ultraviolettstrahl 38, der aus dem optischen System 16 austritt, wird dadurch in radialer Richtung über die Oberfläche der Phasenmaske 12 gescannt. Das Scannen wird mit der Drehung der Drehbühne 14 durch eine Hauptsteuereinheit (nicht zu sehen) synchronisiert, die sowohl die Scansteuereinheit 18 als auch die Wellensteuereinheit 28 steuert. Eine Beugung des Ultraviolettstrahls 38 durch die Phasenmaske 12 erzeugt einen gebeugten Strahl 42, der dem spiralförmigen Pfad der lichtempfindlichen Lichtleiterfaser 20 auf dem Faserhalter 10 folgt. Dieser gebeugte Strahl 42 erzeugt ein Bragg-Gitter im Kern der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20.
2A zeigt eine Draufsicht auf die obere Oberfläche 10a des Faserhalters 10. 2B zeigt eine Schnittansicht durch die Linie I-I in 2A. Diese Zeichnungen zeigen auch die lichtempfindliche Lichtleiterfaser 20.
Der Faserhalter 10 ist beispielsweise eine kreisförmige Scheibe, die aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium oder rostfreiem Stahl, gebildet ist, oder aus verschiedenen nichtmetallischen Materialien, die bei einem späteren Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung ist der Durchmesser des Faserhalters 10 fünf Inches (etwa 127 nm). Die spiralförmige Nut 22 ist eine einzige kontinuierliche Nut, die die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 so hält, dass die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 auch einem spiralförmigen Pfad folgt. Die obere Oberfläche 10a des Faserhalters 10 einschließlich der inneren Oberfläche der spiralförmigen Nut 22 ist beschichtet, um eine Reflexion von Ultraviolettlicht zu unterdrücken, so dass reflektiertes Ultraviolettlicht das durch den gebeugten Strahl 42 gebildete Bragg-Gitter nicht stört.
Der Klarheit halber ist die spiralförmige Nut 22 in den 2A und 2B einem weit beabstandeten spiralförmigen Pfad folgend gezeigt, der sich von einer Stelle nahe dem Umfang des Faserhalters 10 bis zu einer Stelle nahe dem Zentrum ausdehnt. Der Einfachheit halber wird angenommen werden, dass der gesamte spiralförmige Pfad durch das optische System 16 gescannt wird. In der Praxis muss das optische System nicht den gesamten spiralförmigen Pfad scannen und der gescannte Teil des spiralförmigen Pfads kann enger bemaßt sein, so dass der Krümmungsradius der Spirale über dem gescannten Teil nicht stark variiert. Der gescannte Teil ist vorzugsweise nahe dem Außenrand des Faserhalters 10 angeordnet. Zusätzlich kann, obwohl die spiralförmige Nut 22 in 2B derart gezeigt ist, dass sie einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, der Querschnitt rechteckförmig sein oder irgendeine andere geeignete Form haben.
Die 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten eines Bereichs C in 2B, die zwei mögliche rechteckförmige Querschnitte der spiralförmigen Nut 22 zeigen. In beiden Zeichnungen ist die Weite W der spiralförmigen Nut 22 im Wesentlichen dieselbe wie der Durchmesser der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20.
In 3A ist die Tiefe D der spiralförmigen Nut 22 im Wesentlichen gleich der Hälfte des Durchmessers der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20. Zum Halten der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 sollte die spiralförmige Nut 22 wenigstens diese Tiefe haben. Die obere Hälfte der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 erstreckt sich über der Oberfläche 10a des Faserhalters 10, so dass dann, wenn dieser Typ von Nut verwendet wird, ein Abstandshalter zwischen dem Faserhalter 10 und der Phasenmaske 12 vorgesehen sein sollte, um eine Beschädigung an der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 zu verhindern.
In 3B ist die Tiefe D der spiralförmigen Nut 22 größer als der Durchmesser der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20. Dieser Typ von Nut lässt zu, dass die Phasenmaske 12 ohne ein Risiko einer Beschädigung an der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 in direktem Kontakt mit dem Faserhalter 10 angeordnet wird.
Angesichts der Kohärenzlänge des gebeugten Strahls 42 sollte die Entfernung von der unteren Oberfläche 12a der Phasenmaske 12 zum Kern der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 etwa sechzig Mikrometer (60 μm) sein. Wenn der Faserdurchmesser beispielsweise einhundertfünfundzwanzig Mikrometer (125 μm) ist, dann sollte die Weite W der spiralförmigen Nut 22 in dem Bereich von einhundertzwanzig bis einhundertdreißig Mikrometer (120 μm bis 130 μm) sein und sollte die Tiefe D in dem Bereich von etwa sechzig bis einhundertdreißig Mikrometer (60 μm bis 130 μm) sein.
4 zeigt eine Draufsicht auf die untere Oberfläche 12a der Phasenmaske 12. Die Phasenmaske 12 ist beispielsweise eine kreisförmige Scheibe mit demselben Durchmesser von fünf Inch wie der Faserhalter 10. Quarzglas ist ein geeignetes Material für die Phasenmaske 12, wie es oben angegeben ist, aber andere Materialien, die transparent gegenüber Ultraviolettlicht sind, wie beispielsweise Kalziumfluorid oder Magnesiumfluorid, können statt dessen verwendet werden.
Die Pits in der unteren Oberfläche 12a der Phasenmaske 12 bilden ein spiralförmiges Beugungsgitter 44, das mit der spiralförmigen Nut 22 auf der oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 ausrichtbar ist, wenn die Phasenmaske 12 auf dem Faserhalter 10 angeordnet wird. Das spiralförmige Beugungsgitter 44 windet sich um das Zentrum 46 der Phasenmaske 12. Die Pits treten bei periodischen Intervallen und bei nach und nach größer werdenden Abständen vom Zentrum 46 auf.
5A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs C in 4. 5B zeigt eine Schnittansicht entlang der Kurve J-J in 5A. Die in den 5A und 5B gezeigten Pits 48 haben die Form von nahezu rechteckförmigen Keilen, wobei innere und äußere Ränder dem Pfad entsprechen, dem das spiralförmige Beugungsgitter 44 folgt. Wenn Λ_a die Länge des inneren Randes und Λ_b die Länge des äußeren Randes von einem der Pits 48 ist, dann ist Λ_a etwas kürzer als Λ_b. Der Abstand zwischen benachbarten Pits 48 ist auch am äußeren Rand größer als am inneren Rand.
6 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Teil der in 5A gezeigten Phasenmaske 12 der im Faserhalter 10 gehaltenen lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 überlagert, wobei das Zentrum der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 mit der Kurve J-J in 5A übereinstimmt. Diese Zeichnung zeigt die relativen Positionen des spiralförmigen Beugungsgitters 44 und der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20, wenn der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 richtig ausgerichtet sind. Die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 weist einen Kern 20a und einen Mantel 20b auf, wobei in beiden von ihnen die Hauptbestandteile Siliziumdioxid (SiO₂) und Germaniumdioxid (GeO₂) sind. Das Verhältnis von diesen Komponenten ist so eingestellt, dass der Kern 20a einen höheren Brechungsindex als der Mantel 20b hat. Der Durchmesser W₁ des Kerns 20a beträgt zehn Mikrometer (10 μm). Der Durchmesser W₂ der gesamten Faser einschließlich des Kerns 20a und des Mantels 20b liegt im Bereich von etwa einhundertzehn bis einhundertdreißig Mikrometer (110 μm bis 130 μm).
Die Differenz zwischen der Länge eines Pits 48, wie sie entlang dem äußeren Rand des Kerns 20a gemessen wird (Λ₁), und der Länge, wie sie entlang dem inneren Rand des Kerns 20a gemessen wird (Λ₂), ist durch das Verhältnis des Kerndurchmessers zum Krümmungsradius der Spirale gegeben. Wenn die spiralförmige Nut 22 auf einen Bereich nahe dem Umfang des Faserhalters 10 begrenzt ist und das spiralförmige Beugungsgitter 44 gleichermaßen nahe dem Umfang der Phasenmaske 12 angeordnet ist, wobei der Krümmungsradius der Spirale nahe zweieinhalb Inch (etwa 64 mm) ist, dann ist die Differenz zwischen Λ₁ und Λ₂ nur etwa 0,015%. Diese Differenz ist zu gering, um einen signifikanten Effekt auf das im Faserkern erzeugte Bragg-Gitter zu haben. Abgesehen von seiner größeren Gesamtlänge ist ein durch die erfundene Phasenmaske 12 erzeugte Bragg-Gitter im Wesentlichen nicht unterscheidbar von einem durch eine herkömmliche Phasenmaske erzeugten Bragg-Gitter.
Die Phasenmaske 12 kann durch dasselbe Verfahren hergestellt werden, wie es zum Herstellen einer herkömmlichen Phasenmaske verwendet wird. Das Verfahren ist kurz so, wie es folgt. Zuerst wird ein dünner Film aus Chrom beispielsweise durch Sputtern oder eine Vakuumverdampfung auf einer Quarzglasscheibe abgelagert. Als Nächstes wird der Chromfilm durch eine Elektronenstrahl-Photolithographie gemustert. Die Quarzglasscheibe wird mit dem übrigen Chromfilm als Maske geätzt, um die Pits 48 zu bilden. Beispielsweise kann ein reaktiver Ionenätzprozess verwendet werden. Die Pits 48 werden in den Teilen der Scheibe gebildet, die nicht durch den Chromfilm bedeckt sind. Schließlich wird der übrige Chromfilm entfernt, um die Phasenmaske 12 fertig zu stellen. Dieser Herstellungsprozess kann mit einem wohlbekannten Gerät von dem Typ ausgeführt werden, der zum Herstellen von integrierten Schaltungen auf Siliziumwafern von fünf Inch verwendet wird.
Ein gechirptes Gitter kann durch Ändern des Abstandes zwischen den Pits 48 gebildet werden. Gechirpte Gitter können das Reflexionsband des optischen Filters ausweitern. 7A zeigt eine Draufsicht auf einen Teil einer Phasenmaske 12 mit einem gechirpten spiralförmigen Beugungsgitter 44a. 7B ist eine Schnittansicht entlang der Kurve K-K in 7A.
Der Teil des gechirpten Gitters 44a, der in den 7A und 7B gezeigt ist, wird in drei Zonen 50a, 50b und 50c unterteilt. Die Beabstandung bzw. der Abstand der Pits 48 ist Λ₁ in der ersten Zone 50a, Λ₂ in der zweiten Zone 50b und Λ₃ in der dritten Zone 50c, wobei Λ₁ < Λ₂ < Λ₃ gilt. Der Gitterabstand erhöht sich somit entlang der Länge des Gitters in Stufen. Es können auch gechirpte Gitter hergestellt werden, bei welchen sich der Gitterabstand kontinuierlich ändert.
Die oben beschriebene Vorrichtung wird wie folgt zum Herstellen eines optischen Filters verwendet.
Eine geeignete lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 ist die Faser SMF28, die von Corning, Incorporated aus Corning, New York, hergestellt wird. Der Kern und der Mantel dieser Faser sind in einer Schutzhülle eingehüllt. Der erste Schritt besteht im Entfernen der Schutzhülle beispielsweise durch Verwenden eines Werkzeugs, das Faserabstreifer genannt wird, oder durch Tauchen der Faser in Dichloroethan.
Die abgestreifte lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 wird in der spiralförmigen Nut 22 auf der oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 angeordnet, so dass die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 in derselben spiralförmigen Anordnung wie die spiralförmige Nut 22 gehalten wird, und der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 werden wechselseitig ausgerichtet. Der Ausrichtungsprozess kann durch Anordnen des Faserhalters 10 und der Phasenmaske 12 auf separaten Bühnen ausgeführt werden, von welchen die relativen Positionen an drei orthogonalen Achsen und einer Drehachse einstellbar sind, und durch Verwenden eines Mikroskops, um die Pits 48 und die Faser 20 durch die Phasenmaske 12 zu beobachten. Wenn der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 in richtiger wechselseitiger Ausrichtung sind, werden sie in dieser Ausrichtung beispielsweise mittels Klemmen oder Clips befestigt, oder durch Evakuieren des dazwischen liegenden Raums mit einer Unterdruckspannvorrichtung. Ein Abstandshalter kann zwischen dem Faserhalter 10 und der Phasenmaske 12 angeordnet werden, um die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 zu schützen, wie es oben angegeben ist.
Der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 werden dann als einzige Einheit auf dem Drehtisch 26 in der Drehbühne 14 angeordnet. Die Scansteuereinheit 18 und die Wellensteuereinheit 28 bewegen die bewegbare Einheit 33 und den Drehtisch 26 zu einer Anfangsposition, von welcher aus das Scannen zu beginnen ist. Nachdem diese Anfangsposition eingerichtet worden ist und die Laserlichtquelle 30 mit Energie versorgt worden ist, treibt die Wellensteuereinheit 28 den Drehtisch 26 mit einer konstanten Drehzahl an, was den Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 in der Richtung eines Pfeils 52 in 8 dreht, und bewegt die Scansteuereinheit 18 die bewegbare Einheit 33 mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit in der Richtung eines Pfeils 40 in 8. Diese Bewegungen sind so synchronisiert, dass der Ultraviolettstrahl 38 dem spiralförmigen Muster der Pits 48 in der unteren Oberfläche 12a der Phasenmaske 12 folgt und der gebeugte Strahl 42 dem Pfad der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 in der Richtung vom äußeren Ende 54 in Richtung zum inneren Ende 56 der Spirale folgt.
Die Drehzahl ist ausreichend niedrig in Bezug auf die Wiederholungsrate der durch die Laserlichtquelle 30 emittierten Impulse, so dass alle Stellen auf dem Pfad, dem durch den Ultraviolettstrahl 38 gefolgt wird, im Wesentlichen gleiche Mengen an Lichtenergie empfangen. Die Pits 48 erzeugen ein regelmäßiges Beugungsmuster mit abwechselnden Bereichen von hoher und niedriger Lichtintensität. Die Menge an Lichtenergie, die durch den gebeugten Strahl 42 zu der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 geliefert wird, ändert sich daher auf eine regelmäßige, periodische Weise entlang der Länge der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20.
Eine Belichtung mit Ultraviolettlicht ändert den Brechungsindex des Kerns 20a der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20, so dass das durch die Pits 48 erzeugte Beugungsmuster als periodisches Brechungsindexmodulationsmuster in dem Faserkern eingeprägt wird. Ein Bragg-Gitter innerhalb der Faser wird dadurch in der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 erzeugt, was die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 in ein optisches Filter umwandelt. Zum Erleichtern einer Verwendung des optischen Filters als Systemkomponente werden standardmäßige Lichtleitfaser-Anschlussstücke an die Enden der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 angebracht. Alternativ wird ein Lichtleitfaser-Anschlussstück an ein Ende der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 angebracht und wird ein Faser-Abschlussstück an das andere Ende angebracht, um eine Reflexion von Licht zu unterdrücken, das durch das optische Filter transmittiert wird.
Der Umfang eines Faserhalters 10 von fünf Inch ist nahezu vierzig Zentimeter (40 cm). Wenn die spiralförmige Nut 22 nahe dem Umfang des Faserhalters 10 angeordnet ist, muss die Spirale nur etwa drei Wicklungen um das Zentrum des Faserhalters 10 durchführen, um ein Bragg-Gitter innerhalb der Faser mit einer Länge von einem Meter (1 m) zu erzeugen. Der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 können entwickelt sein, um die Herstellung von Bragg-Gittern innerhalb der Faser mit beliebigen Längen bis zu wenigstens vier Metern (4 m) zu ermöglichen.
Zusätzlich zu einem Erzeugen von längeren Bragg-Gittern in der Faser als sie mit herkömmlichen Schritt-und-Wiederholung-Verfahren ausführbar sind, ist die vorliegende Erfindung dem herkömmlichen Verfahren bezüglich der Einheitlichkeit und Reproduzierbarkeit von ihren Ergebnissen überlegen, weil das gesamte Gitter in einem einzigen kontinuierlichen Prozess erzeugt wird. Diese Vorteile verbessern eine Ausbeute bei der Herstellung und reduzieren daher die Herstellungskosten.
9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfundenen Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Filters. Neben den Elementen, die bereits beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, hat das zweite Ausführungsbeispiel ein apodisierendes System bzw. Apodizing-System mit einem Frequenzmodulator 70, der die Wiederholungsrate von Impulsen von Ultraviolettlicht steuert, das durch die Laserlichtquelle 30 erzeugt wird, und eine Hauptsteuereinheit 72, die die Scansteuereinheit 18, die Wellensteuereinheit 28 und den Frequenzmodulator 70 steuert. Die Energie von jedem Ultraviolettimpuls ist im Wesentlichen unabhängig von der Wiederholungsrate, so dass der Frequenzmodulator 70 durch Ändern der Wiederholungsrate die Menge an Energie ändern kann, die zu unterschiedlichen Teilen des Faserkerns geliefert wird.
Der Frequenzmodulator 70 steuert die Wiederholungsrate von Impulsen gemäß Positionsinformation, die durch die Hauptsteuereinheit 72 zur Verfügung gestellt wird. Der Faserhalter 10 wird in drei im Wesentlichen konzentrische Zonen unterteilt, wie es durch die gestrichelte Linie in 10 angezeigt ist. In der ersten Zone 58a wird die Wiederholungsrate beginnend ab dem äußeren Ende 54 der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 nach und nach erhöht. In der zweiten Zone 58b wird die Wiederholungsrate konstant gehalten. In der dritten Zone 58c wird die Wiederho lungsrate in Richtung zu dem inneren Ende 56 der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 nach unten erniedrigt.
Die Hauptsteuereinheit 72 und der Frequenzmodulator 70 können die Wiederholungsrate gemäß einer Scanzeit steuern, wie es in 11 gezeigt ist. Die Wiederholungsrate von Impulsen ist über der vertikalen Achse gezeigt und die Scanzeit über der horizontalen Achse. Wie es durch die Kurve (a) angezeigt ist, wird die Wiederholungsrate ab einer Startzeit t₀ bis zu einer Zeit t₁ entsprechend der ersten Zone 58a in 10 größer; wird sie von der Zeit t₁ bis zu der Zeit t₂ entsprechend der zweiten Zone 58b in 10 im Wesentlichen konstant gehalten; und wird sie dann von der Zeit t₂ bis zu der Zeit t₃ entsprechend der dritten Zone 58c kleiner.
Die Hauptsteuereinheit 72 und der Frequenzmodulator 70 können auch die Wiederholungsrate von Impulsen steuern, um das langsame Erniedrigen der Scangeschwindigkeit des Strahls vom äußeren Ende 58 zum inneren Ende 56 der Spirale zu korrigieren, was aufgrund der Kombination einer konstanten Drehzahl mit dem kleiner werdenden Krümmungsradius der Spirale so ist. Beispielsweise kann die Wiederholungsrate von Impulsen von der Zeit t₁ bis zu der Zeit t₂ nach und nach erniedrigt werden, anstelle davon, dass sie konstant gehalten wird.
Das Ergebnis von dieser Wiederholungsratensteuerung besteht darin, dass die Ultraviolettlichtmenge, die durch den Faserkern empfangen wird, sich nahe den Enden 54 und 56 der Faser nach und nach verkleinert bzw. verringert bzw. verjüngt. Das Ausmaß an Modulation des Brechungsindex der Faser wird somit apodisiert, wie es in 12 gezeigt ist. Eine Position entlang der Länge der Faser ist über der horizontalen Achse angezeigt. Positionen a und b entsprechen den zwei Enden des Bragg-Gitters in der Faser, während die Zonen c, d und e den Zonen 58a, 58b und 58c am Faserhalter 10 entsprechen. Das Ausmaß an Modulation des Brechungsindex ist über der vertikalen Achse angezeigt. Wie es durch eine Kurve f gezeigt ist, wird das Ausmaß an Modulation in der Zone c größer, bleibt in der Zone d konstant und wird in der Zone e kleiner.
Apodisierte Bragg-Gitter in der Faser können eine überlegene Leistungsfähigkeit in Bezug auf eine Nebenzipfeldämpfung, eine Randschärte des Reflexionsbandes und eine Ebenheit bzw. einen Frequenzgang an der obersten Stelle des Reflexionsbandes zur Verfügung stellen. Erwünschte Filtercharakteristiken bzw. -eigenschaften können durch Steuern der Wiederholungsrate von Impulsen erhalten werden, um ein geeignetes Apodisierungsprofil zu erhalten.
Als Variation des zweiten Ausführungsbeispiels kann anstelle eines Steuerns der Wiederholungsrate von Impulsen ein variabler optischer Dämpfer 32 verwendet werden und kann die zum Faserkern gelieferte Ultraviolettlichtmenge durch Steuern des Dämpfungsfaktors gesteuert werden.
13 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfundenen Vorrichtung. Das dritte Ausführungsbeispiel hat die bereits beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Elemente, eine Hauptsteuereinheit 72, die allgemein gleich der beim zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Hauptsteuereinheit 72 ist, und eine Geschwindigkeitssteuereinheit 74, die die Wellensteuereinheit 28 in der Drehbühne 14 gemäß einer von der Hauptsteuereinheit 72 zur Verfügung gestellten Positionsinformation steuert. Die Wiederholungsrate von Impulsen der Laserlichtquelle 30 bleibt konstant.
Die Hauptsteuereinheit 72 und die Geschwindigkeitssteuereinheit 74 beim dritten Ausführungsbeispiel bilden ein Apodisierungssystem, das die zum Kern der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 gelieferte Ultraviolettlichtmenge durch Steuern der Drehzahl der Drehbühne 14 steuert, wie es in 14 gezeigt ist. Die horizontale Achse in 14 zeigt eine Scanzeit an. Die vertikale Achse zeigt eine Drehzahl an. Von der Zeit t₀ bis zu der Zeit t₁ wird die Drehzahl nach und nach reduziert, um dadurch die durch die gescannten Teile der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 empfangene Ultraviolettlichtmenge zu erhöhen. Von der Zeit t₁ bis zu der Zeit t₂ bleibt die Drehzahl nahezu konstant, wird aber vorsichtig nach und nach erhöht, um den kleiner werdenden Krümmungsradius der Spirale zu kompensieren, so dass die durch die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 empfangene Ultraviolettlichtmenge konstant bleibt. Von der Zeit t₂ bis zu der Zeit t₃ wird die Drehzahl mit einer schnelleren Rate erhöht, so dass die durch die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 empfangene Ultraviolettlichtmenge nach und nach erniedrigt wird.
Die Zeit von t₀ bis zu t₁ entspricht der in 10 gezeigten ersten Scan-Zone 58a, die Zeit von t₁ bis zu der Zeit t₂ entspricht der zweiten Zone 58b, und die Zeit von t₂ bis t₃ entspricht der dritten Zone 58c. Die Hauptsteuereinheit 72 und die Scansteuereinheit 18 verändern die Rate einer Bewegung der bewegbaren Einheit 33, so dass die Scanrate mit der Drehzahl der Drehbühne 14 synchronisiert bleibt und der Ultraviolettstrahl 38 den spiralförmigen Pfad der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 richtig verfolgt.
Das dritte Ausführungsbeispiel hat denselben Effekt wie das zweite Ausführungsbeispiel und erzeugt ein apodisiertes optisches Filter mit einem beliebigen Indexmodulationsprofil. Erwünschte Filtercharakteristiken können auf einfache Weise durch geeignetes Steuern der Drehzahl der Drehbühne 14 erhalten werden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschäftigt sich mit dem Packen bzw. Verpacken eines optischen Filters, das durch das erste, das zweite oder das dritte Ausführungsbeispiel hergestellt worden ist. Das vierte Ausführungsbeispiel stellt eine zweiteilige Packung zur Verfügung, wobei der Faserhalter 10 als der untere Teil verwendet wird und eine separate Abdeckung als der obere Teil hinzugefügt wird.
15A zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckung 60, wenn sie von unten angeschaut wird. 15B zeigt eine Schnittansicht durch die Linie L-L in 15A.
Die Abdeckung 60 ist beispielsweise eine kreisförmige Scheibe mit demselben Durchmesser wie der Faserhalter 10. Die untere Oberfläche 60a der Abdeckung 60 hat eine spiralförmige Nut 62, die ein Spiegelbild der spiralförmigen Nut 22 in der oberen Oberfläche 10a des Faserhalters 10 ist. Nachdem das Bragg-Gitter in der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 gebildet worden ist, werden der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 von der Drehbühne 14 entfernt, wird die Phasenmaske 12 von dem Faserhalter 10 entfernt und wird die Abdeckung 60 auf dem Faserhalter 10 angeordnet, wodurch die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 eingehüllt wird, wie es in 16 gezeigt ist. Die Abdeckung 60 wird an dem Faserhalter 10 beispielsweise durch Muttern und Bolzen (nicht zu sehen) oder durch einen Epoxidklebstoff befestigt.
Wenn ein Epoxidklebstoff zum Befestigen der Abdeckung 60 an dem Faserhalter 10 verwendet wird, hat der Faserhalter 10 vorzugsweise einen Kanal zum Sammeln von zusätzlichem Klebstoff. Gemäß 17A ist dieser Kanal 64 ein kreisförmiger Kanal, der nahe dem Außenumfang des Faserhalters 10 angeordnet ist. 17B zeigt eine Schnittansicht durch die Linie M-M in 17A, welche Ansicht anzeigt, dass der Kanal 64 breiter und tiefer als die spiralförmige Nut 22 sein kann, die die Lichtleitfaser hält. Der Epoxidklebstoff wird auf geeignete Teile der paarwei se zusammengehörenden Oberflächen des Faserhalters 10 und der Abdeckung 60 innerhalb des Kanals 64 aufgetragen. Wenn der Faserhalter 10 und die Abdeckung 60 aneinander befestigt werden, kann etwas von dem Klebstoff in den Kanal 64 gedrückt werden, aber dieser Klebstoff sammelt sich in dem Kanal 64 und wird von zwischen dem Faserhalter 10 und der Abdeckung 60 nicht nach außen an die Ränder des Faserhalters 10 und der Abdeckung 60 gedrückt. Dies vereinfacht den Packungs-Zusammenbauprozess.
Der Faserhalter 10 und die Abdeckung 60 beim vierten Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt, das aus Aluminiumoxid oder Alumina (Al₂O₃), Titanoxid (TiO₂), Aluminiumnitrid (AlN) und Bornitrid (BN) ausgewählt ist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 liegt zwischen 5 × 10^–7/°C und 1 × 10^–6/°C. Die obigen Materialien haben thermische Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 1 × 10^–7/°C bis 1 × 10^–6/°C. Wenn die Lichtleitfaser in einer Packung eingehüllt ist, die diese Materialien aufweist, wird deshalb, weil die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Faser und ihrer Packung nahezu gleich sind, die Faser durch eine thermische Ausdehnung oder ein Zusammenziehen der Packung nicht ernsthaft deformiert werden.
Etwa gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten sind auch während der Bildung des Bragg-Gitters innerhalb der Faser ein Vorteil, welcher veranlasst, dass die Dimensionen der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 und des Faserhalters 10 auf gleiche Weise auf ein Erhitzen durch den Ultraviolettstrahl 38 reagieren.
Zum Vergleich ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa 20 × 10^–6/°C und ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von rostfreiem Stahl (SUS304) etwa 18 × 10^–6/°C, was stark unterschiedlich von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 ist.
Es muss nicht gesagt werden, dass ein externer Zugriff auf die Enden der Lichtleitfaser 20 vorgesehen sein sollte, so dass das gepackte optische Filter als optisches Filtermodul verwendet werden kann, ohne die Packung zu öffnen. Wenn Lichtleitfaser-Anschlussstücke oder ein Lichtleitfaser-Anschlussstück und ein Faser-Abschlussstück an die zwei Enden der Lichtleitfaser 20 angeschlossen sind, können sie durch Öffnungen und vergrößerte Nuten, die in der Abdeckung 60 vorgesehen sind, untergebracht werden. Der Einfachheit halber sind diese Öffnungen oder vergrößerte Nuten in den Zeichnungen nicht gezeigt.
Das vierte Ausführungsbeispiel stellt eine Packung zur Verfügung, die einfach zusammenzubauen ist und kein Handhaben der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 während des Packungsprozesses erfordert. Die Packung ist mechanisch robust und schützt die Lichtleitfaser vor einem Unfallschaden von einer Vielzahl von externen Effekten. Diese Merkmale führen zu reduzierten Packungsarbeitskosten und erhöhten Herstellungsausbeuten.
Als Nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben werden, das auch zu dem Packen des hergestellten optischen Filters gehört.
Nimmt man Bezug auf 18, wird der Faserhalter 10 beim fünften Ausführungsbeispiel, nach der Bildung des Bragg-Gitters innerhalb der Faser und einer Entfernung der Phasenmaske 12, mit einer Schutzschicht 66 aus beispielsweise einem der oben angegebenen Materialien bzw. Werkstoffen bedeckt: Aluminiumoxid, Titaniumoxid, Aluminiumnitrid oder Bornitrid. Die Schutzschicht 66 wird auf den Faserhalter 10 als Metall-Alkoxid-Lösung durch einen standardmäßigen Dickfilm-Bildungsprozess aufgetragen, wie beispielsweise einen Filmdruck, einen Abstreichmesserdruck, einen Tauchüberzug, einen Schleuderüberzug oder einen Sprühüberzug. Die Schutzschicht 66 wird dann durch eine Wärmebehandlung getrocknet. Es können moderate Wärmebehandlungsbedingungen verwendet werden, wie beispielsweise eine Temperatur von 40°C bis 80°C für eine Dauer von zwei Stunden.
Eine Schutzschicht 66 aus einem der Werkstoffe, die oben angegeben sind, kann auch durch einen Ablagerungs- bzw. Abscheidungsprozess gebildet werden, wie beispielsweise eine Vakuumverdampfung oder ein Sputtern.
Einen Zugriff zu den Enden der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 wird durch Öffnungen in dem Faserhalter 10 oder der Schutzschicht 66 zur Verfügung gestellt (diese Öffnungen sind in der Zeichnung weggelassen). Lichtleitfaser-Anschlussstücke oder ein Faser-Anschlussstück und ein Faser-Abschlussstück sind vorzugsweise an den Enden der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 angebracht, um ein gepacktes optisches Filtermodul zu erzeugen, wie beim vierten Ausführungsbeispiel.
Die Schutzschicht 66 sollte dick genug sein, um die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 vollständig zu bedecken, muss aber nicht so dick wie die separate Abdeckung sein, die beim vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Das beim fünften Ausführungsbeispiel erzeugte optische Filtermodul hat demgemäß den Vorteil einer dünnen, kompakten Form.
Gleich dem vierten Ausführungsbeispiel stellt das fünfte Ausführungsbeispiel eine Packung zur Verfügung, die auf einfache Weise ohne die Notwendigkeit gebildet werden kann, die Faser zu behandeln. Das fünfte Ausführungsbeispiel verkürzt darüber hinaus die gesamte Herstellungszeit, weil die Schutzschicht 66 bereits am Faserhalter 10 angebracht ist. Darüber hinaus stellt die Schutzschicht 66 durch sicheres Halten der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 in der spiralförmigen Nut 22 einen sogar noch vollständigeren Schutz als beim vierten Ausführungsbeispiel vor externen Effekten zur Verfügung, einschließlich eines Schutzes vor einer Vibration, was das gepackte optische Filter äußerst einfach transportieren, lagern und installieren lässt. Die Schutzschicht 66 hilft auch zum Reduzieren von Änderungen während eines Alterns und zum Stabilisieren der optischen Eigenschaften des optischen Filters.
Als Nächstes wird ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Das sechste Ausführungsbeispiel bildet den Faserhalter 10 durch photolithographisches Mustern einer ultravioletthärtbaren Polymerlage auf einem Keramiksubstrat und packt das optische Filter durch Anwenden einer weiteren ultravioletthärtbaren Polymerlage nach einer Bildung des Bragg-Gitters innerhalb der Faser.
19A ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt bei der Herstellung des optischen Filters darstellt. 19B ist eine Schnittansicht durch die Linie N-N in 19A. Die 20A bis 23A zeigen gleiche perspektivische Ansichten von aufeinander folgenden Herstellungsschritten und die 20B bis 23B zeigen entsprechende Schnittansichten.
Die 19A und 19B zeigen ein Keramiksubstrat 80, das durch eine ultravioletthärtbare Polymerlage 82 bedeckt ist, die beispielsweise den negativen Trockenfilm-Photoresist NEF-150, hergestellt von Nippon Synthetic Chemical Industry Company aus Osaka, Japan hergestellt ist. Die Polymerlage 82 kann an das Substrat 80 durch Verwenden einer standardmäßigen Laminierungseinrichtung angebracht werden. NEF-150 hat eine Dicke von fünfzig Mikrometern (50 μm), aber zwei oder drei Lagen können laminiert werden, um eine ultravioletthärtbare Polymerlage 82 mit einer Gesamtdicke von einhundert oder einhundertfünfzig Mikrometern (100 μm oder 150 μm) zu erzeugen.
Die Gesamtdicke der ultravioletthärtbaren Polymerlage 82 wird die Tiefe der spiralförmigen Nut 22, die als Nächstes gebildet werden wird. Wenn es nötig ist, kann die Gesamtdicke von einhundertfünfundzwanzig Mikrometern (125 μm) durch eine kombinierte Verwendung des Trockenfilm-Photoresists NEF-125 vom selben Hersteller erhalten werden, welcher eine Dicke von fünfundzwanzig Mikrometern (25 μm) hat.
Nimmt man Bezug auf die 20A und 20B wird die ultravioletthärtbare Polymerlage 82 durch Belichten mit Ultraviolettlicht durch eine Maske (nicht zu sehen) ausgehärtet, die eine Belichtung eines spiralförmigen Teils 84 bei der erwünschten Stelle der spiralförmigen Nut 22 verhindert. Geeignete Belichtungsbedingungen sind im Bereich von einhundert bis sechshundert Millijoule pro Quadratzentimeter (100 mJ/cm² bis 600 mJ/cm²). Die Polymerlage 82 wird dann in beispielsweise einer 0,5% wässrigen Lösung von Natriumcarbonat entwickelt, um den nicht gehärteten Teil 84 zu entfernen, was eine spiralförmige Nut 22 lässt, wie es in den 21A und 21B gezeigt ist. Dies beendet die Herstellung des Faserhalters 10.
Die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 wird nun in der spiralförmigen Nut 22 angeordnet, wie es in den 22A und 22B gezeigt ist, und ein Bragg-Gitter in der Faser wird durch den beim ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Prozess gebildet. Nach der Beendigung dieses Prozesses wird die Phasenmaske 12 entfernt und werden der Faserhalter 10 und die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 mit einer oberen Schutzschicht 86 bedeckt, wie es in den 23A und 23B gezeigt ist. Die obere Schutzschicht 86 weist beispielsweise das durch die JSR Company aus Tokio, Japan, unter dem Namen Desolite hergestellte ultravioletthärtbare Polymermaterial auf. Dieses Material wird auf die obere Oberfläche des Faserhalters 10 aufgebracht, was die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 bedeckt, und dann durch eine Belichtung mit Ultraviolettlicht gehärtet.
Als Endschritt (nicht dargestellt) werden Lichtleitfaser-Anschlussstücke oder ein Faser-Anschlussstück und ein Faser-Abschlussstück an die Enden der lichtemp findlichen Lichtleitfaser 20 angebracht, um ein gepacktes optisches Filtermodul zu erzeugen.
Die Packung mit dem Substrat 80 und den zwei Polymerlagen 82 und 84 stellt dieselben Vorteile wie beim fünften Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine vereinfachte Herstellung, eine dünne, kompakte Form und einen exzellenten Schutz des Filters zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die spiralförmige Nut 22 mit extrem hoher dimensionsmäßiger Genauigkeit durch den in den 19A bis 21B gezeigten photolithographischen Prozess gebildet werden kann. Insbesondere ist die Nuttiefe äußerst einheitlich. Diese Genauigkeit und Einheitlichkeit führen zu der Bildung eines äußerst einheitlichen und genauen Bragg-Gitters in der Faser. Aufgrund seiner Genauigkeit und Reproduzierbarkeit verleiht sich der photolithographische Prozess auch selbst eine automatisierte Produktion in hohen Mengen.
Als Nächstes wird ein siebtes Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Das siebte Ausführungsbeispiel bildet den Faserhalter 10 durch Mustern einer ultravioletthärtbaren Polymerlage, um eine Blindfaser auf einem Keramiksubstrat zu bilden, durch Überziehen des Substrats mit einer Schicht aus Schutzmaterial, dann durch Entfernen der Blindfaser, was eine Nut lässt, um die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 aufzunehmen. Nach einer Bildung des Bragg-Gitters in der Faser wird eine weitere Schicht aus dem Schutzmaterial auf eine Packung des optischen Filters aufgebracht.
24A ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt bei der Herstellung des Faserhalters 10 darstellt. 24B ist eine Schnittansicht durch die Linie O-O in 24A. Die 25A bis 30A zeigen gleiche perspektivische Ansichten von aufeinander folgenden Herstellungsschritten und die 25B bis 30B zeigen entsprechende Schnittansichten.
Nimmt man Bezug auf die 24A und 24B wird ein Keramiksubstrat 80 durch eine ultravioletthärtbare Polymerlage 82 mit einer Dicke, die im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 ist, bedeckt. Beispielsweise kann ein laminierter Film mit einem Photoresist von NEF-125 und/oder NEF-150 verwendet werden.
Nimmt man Bezug auf die 25A und 25B, wird die ultravioletthärtbare Polymerlage 82 durch Belichtung mit Ultraviolettlicht durch eine Maske (nicht zu sehen) gehärtet, das nur einen spiralförmigen Teil 84 bei der erwünschten Stelle der spiralförmigen Nut 20 belichtet. Dieselben Belichtungsbedingungen wie beim sechsten Ausführungsbeispiel können verwendet werden (100 mJ/cm² bis 600 mJ/cm²).
Nimmt man Bezug auf die 26A und 26B, wird die Polymerlage 82 in beispielsweise einer 0,5% wässrigen Lösung auf Natriumcarbonat entwickelt, was den nicht gehärteten Teil entfernt und eine Blindfaser 88 zurücklässt.
Nimmt man Bezug auf die 27A und 27B, wird das Substrat 80 nun mit einer Schicht aus Schutzmaterial, wie beispielsweise Desolite, bedeckt. Das Material wird in flüssiger Form aufgebracht, was den Raum um die Blindfaser 88 bis zu einer Ebene füllt, die im Wesentlichen gleich zur oberen Oberfläche der Blindfaser 88 ist. Die obere Oberfläche der Blindfaser 88 wird sauber gewischt, so dass nichts von dem Schutzmaterial auf dieser Oberfläche bleibt. Dann wird das Schutzmaterial gehärtet, um eine Schutzschicht 90 zu bilden. Irgendetwas von dieser Schutzschicht 90, das unbeabsichtigt auf der oberen Oberfläche der Blindfaser 88 zurückgelassen wird, wird durch ein Abreiben entfernt.
Wenn Desolite verwendet wird, kann die Schutzschicht 90 durch eine Belichtung mit Ultraviolettlicht gehärtet werden. Die Schutzschicht 90 kann jedoch aus einem anderen Polymermaterial gebildet werden, wie beispielsweise aus Epoxidharz, Acrylharz, Polyurethanacrylat oder ähnlichem.
Nimmt man Bezug auf die 28A und 28B, wird der Faserhalter 10 durch Entfernen der Blindfaser 88 fertig gestellt, um die spiralförmige Nut 22 zu bilden. Die Blindfaser 88 kann durch Tauchen des Faserhalters 10 in eine Natriumhydroxidlösung für einige Minuten und dann durch Abschälen der Blindfaser weg von dem Substrat 80 entfernt werden. Die Konzentration der Natriumhydroxidlösung sollte in der Größenordnung von einigen Prozent sein.
Nimmt man Bezug auf die 29A und 29B, wird die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 in der spiralförmigen Nut 22 angeordnet und wird ein Bragg-Gitter in der Faser durch das Verfahren des ersten, des zweiten oder des dritten Ausführungsbeispiels gebildet. Nach einer Bildung des Bragg-Gitters in der Faser werden die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 und die Schutzschicht 90 mit einer oberen Schutzschicht 86 aus beispielsweise Desolite bedeckt, wie es in den 30A und 30B gezeigt ist. Wie beim sechsten Ausführungsbeispiel können Lichtleitfaser-Anschlussstücke oder ein Faser-Anschlussstück und ein Faser-Abschlussstück angebracht werden, um das optische Filtermodul fertig zu stellen.
Zum Erleichtern eines Entfernens der Blindfaser 88 wird der Blindfaser 88 vorzugsweise eine Form einer umgekehrten Mesa gegeben, wie es in 31A gezeigt ist, wodurch die Blindfaser 88 am obersten Ende breiter als am untersten Ende ist. Eine Mesaform, wie sie in 31B gezeigt ist, sollte vermieden werden, weil die Blindfaser 88 schwieriger zu entfernen wird.
Gleich dem sechsten Ausführungsbeispiel erzeugt das siebte Ausführungsbeispiel eine stark einheitliche spiralförmige Nut 22 mit genauen Dimensionen und ist gut geeignet für eine automatisierte Produktion von großen Mengen. Ein weiterer Vorteil des siebten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass beide Schutzschichten 86 und 90 ein Material, wie beispielsweise Desolite aufweisen können, das für den ausdrücklichen Zweck eines Schützens von Lichtleitfasern hergestellt ist. Die resultierende Packung bietet daher einen exzellenten Schutz nicht nur vor einem mechanischen Stoßen und einer Vibration, sondern auch vor Feuchtigkeit und Korrosion.
Als Nächstes wird ein achtes Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Das achte Ausführungsbeispiel fügt eine Schutzunterschicht zum Faserhalter 10 hinzu.
32A ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt bei der Herstellung des Faserhalters 10 beim achten Ausführungsbeispiel darstellt. 32B ist eine Schnittansicht durch die Linie P-P in 32A. Die 33A bis 39A zeigen gleiche perspektivische Ansichten von aufeinander folgenden Herstellungsschritten und die 33B bis 39B zeigen entsprechende Schnittansichten.
Nimmt man Bezug auf die 32A und 32B, wird das Keramiksubstrat 80 zuerst mit einem geeigneten ultravioletthärtbarem Polymermaterial bedeckt, welches kein Photoresist sein muss. Dieses Material wird durch eine Belichtung mit Ultraviolettlicht gehärtet, um eine Schutzunterschicht 82 auf dem Substrat 80 zu bilden.
Die darauf folgenden Schritte sind gleich den Schritten, denen beim siebten Ausführungsbeispiel gefolgt wird. Die Schutzunterschicht 92 wird durch eine ultravioletthärtbare Polymerlage 82 bedeckt, wie es in den 33A und 33B gezeigt ist, welche durch Photolithographie gemustert wird (34A und 34B), um eine Blindfaser 88 zu bilden, wie es in den 35A und 35B gezeigt ist. Eine Schutzschicht 90 wird gebildet, wie es in den 36A und 36B gezeigt ist, und die Blindfaser 88 wird entfernt, um eine spiralförmige Nut 22 zu lassen, wie es in den 37A und 37B gezeigt ist. Die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 wird in der spiralförmigen Nut 22 angeordnet, wie es in den 38A und 38B gezeigt ist, ein Bragg-Gitter in der Faser wird erzeugt, und eine obere Schutzschicht 86 wird hinzugefügt, wie es in den 39A und 39B gezeigt ist.
Beim achten Ausführungsbeispiel wird die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 auf allen Seiten durch geeignete Schutzmaterialien geschützt. Die Schutzunterschicht 92 und die Schutzschicht 90 schützen die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 während der Bildung des Bragg-Gitters in der Faser, sowie nachdem das optische Filter eingepackt ist.
Die 40A und 40B stellen eine Variation der vorangehenden Ausführungsbeispiele dar, wobei der Faserhalter 10 und seine Abdeckung eine kreisringförmige Form haben. Wie es in 40A gezeigt ist, belegt die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 eine spiralförmige Nut, die sich von einer Öffnung 94 bei dem inneren Umfang des kreisringförmigen Faserhalters 10 (oder seiner Abdeckung 60) zu einer Öffnung 96 bei dem äußeren Umfang erstreckt. Die lichtempfindliche Lichtleitfaser 20 ist in drei Segmente 98a, 98b und 98c unterteilt. Ein Bragg-Gitter in der Faser ist nur in dem mittleren Segment 98b gebildet; das innere Segment 98a und das äußere Segment 98c werden durch den Ultraviolettstrahl nicht gescannt. Die zwei Enden der lichtempfindlichen Lichtleitfaser 20 erstrecken sich durch die Öffnungen 94 und 96, so dass Lichtleitfaser-Anschlussstücke 100 oder ein Lichtleitfaser-Anschlussstück und ein Faser-Abschlussstück angebracht werden können, wie es in 40B gezeigt ist.
40B zeigt eine Abdeckung 60 von dem Typ, der beim vierten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wenn auch mit einer kreisringförmigen Form. Das fünfte, das sechste, das siebte und das achte Ausführungsbeispiel können auch einen kreisringförmigen Faserhalter 10 mit Schutzschichten von gleicher kreisringförmiger Form verwenden.
Andere Variationen sind auch bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen möglich. Beispielsweise können das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel durch Variieren von sowohl der Wiederholungsrate von Impulsen der Laserlichtquelle 30 als auch der Drehzahl der Drehbühne 14 kombiniert werden. Ebenso müssen der Faserhalter 10 und die Phasenmaske 12 nicht kreisförmige Scheiben sein, sie können irgendwelche Formen haben, die flache Oberflächen zur Verfügung stellen, auf welchen eine kreisförmige spiralförmige Nut und ein kreisförmiges spiralförmiges Beugungsgitter ausgebildet werden können.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass weitere Variationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung möglich sind, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Filters durch Bilden eines Bragg-Gitters in einer Lichtleitfaser (20), das die folgenden Schritte umfasst: Befestigen der Lichtleitfaser (20), die einen lichtempfindlichen Kern (20a) besitzt, in einer ebenen spiralförmigen Anordnung auf einer oberen Oberfläche (10a) eines Faserhalters (10); Anordnen einer Phasenmaske (12), die eine der Lichtleitfaser (20) zugewandte untere Oberfläche (12a) hat, parallel zu der oberen Oberfläche des Faserhalters (10), wobei die untere Oberfläche der Phasenmaske ein spiralförmiges Beugungsgitter (44) besitzt, das zu der spiralförmigen Anordnung der Lichtleitfaser parallel ist; und Belichten der Lichtleitfaser (20) mit Ultraviolettlicht durch die Phasenmaske (20), um dadurch das Bragg-Gitter als eine periodische Brechungsindexmodulation in dem lichtempfindlichen Kern (20a) der Lichtleitfaser zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ultraviolettlicht als ein Strahl (38) erzeugt wird und das ferner die folgenden Schritte umfasst: Drehen des Faserhalters (10) um ein Zentrum der spiralförmigen Anordnung der Lichtleitfaser (20); und Scannen des Strahls (38) in einer radialen Richtung des Faserhalters (10).
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt des Synchronisierens einer Scanrate des Strahls (38) mit einer Drehzahl des Faserhalters (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt umfasst, bei dem die Ultraviolettlichtmenge, mit der die Lichtleitfaser (20) belichtet wird, entsprechend der Position auf der oberen Oberfläche des Faserhalters (10) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die obere Oberfläche des Faserhalters (10) konzentrisch in drei Zonen unterteilt ist und der Änderungsschritt ferner die folgenden Schritte umfasst: allmähliches Erhöhen der Ultraviolettlichtmenge, wenn der Strahl (38) eine erste der drei Zonen (58a) überstreicht; Konstanthalten der Ultraviolettlichtmenge, wenn der Strahl (38) eine zweite (58b) der drei Zonen überstreicht; und allmähliches Verringern der Ultraviolettlichtmenge, wenn der Strahl (38) eine dritte (58c) der drei Zonen überstreicht.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Strahl (38) Ultraviolettlichtimpulse enthält und der Änderungsschritt durch eine Steuerung mit variabler Wiederholungsrate der Impulse ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Änderungsschritt durch variable Dämpfung des Strahls (38) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Änderungsschritt durch variable Drehzahlsteuerung des Faserhalters (10) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die obere Oberfläche des Faserhalters (10) konzentrisch in drei Zonen unterteilt ist und der Änderungsschritt ferner die folgenden Schritte umfasst: allmähliches Verringern der Drehzahl, wenn der Strahl (38) eine erste (58a) der drei Zonen überstreicht; Konstanthalten der Drehzahl im Wesentlichen, wenn der Strahl (38) eine zweite (58b) der drei Zonen überstreicht; und allmähliches Erhöhen der Drehzahl, wenn der Strahl (38) eine dritte (58c) der drei Zonen überstreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Belichtungsschritt ferner den Schritt des Einfügens der Lichtleitfaser (20) zwischen den Faserhalter (10) und eine Abdeckung (60) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem: die obere Oberfläche des Faserhalters (10) eine spiralförmige Nut (22) zum Halten der Lichtleitfaser (20) besitzt; und die Abdeckung (60) eine untere Oberfläche (60a) mit einer spiralförmigen Nut (62) zum Halten der Lichtleitfaser (20) besitzt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (60) aus einem Werkstoff hergestellt sind, der ausgewählt ist aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Aluminiumnitrid und Bornitrid.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (60) Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, die nicht kleiner als 10^–7/°C und nicht größer als 10^–6/°C sind.
Verfahren nach Anspruch 10, das nach dem Belichtungsschritt ferner den Schritt des Befestigens der Abdeckung (60) am Faserhalter (10) mit einem Klebstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Faserhalter (10) eine Nut (64) zum Festhalten überschüssiger Anteile des Klebstoffs besitzt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Klebstoff ein Epoxidklebstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner den Schritt des Bildens der Abdeckung (66) durch Aufbringen einer Schutzschicht auf die obere Oberfläche des Faserhalters (10) nach dem Belichtungsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (66) aus einem Werkstoff hergestellt sind, der aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Aluminiumnitrid und Bornitrid ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (66) Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, die nicht kleiner als 10^–7/°C und nicht größer als 10^–6/°C sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die obere Oberfläche des Faserhalters (10) eine spiralförmige Nut (22) zum Halten der Lichtleitfaser (20) besitzt.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner das Erzeugen des Faserhalters (10) durch die folgenden Schritte umfasst: Beschichten eines Substrats (80) mit einer ultravioletthärtbaren ersten Polymerlage (82); wahlweises Belichten der ersten Polymerlage (82) mit Ultraviolettlicht, wodurch die erste Polymerlage gehärtet wird, wobei ein spiralförmiger Abschnitt (84) der ersten Polymerlage nicht mit dem Ultraviolettlicht belichtet wird und daher ungehärtet bleibt; und Entfernen des ungehärteten spiralförmigen Abschnitts (84) der ersten Polymerlage, wodurch die spiralförmige Nut (22) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die erste Polymerlage (82) ein ultravioletthärtbarer Trockenfilm-Photoresist ist.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Beschichten des Faserhalters (10) und der Lichtleitfaser (20) mit einer ultravioletthärtbaren zweiten Polymerlage (86) nach dem Belichtungsschritt; und Härten der zweiten Polymerlage (86) durch Belichten mit Ultraviolettlicht, wodurch die Lichtleitfaser zwischen den Faserhalter (10) und die zweite Polymerlage eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner das Erzeugen des Faserhalters (10) durch die folgenden Schritte umfasst: Beschichten eines Substrats (80) mit einer ultravioletthärtbaren dritten Polymerlage (82); wahlweises Belichten eines spiralförmigen Abschnitts (84) der dritten Polymerlage (82) mit Ultraviolettlicht, wodurch der spiralförmige Abschnitt gehärtet wird; Entfernen nicht gehärteter Abschnitte der dritten Polymerlage von dem Substrat (80), wodurch der spiralförmige Abschnitt (84) der dritten Polymerlage (82) als eine Blindfaser (88) auf dem Substrat zurückbleibt; Aufbringen einer Schutzschicht (90) auf jene Teile des Substrats (80), die nicht mit der Blindfaser (88) bedeckt sind; und Entfernen der Blindfaser (88) von dem Substrat (80), wodurch der Faserhalter (10) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Blindfaser (88) die Form einer umgekehrten Mesa hat.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die dritte Polymerlage (82) ein ultravioletthärtbarer Trockenfilm-Photoresist ist.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Schutzschicht (90) eine ultravioletthärtbare Polyurethanacrylat-Polymerschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen einer ultravioletthärtbaren vierten Polymerlage (86) auf den Faserhalter (10) und die Lichtleitfaser (20) nach dem Belichtungsschritt; und Härten der vierten Polymerlage (86) durch Belichten mit Ultraviolettlicht, wodurch die Lichtleitfaser (20) zwischen den Faserhalter (10) und die vierte Polymerlage eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner den Schritt des Aufbringens einer Schutzunterschicht (92) auf das Substrat (80) vor dem Schritt des Beschichtens des Substrats mit der ultravioletthärtbaren dritten Polymerlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Phasenmaske (12) eine für Ultraviolettlicht durchlässige Platte mit einem spiralförmigen Muster aus periodischen Pits (48), die auf einer Oberfläche das spiralförmige Beugungsgitter (44) bilden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Pits (48) längs eines Weges des spiralförmigen Musters in mehreren Zonen (50a, 50b, 50c) gruppiert sind, wobei die Pits in unterschiedlichen Zonen unterschiedliche gegenseitige Abstände besitzen.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Platte aus Quarzglas hergestellt ist.
Optisches Filter, das umfasst: einen Faserhalter (10) mit einer ebenen Oberfläche (10a) mit einer spiralförmigen Nut (22); und eine Lichtleitfaser (20), die ein Bragg-Gitter mit einem periodisch modulierten Brechungsindex umfasst und in der spiralförmigen Nut (22) gehalten wird.
Optisches Filter nach Anspruch 33, bei dem die Lichtleitfaser (20) lichtempfindlich ist.
Optisches Filter nach Anspruch 33, das ferner eine Abdeckung (60) umfasst, die die ebene Oberfläche des Faserhalters (10) abdeckt, wodurch die Lichtleitfaser (20) geschützt ist.
Optisches Filter nach Anspruch 35, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (60) aus einem Werkstoff hergestellt sind, der aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Aluminiumnitrid und Bornitrid ausgewählt ist.
Optisches Filter nach Anspruch 35, bei dem der Faserhalter (10) und die Abdeckung (60) Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, die nicht kleiner als 10^–7/°C und nicht größer als 10^–6/°C sind.
Optisches Filter nach Anspruch 35, bei dem die Abdeckung (60) an dem Faserhalter (10) durch einen Klebstoff befestigt ist.
Optisches Filter nach Anspruch 38, bei dem der Klebstoff ein Epoxidklebstoff ist.
Optisches Filter nach Anspruch 38, bei dem der Faserhalter (10) eine Nut (64) zum Zurückhalten überschüssiger Anteile des Klebstoffs besitzt.
Optisches Filter nach Anspruch 35, bei dem die Abdeckung (66) eine auf dem Faserhalter (10) gebildete Schutzschicht umfasst.
Optisches Filter nach Anspruch 33, bei dem der Faserhalter (10) umfasst: ein ebenes Substrat (80); und eine Polymerlage (82), die das ebene Substrat (80) mit Ausnahme eines spiralförmigen Bereichs, der die spiralförmige Nut (22) bildet, abdeckt.
Optisches Filter nach Anspruch 42, das ferner eine Schutzunterschicht (92) umfasst, die das ebene Substrat (80) unterhalb der Polymerlage (82) und in der spiralförmigen Nut (22) abdeckt.
Optisches Filter nach Anspruch 43, bei dem die Schutzunterschicht (92) einen Polymerwerkstoff umfasst.
Optisches Filter nach Anspruch 42, das ferner eine obere Schutzschicht (86) umfasst, die die Polymerlage (82) und die Lichtleitfaser (20) abdeckt.
Optisches Filter nach Anspruch 45, bei dem die obere Schutzschicht (86) einen Polymerwerkstoff umfasst.
Optisches Filter nach Anspruch 33, bei dem der Faserhalter (10) die Form einer ringförmigen Scheibe hat, wobei sich die spiralförmige Nut (22) von einem äußeren Umfang des Faserhalters zu einem inneren Umfang des Faserhalters erstreckt.
Optisches Filter nach Anspruch 34, bei dem der Faserhalter (10) eine ebene Platte aufweist, wobei die ebene Oberfläche (10a) eine Oberfläche dieser ebenen Platte ist.
Optisches Filter nach Anspruch 48, bei dem die Oberfläche des Faserhalters mit einer Beschichtung beschichtet ist, die eine Reflexion von Ultraviolettlicht im Wesentlichen unterdrückt.
Optisches Filter nach Anspruch 48, bei dem die spiralförmige Nut (22) eine Tiefe besitzt, die einen Durchmesser der Lichtleitfaser (20) übersteigt.
Optisches Filter nach Anspruch 48, bei dem der Faserhalter die Form einer ringförmigen Scheibe hat, wobei sich die spiralförmige Nut (22) von einem äußeren Umfang des Faserhalters zu einem inneren Umfang des Faserhalters erstreckt.
Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Filters durch Bilden eines Bragg-Gitters in einer lichtempfindlichen Lichtleitfaser (20), die umfasst: einen Faserhalter (10), der aus einer ebenen Platte mit einer oberen Oberfläche (10a) gebildet ist, wobei in der oberen Oberfläche eine spiralförmige Nut (22) ausgebildet ist und die lichtempfindliche Lichtleitfaser (20) in der spiralförmigen Nut gehalten wird; eine Phasenmaske (12), die als eine Platte ausgebildet ist, die für Ultraviolettlicht durchlässig ist, und ein spiralförmiges Muster aus periodischen Pits (48) besitzt, die ein spiralförmiges Beugungsgitter (44) auf einer Oberfläche (12a) bilden, wobei die Phasenmaske so angeordnet ist, dass sie dem Faserhalter (10) zugewandt ist, wobei die eine Oberfläche zu der oberen Oberfläche des Faserhalters parallel ist, wobei das spiralförmige Muster auf die spiralförmige Nut (22) des Faserhalters ausgerichtet ist; eine Drehbühne (14), die den Faserhalter (10) und die Phasenmaske (12) unterstützt und sich um eine Achse (24) dreht, die durch ein Zentrum (46) des spiralförmigen Musters der Phasenmaske verläuft und zu der oberen Oberfläche des Fasenhalters senkrecht ist; und ein optisches System (16) zum Beleuchten der lichtempfindlichen Lichtleitfaser (20) mit Ultraviolettlicht durch die Phasenmaske (12).
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der die obere Oberfläche des Faserhalters (10) mit einer Beschichtung beschichtet ist, die eine Reflexion von Ultraviolettlicht im Wesentlichen unterdrückt.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der die spiralförmige Nut (22) eine Tiefe besitzt, die einen Durchmesser der lichtempfindlichen Lichtleitfaser (20) übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der die Pits (48) in der Phasenmaske (12) längs eines Weges des spiralförmigen Musters in mehreren Zonen gruppiert sind, wobei die Pits in unterschiedlichen Zonen unterschiedliche gegenseitige Abstände besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der die Phasenmaske (12) aus Quarzglas gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der das optische System (16) umfasst: eine Lichtquelle (30) zum Erzeugen des Ultraviolettlichts; und einen Spiegel (34) zum Lenken des Ultraviolettlichts zu der Phasenmaske (12).
Vorrichtung nach Anspruch 57, die ferner eine Ablenksteuereinheit (18) umfasst, um den Spiegel (34) zu bewegen, wodurch das Ultraviolettlicht dazu veranlasst wird, über die Phasenmaske (12) in einer radialen Richtung des spiralförmigen Musters zu scannen.
Vorrichtung nach Anspruch 58, bei der die Scansteuereinheit (18) die Bewegung des Spiegels (34) mit der Drehung der Drehbühne (14) synchronisiert.
Vorrichtung nach Anspruch 52, die ferner ein Apodizing-System umfasst, um die Ultraviolettlichtmenge, mit der die Lichtleitfaser (20) belichtet wird, entsprechend einer Position auf der oberen Oberfläche des Faserhalters (10) zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 60, bei der das optische System (16) Ultraviolett lichtimpulse erzeugt und das Apodizing-System (70, 72) die Wiederholungsrate der Impulse steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 60, bei der das Apodizing-System einen variablen optischen Dämpfer (32) zum Dämpfen des Ultraviolettlichts mit verschiedenen Beträgen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 60, bei der das Apodizing-System (72, 74) die Drehzahl der Drehbühne (14) steuert.