СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАРНЫХ ФОТОИНДУЦИРОВАННЫХ РЕШЕТОК ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ОДНОЙ ФАЗОВОЙ МАСКИ Российский патент 2025 года по МПК G02B5/18 G02B6/28 

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к оптическим волокнам, которые имеют в сердцевине квазираспределенные структуры волоконных брэгговских решеток (ВБР), отличающимися периодами на едином отрезке оптического волокна.

Известен способ изготовления сложной волоконной решетки путем измерения дифракции фазовой маски (п. США №8026022, МПК G03F 7/20, опубл. 2009 г.). Данным способом изготавливают ВБР большой длины, имеющей сложную структуру.

Способ включает:

- выравнивание эталонной фазовой маски параллельно фоточувствительному оптическому волокну, подлежащему экспонированию, при этом эталонная фазовая маска имеет период, который в целое число раз превышает период записываемой УФ-полосы, и формирование секции решетки на светочувствительное оптическое волокно с использованием УФ-интерферометрического воздействия;

- создание первого зондирующего луча и второго зондирующего луча, имеющих определенное соотношение, путем разделения исходного зондирующего луча и проецирования первого зондирующего луча и второго зондирующего луча в опорную фазовую маску вдоль ее нормального направления на двух концах опорной фазовой маски соответственно, чтобы одновременно генерировать соответствующие дифракционные лучи первого порядка, которые создают помехи первому опорному лучу и второму опорному лучу соответственно, для создания полос на первом устройстве записи изображения и втором устройстве записи изображения соответственно;

- перемещение столика так, чтобы волокно и решетка перемещались вместе, и повторение предыдущих этапов для формирования множества секций решетки, а также последовательное соединение каждой из множества секций решетки с желаемым фазовым сдвигом;

- перемещение предметного столика до тех пор, пока первый зондирующий луч не окажется на другом конце фазовой маски, и использование полосы на первом устройстве регистрации изображений для фазового анализа и мониторинга положения в реальном времени каждый раз, когда необходимо найти точку обнаружения перекрывающегося УФ-воздействия;

- определение и калибровка фазового сдвига между полосой на первом устройстве регистрации изображения и полосой на втором устройстве регистрации изображения, когда первый зондирующий луч относительно перенесен на другой конец опорной фазовой маски и два дифракционных луча первого порядка генерируются одновременно; и после этого используют полосу на втором устройстве записи изображения, возникающую в результате второго зондирующего луча и второго опорного луча, для фазового анализа и мониторинга положения в реальном времени, тем самым последовательно соединяя каждую из множества секций решетки, при этом записанный фазовый сдвиг добавляется к каждой указанной секции решетки в качестве дополнительного фазового сдвига.

Описанный способ позволяет формировать ВБР большего размера, чем фазовая маска. Однако, данным способом невозможно сформировать парные ВБР с одним значением резонансной длины волны для формирования резонатора волоконных лазеров.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретение, выбранным в качестве прототипа, является способ формирования массива ВБР с различными длинами волн отражения (п. РФ №2690230, МПК G02B 5/18, 6/34, G02F 1/125, опубл. 2019 г.).

Способ с использованием интерферометра Тальбота заключается в облучении одномодового оптического волокна с химическим составом сердцевины 3,5% GeO2, 96,5% SiO2, предварительно подвергнутого низкотемпературной водородной обработке, импульсами KrF эксимерной лазерной системы, устанавливаемого в магнитные держатели с натяжением не более 0,02Н. Для записи каждой отдельной решетки массива ВБР рассчитывают период интерференционной картины для угла поворота зеркал интерферометра в соответствии с предварительно определенным экспериментальным путем эффективным показателем преломления. При этом предварительно записывают вышеуказанным излучением калибровочную ВБР одним импульсом с малым коэффициентом отражения, предварительно определив длину волны отражения этой записываемой калибровочной решетки, для этого сначала записывают пробные решетки, регистрируя первоначальную и конечную длину волны отражения и вычисляя разницу между данными значениями, определяют величину сдвига брэгговского резонанса ВБР за время ее записи до заданного коэффициента отражения, а калибровочную решетку записывают с длиной волны, меньшей на значение, равное величине сдвига брэгговского резонанса ВБР.

Регистрируют длину волны записанной калибровочной решетки и, если ее длина волны не соответствует указанному значению, то производят повторно расчет периода интерференционной картины в соответствии с условием Брэгга для поворота зеркал интерферометра на необходимый корректирующий угол.

Данный способ обеспечивает контроль дифракционной эффективности каждой решетки и формирование массивов ВБР в широком спектральном диапазоне и повышение точности длин волн отражения ВБР в массиве. Способ позволяет формировать ВБР с использованием когерентной KrF эксимерной лазерной системы. Недостатком данного способа является относительно низкая повторяемость, стабильность и применение дорогостоящих прецизионных линейных трансляторов, длительная настройка оптической системы.

Задачей, решаемой данным изобретением, является запись парных брэгговских решеток с использованием одной фазовой маски, повторяемость.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - смещение резонансной длины волны ВБР путем отдаления фазовой маски от волокна (изменение интерференционной картины).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления парных фотоиндуцированных решеток показателя преломления с помощью одной фазовой маски, заключающемся в том, что часть оптоволокна зачищают, оптоволокно размещают в держателе и фиксируют с двух сторон магнитами на его защитной оболочке, согласно изобретению зачищенную часть оптоволокна размещают в отверстии держателя, размещают фазовую маску над очищенной частью на оптоволокне, записывают ВБР, размещают фазовую маску на направляющих держателя над очищенной частью оптоволокна и делают серию пробных записей ВБР, изменяя высоту направляющих и определяя резонансную длину волны с низким показателем преломления, которая соответствует резонансной длине волны с высоким показателем преломления, которая сформирована фазовой маской без направляющих, записывают ВБР.

Всей совокупностью перечисленных признаков достигается заявленный технический результат. В ряде экспериментов было установлено, что при отдалении фазовой маски от оптоволокна происходит смещение начала записи волоконной брэгговской решетки. Это означает, что ВБР с низким показателем преломления записывается со смещением в сторону увеличения длины волны. Данный факт позволяет записывать парные брэгговские решетки с использованием одной фазовой маски. При этом, фокус интерференционной картины смещается с края сердцевины волокна и период интерференционной картины увеличивается, из-за чего происходит смещение записи ВБР в длинноволновую область. Таким образом, решили задачу записи парных брэгговских решеток с использованием одной фазовой маски и обеспечили повторяемость заявляемого способа.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства при записи ВБР с высокой отражательной способностью.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства при записи ВБР с низкой отражательной способностью.

Способ изготовления парных фотоиндуцированных решеток показателя преломления с помощью одной фазовой маски (ФМ) осуществляют следующим образом. Часть оптоволокна 1 зачищают (снимают защитное покрытие), оптоволокно размещают в отверстии держателя 2 и фиксируют с двух сторон магнитами 3 на его защитной оболочке (фиг. 1). Размещают фазовую маску 4 над очищенной частью 5 на оптоволокне 1 для записи ВБР с высокой отражательной способностью. Запись ВБР происходит в центре сердцевины волокна непосредственно в оптическом фокусе интерференционной картины от фазовой маски.

Для записи ВБР с низкой отражательной способностью увеличивают расстояние между ФМ и оптоволокном. При этом, фокус интерференционной картины смещается с края сердцевины волокна и период интерференционной картины увеличивается, из-за чего происходит смещение записи ВБР в длинноволновую область. Для этого фиксируют металлические пластины 6 (направляющие) необходимой толщины с двух сторон вдоль отверстия на держателе 2 и на них закрепляют ФМ 4 над очищенной частью 5 оптоволокна (фиг. 2).

Для определения необходимой толщины пластин для смещения длины волны производится серия пробных записей ВБР, из которой можно сделать вывод, на сколько уменьшить или увеличить толщину пластин (изменить высоту направляющих). Путем серий записей определяют оптимальную толщину пластин, при которой получают нужную резонансную длину волны с низким показателем преломления, что соответствует резонансной длине волны с высоким показателем преломления, которая формируется с той же фазовой маской без использования пластин. Так реализуют запись парных брэгговских решеток с использованием одной фазовой маски, при этом обеспечили повторяемость заявляемым способом.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:

- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в общепромышленных оптоволоконных измерительных системах (машиностроение, авиастроение, ядерная промышленность);

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области волоконно-оптической техники и касается способа изготовления парных фотоиндуцированных решеток показателя преломления с помощью одной фазовой маски. Способ заключается в том, что часть оптоволокна зачищают, размещают в держателе и фиксируют с двух сторон магнитами на его защитной оболочке. Зачищенную часть оптоволокна размещают в отверстии держателя, размещают фазовую маску над очищенной частью, записывают волоконную брэгговскую решетку (ВБР), размещают фазовую маску на направляющих держателя над очищенной частью оптоволокна и делают серию пробных записей ВБР, изменяя высоту направляющих и определяя резонансную длину волны с низким показателем преломления, которая соответствует резонансной длине волны с высоким показателем преломления, которая сформирована фазовой маской без направляющих, и записывают ВБР. Технический результат заключается в обеспечении возможности записи парных брэгговских решеток с использованием одной фазовой маски и обеспечении повторяемости способа. 2 ил.

Способ изготовления парных фотоиндуцированных решеток показателя преломления с помощью одной фазовой маски, заключающийся в том, что часть оптоволокна зачищают, оптоволокно размещают в держателе и фиксируют с двух сторон магнитами на его защитной оболочке, отличающийся тем, что зачищенную часть оптоволокна размещают в отверстии держателя, размещают фазовую маску над очищенной частью на оптоволокне, записывают волоконную брэгговскую решетку, размещают фазовую маску на направляющих держателя над очищенной частью оптоволокна и делают серию пробных записей волоконных брэгговских решеток, изменяя высоту направляющих и определяя резонансную длину волны с низким показателем преломления, которая соответствует резонансной длине волны с высоким показателем преломления, которая сформирована фазовой маской без направляющих, записывают волоконную брэгговскую решетку.