Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Bragg-Reflexionsgittern in
Lichtwellenleitern, typischerweise im Lichtleitfaser-Wellenleitern, durch Bestrahlung
mit ultraviolettem Licht durch eine Maske hindurch, typischerweise eine
Phasenmaske, oder alternativ durch holographische Einrichtungen. Eine spezielle
Anwendung für derartige Reflexionsgitter ist die chromatische
Dispersionsentzerrung in optischen Übertragungssystemen. Eine derartige
Anwendung ist in der Beschreibung des US-Patentes 4 953 939 beschrieben.
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Einige Anwendungen von Bragg-Reflexionsgittern erfordern eine Gitterlänge, die
länger als die ist, die bequem mit einer einzigen Maske zur Herstellung eines
derartigen Gitters hergestellt werden kann. Es kann beispielsweise eine Forderung
darin bestehen, daß ein Bragg-Gitter im Bereich einer Länge von einem Meter
hergestellt werden muß, während sich erhebliche Schwierigkeiten bei der
Herstellung einer durch einen Elektronenstrahl hergestellten Maske ergeben, die
wesentlich länger als ungefähr 100 mm ist. Eine Lösung, die zur Überwindung
dieses Problems vorgeschlagen wurde, besteht darin, lange Gitter schrittweise in
einer Folge von Abschnitten herzustellen, die Ende an Ende angeordnet sind. Jeder
Abschnitt mit Ausnahme des ersten herzustellenden Abschnittes wird so hergestellt,
daß er an dem Ende des gerade vorher hergestellten Abschnittes oder gerade
jenseits dieses Endes hergestellt wird. Wenn das lange Gitter zur Verwendung in
einer Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Umgebung bestimmt ist, bei der jeder
Abschnitt eine spektrale Bandbreite aufweist, die das gesamte Spektrum eines
einzigen Kanals des WDM-Signals überdeckt, so kann es möglich sein, das Ganze
so auszubilden, daß die Reflexionsbänder der einzelnen Abschnitte des Gitters
spektral durch Schutzbänder getrennt sind, die vollständig innerhalb der spektralen
Schutzbänder liegen, die die einzelnen Kanäle des WDM-Signals voneinander
trennen. Unter diesen Umständen ist irgendeine körperliche Trennung zwischen
benachbarten Abschnitten des Gitters weitgehend unbedeutend.
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Wenn andererseits Brüche in der Spektralreflexionscharakteristik des langen Gitters
vermieden werden müssen, ergibt sich das Problem, daß die Spektralcharakteristik
eines Abschnittes an einem Punkt in dem Spektrum beginnt, an dem die
Spektralcharakteristik eines anderen Abschnittes endet. Dies bedeutet, daß beide
Abschnitte bei einer gemeinsamen Wellenlänge teilweise reflektieren. Wenn die
effektiven Punkte der Reflexion zusammenfallen, so ergibt sich kein Problem. Wenn
jedoch andererseits einer in Längsrichtung gegenüber dem anderen verschoben ist,
so ergeben die zwei Reflexionskomponenten eine kohärente Interferenz, mit dem
Ergebnis, daß die Größe der resultierenden Reflexion kritisch von der
Phasentrennung abhängt, die zwischen den eine Interferenz aufweisenden
Komponenten vorhanden ist. Eine Veröffentlichung von R. Kashyap et al. mit dem
Titel "Super-step-chirped fibre Bragg gratings", Electronic Leiters (18. Juli 1986),
Band 32, Nr. 15, Seiten 1394-6 erläutert, daß, wenn vorgesehen wird, daß
benachbarte Abschnitte des Gitters nicht aneinander anstoßen, sondern durch
kurze dazwischenliegende Abschnitte des Wellenleiters getrennt sind, es möglich
ist, einen photorefraktiven Effekt auszunutzen und UV-Licht zu verwenden, um die
effektive optische Pfadlänge irgendeines zwischenliegenden Teils derart
abzugleichen, daß die Phasentrennung der zwei eine Interferenz aufweisenden
Komponenten auf einen gewünschten Wert gebracht wird. Auf diese Weise ist es
möglich, Einbrüche in der spektralen Reflexionscharakteristik des gesamten Bragg-
Gitters zu glätten, die sich aus nicht-optimierten Intervallen zwischen benachbarten
Abschnitten des Gitters ergeben können. Ein Nachteil dieser Lösung zur
Ausrichtung der Abschnitte besteht darin, daß sie speziell einen Abstand zwischen
benachbarten Abschnitten erfordert, so daß die Verzögerungszeit, die Zeit, die das
Licht mit irgendeiner bestimmten Wellenlänge benötigt, um sich von einem Ende
des das Bragg-Gitter enthaltenden Wellenleiters zu seinem Reflexionspunkt und
zurück zum gleichen Ende auszubreiten, keine sich gleichförmig ändernde Funktion
der Wellenlänge ist, sondern eine Funktion, die so viele Stufen oder kompliziertere
Diskontinuitäten enthält, wie Abstände zwischen benachbarten Abschnitten des
Gitters vorhanden sind, wobei die Verzögerung in diesen diskontinuierlichen
Bereichen durch Resonanzeffekte von Fabry-Perot-Typ zwischen Komponenten der
gleichen Wellenlänge beeinflußt wird, die durch die zwei benachbarten
Gitterabschnitte reflektiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Ausrichtung der Abschnitte
eines Lichtwellenleiter-Bragg-Reflexionsgitters bei seiner abschnittsweisen
Herstellung gerichtet, wobei das Verfahren die spezielle Eigenschaft hat, daß es
nicht erforderlich ist, daß irgendein Abstand zwischen benachbarten Abschnitten
vorhanden ist, was deren direkte Anlage ermöglicht.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf der Tatsache, daß, während ein
Bragg-Gitter in einen Lichtwellenleiter durch UV-Bestrahlung eingeschrieben wird,
der Schreibvorgang ein Aufleuchten oder eine Lumineszenz des Wellenleiters
hervorruft. Dieses Aufleuchten wird beispielsweise von S. L. Gilbert in einer
Veröffentlichung mit dem Titel "Comparison of UV-induced fluorescence and Bragg
grating growth in optical fibre", CWK5, CLEO '94, Seite 244 beschrieben. Diese
Veröffentlichung erläutert, daß, während das Schreiben fortschreitet, die Intensität
der Lumineszenz verringert wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß die
Lumineszenz schwächer wird, wenn der Brechungsindex der mit UV bestrahlten
Teile des Wellenleiters durch diese Bestrahlung angehoben wird. Ein Teil dieser
Luminenz wird in Richtungen derart imitiert, daß sie durch den Wellenleiter geführt
wird, und dies kann an einem Ende des Wellenleiters detektierbar sein. Dies ist
beispielsweise von T. Komukai et al. in einer Veröffentlichung mit dem Titel
"Fabrication of High Quality Long-Fiber Bragg Grating by Monitoring 3.1-eV
Radiation (400 nm) from GeO Defects", IEEE Photonics Technology Leiters, Band
8, Nr. 11, November 1996, Seiten 145-7 beschrieben. Die Autoren dieser
Veröffentlichung beschreiben die Überwachung der Intensität der geführten
Lumineszenz, während die UV-Strahlung entlang der Achse der Lichtleitfaser
abgelenkt wird, um ein Signal zu erzeugen, das irgendwelche Nachführ-
Fehlausrichtungen aufzeigt, die bewirken, daß die Ablenkung von der Achse der
Lichtleitfaser fortläuft. Ein Fortlaufen dieser Art ist unerwünscht, weil hierdurch die
Modulationstiefe des geschriebenen Gitters verringert wird und außerdem die
effektive Teilung geändert wird. Das Signal wird dazu verwendet, die Ablenkung auf
ihrer Bahn zu halten, wodurch ein Produkt mit besserer Qualität geliefert wird.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet ebenfalls die Überwachung
der Intensität der geführten Lumineszenz, jedoch nicht während des Schreibens
irgendeines Teils eines Bragg-Gitters, und es dient auch nicht dazu, eine
Bewegung von der Achse fort zu überwachen oder auszuschließen. Es wird statt
dessen zur Überwachung einer axialen Bewegung verwendet, während kein Teil
des Bragg-Gitters geschrieben wird, wobei es lediglich zwischen dem Schreiben
von unterschiedlichen Abschnitten des Gitters verwendet wird, die Abschitt für
Abschnitt geschrieben werden. Das Verfahren befaßt sich speziell damit,
sicherzustellen, daß, wenn ein Abschnitt in angrenzender Beziehung zu einem
bereits vorher geschriebenen Abschnitt geschrieben wird, das zu seinem Schreiben
verwendete Beugungsmuster in Axialrichtung so positioniert wird, daß sich ein
bestimmter Wert der Phasendiskontinuität, typischerweise von Null, zwischen
diesem Abschnitt und dem angrenzenden Abschnitt ergibt.
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Zum Schreiben jedes Abschnittes nach dem ersten Abschnitt wird eine
Phasenmaske oder eine andere Einrichtung zur Erzeugung eines Beugungs- oder
Streifenmusters mit einem Schreibteil und einem Ausrichtteil verwendet. Der Ausrichtteil
wird lediglich zu Ausrichtzwecken verwendet, und er wird nicht angeregt, wenn der
Schreibteil zum Schreiben verwendet wird. Es ist in ähnlicher Weise vorzuziehen,
den Schreibteil nicht zu erregen, während die Ausrichtung durchgeführt wird. Der
Ausrichtteil ist eine Verlängerung des Schreibteils, und er hat eine Periodizität, die
effektiv an einen Teil des Schreibteils des Beugungsmusters angepaßt ist, das beim
Schreiben des angrenzenden Abschnittes verwendet wird. Der Ausrichtvorgang
beinhaltet die Projektion von Licht durch den Ausrichtteil des Streifenmusters des
Abschnittes, der gerade in den benachbarten Endabschnitt des bereits
hergestellten benachbarten Gitterabschnittes geschrieben werden soll. Dieses Licht des
Streifenmusters sollte eine Wellenlänge aufweisen, die eine Lumineszenz in dem
Wellenleiter hervorruft, und insbesondere eine Wellenlänge, die eine Lumineszenz
hervorruft, die in den Bereichen, in denen noch keine durch die Bestrahlung
induzierte Anhebung des Brechungsindex hervorgerufen wurde, stärker ist, als in den
Bereichen, in denen diese Erhöhung des Index erfolgt ist. Typischerweise, jedoch
nicht notwendigerweise ist eine derartige Wellenlänge die gleiche Wellenlänge, wie
sie auch dazu verwendet wurde, den bereits hergestellten Gitterabschnitt
herzustellen.
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Wenn eine Phasenmaske zur Erzeugung der Schreib- und Ausrichtteile des
Beugungsmusters verwendet wird, so weist die Maske zur Herstellung jedes
Abschnittes nach dem ersten Abschnitt einen Hauptteil zur Herstellung des Schreibteils des
zugehörigen Streifenmusters und einen Überlappungsteil zur Herstellung des
Ausrichtteils des zugehörigen Streifenmusters auf. Dieser Überlappungsteil wird
lediglich zu Maskenausrichtzwecken verwendet, und er wird nicht bestrahlt, wenn die
Maske tatsächlich verwendet wird, um ihren entsprechenden Abschnitt des Bragg-
Gitters herzustellen. Der Ausrichtvorgang beinhaltet die Projektion von Licht durch
den Überlappungsteil der Maske und in den benachbarten Endabschnitt des bereits
hergestellten benachbarten Gitterabschnittes. Eine Bewegung der Maske
gegenüber dem Wellenleiter in der Richtung der axialen Erstreckung des Wellenleiters
bewirkt, daß sich die hellen Teile des Streifenmusters in und außer genauer
Ausrichtung mit den einen vergrößerten Index aufweisenden Teilen des bereits
geschriebenen Abschnittes des Gitters bewegen. Das Aufleuchten oder die
Lumineszenz, die durch das Beugungsmuster erzeugt wird, ist am geringsten, wenn die
hellen Bereiche mit den am stärksten hinsichtlich des Index vergrößerten Teilen des
geschriebenen Gitters ausgerichtet sind, und sie ist am größten, wenn die hellen
Bereiche mit den Teilen des bereits geschriebenen Gitters ausgerichtet sind, deren
Brechungsindex entweder nicht erhöht wurde oder der am wenigsten erhöht wurde.
Entsprechend ruft die Relativbewegung eine Amplitudenmodulation der Intensität
des Lumineszenzlichtes hervor, das von einem Ende des Wellenleiters emittiert
wird. Dieses Licht wird delektiert, um ein Signal zu schaffen, das es ermöglicht, daß
die Axialbewegung an einem Punkt gestoppt wird, an dem sich der gewünschte
Ausrichtzustand zwischen dem Ausricht-Streifenmuster und den Gitterelementen
des bereits geschriebenen Bragg-Gitterabschnittes ergibt. Typischerweise ist der
gewünschte Ausrichtzustand derjenige, bei dem die hellen Streifen exakt mit den
einen am stärksten erhöhten Index aufweisenden Teilen des geschriebenen Gitters
ausgerichtet ist, d. h. der Zustand mit minimaler Lumineszenz-Intensität, weil dies
der Zustand ist, bei dem sich keine Phasendiskontinuität zwischen den
Gitterelementen des geschriebenen Abschnittes und denen des angrenzenden noch zu
schreibenden Abschnittes vorhanden ist. In manchen Umständen ist jedoch ein
unterschiedlicher Ausrichtzustand erforderlich, weil eine von Null abweichende
Phasendiskontinuität mit einem bestimmten Wert an diesem Punkt erwünscht ist.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung hat einige Merkmale mit dem Verfahren
gemeinsam, das in der Veröffentlichung des Patentes US-A-5 837 169 beschrieben
ist. Während man sich bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung auf die
Lumineszenz verläßt, um die Ausrichtung aufeinanderfolgender Abschnitte beim
Schreiben eines Bragg-Gitters zu erzielen, verläßt man sich bei dem Verfahren des
Patentes US-A-5 837 169 auf die Tatsache, daß die Bestrahlung, die zur
Herstellung eines Streifenmusters der Brechungsindex-(Realteil-)Änderungen in
dem Wellenleiter verwendet wird, die zusammenwirken, um das Bragg-
Reflexionsgitter zu bilden, nicht ausschließlich den Realteil des Brechungsindex
ändert, sondern auch den Imaginärteil ändert, d. h. ein gleichzeitiges optisches
Absorptions-Streifenmuster hervorruft. Um diesen Effekt zu Ausrichtzwecken
auszunutzen, wird ein in ähnlicher Weise ausgerichtetes Streifenmuster von Licht,
das von der Maske des Gitterabschnittes erzeugt wird, der als nächstes zu
schreiben ist, einem Teil des bereits geschriebenen Absorptionsgitters überlagert.
Dieses Streifenmuster des Lichtes ist so ausgebildet, daß es die gleiche Periodizität
wie das Absorptionsgitter hat, so daß eine Relativbewegung über die halbe
Gitterperiode ausreicht, um eine Änderung von dem Fall, bei dem die hellen Bänder
des Streifenmusters des Lichtes mit den dunklen (relativ weniger transmissiven)
Bändern des Absorptions-Beugungsmusters ausgerichtet sind, zu dem Fall ändert,
bei dem die hellen Bänder des Streifenmusters des Lichtes mit den hellen (relativ
stärker hochtransmissiven) Bändern des Absorptions-Streifenmusters ausgerichtet
sind, d. h. eine Änderung von einem Zustand maximaler Transmission zu einem
Zustand mit minimaler Transmission. Ein Photodetektor ist so angeordnet, daß er
dieses übertragene Licht empfängt, und das Ausgangssignal dieses Photodetektors
wird überwacht, während die relative Positionierung der Maske und des Gitters so
eingestellt wird, daß sich der erforderliche Übertragungszustand ergibt, der der
erforderlichen Positionsbeziehung entspricht. Ein spezieller Vorteil des
Lumineszenzverfahrens der vorliegenden Erfindung gegenüber dem nach dem
Patent US-A-5 837 169 betrifft die Empfindlichkeit, wobei eine verbesserte
Empfindlichkeit mit dem Lumineszenzverfahren zumindest teilweise durch die
Lichtführung erzielt wird, die von dem Wellenleiter bereitgestellt wird, in dem das
Bragg-Gitter hergestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es folgt eine Beschreibung der schrittweisen Herstellung von Abschnitten eines
Bragg-Reflexionsgitters in einem Lichtleitfaser-Wellenleiter, wobei das Verfahren
die Erfindung in einer bevorzugten Form verwirklicht. Die Beschreibung bezieht sich
auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung ist, die zur
Herstellung des Bragg-Reflexionsgitters verwendet wird,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung des Gitters ist,
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Fig. 3-5 skizzenhafte Ansichten eines Teils der Lichtleitfaser während
aufeinanderfolgender Stufen der Herstellung eines Abschnittes des Bragg-
Reflexionsgitters in dieser sind,
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Fig. 6-8 das Ausrichtverfahren erläutern, das zur Ausrichtung einer
Maske verwendet wird, die zur Herstellung des nächst benachbarten Abschnittes
des Bragg-Reflexionsgitters verwendet wird, und
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Fig. 9 eine Diagrammschreiber-Kurve ist, die bei der Ausführung des
Ausrichtverfahrens nach den Fig. 6-8 gewonnen wird.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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In Fig. 1 ist ein Abschnitt einer Länge 11 einer Monomoden-Lichtleitfaser gezeigt,
in der das Gitter hergestellt werden soll, und die leicht zwischen zwei Halterungen
12 und 13 gespannt ist, so daß sie nahezu in Kontakt mit einem Phasengitter 10a
steht, das so ausgerichtet ist, daß sich seine Gitterlinien quer zur Lichtleitfaser-
Achse vorzugsweise unter rechten Winkeln zu dieser Achse erstrecken. Ein
Argonionen-Laser 14, der einen frequenzverdoppelten Ultraviolett-Lichtausgang bei 244
nm liefert, ist mit seinem Ausgang auf das Phasengitter 10a über ein Teleskop 15,
eine Apertur 16, einen Spiegel 17 und eine Zylinderlinse 18 gerichtet. Der Spiegel
15 ist an einem Schrittmotorantrieb 19 angebracht, mit dessen Hilfe der Spiegel in
einer kontrollierten Weise in der Axialrichtung der optischen Faser 11 hin- und
herbewegt werden kann, um so den Lichtstrahl über das Phasengitter 10a in der
Axialrichtung der Faser 11 zu führen.
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Die Phasenmaske 10a ist ein Phasenkontrast-Beugungsgitter, das in einer dünnen
Platte aus Silika hergestellt ist. Zu diesem Zweck wurde die Silika-Platte mit einer
Chromschicht beschichtet, die ihrerseits durch eine Elektronenstrahl-Lithographie
mit einem Muster versehen wurde, um eine Maske für ein reaktives Ionenätzen des
darunterliegenden Silikas zu bilden. Die Tiefe der Ätzung wurde so gewählt, daß die
Beugung nullter Ordnung des Lichtes unterdrückt wird, das senkrecht auf die
Phasenmaske auftriftt. Der Laser hat einen Dauerstrich-Ausgang von ungefähr 100
mW bei 244 nm, von dem angenähert eine Hälfte durch das optische System an
der Phasenmaske auf eine im wesentlichen rechtwinklige Zone konzentriert wird,
deren Abmessungen ungefähr 6 mm · 200 um betragen, wobei die lange Achse mit
der Faserachse ausgerichtet ist. Diese Leistung hat sich als ausreichend
herausgestellt, um in einem einzigen Durchgang mit 200 um pro Sekunde des
Lichtstrahls in der Axialrichtung der nicht-hydrogenierten Faser zu schreiben, deren
Kern mit Bor und Germanium in einer Weise dotiert wurde, die ähnlich der ist, die
von D. L. Williams et al. in der Veröffentlichung mit dem Titel Enhanced UV
Photosensitivity in Boron Co-doped Germanosilicate Fibres, Electronics Leiters, 7.
Januar 1993, Band 29, Nr. 1, Seiten 45-47 beschrieben ist.
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Die vorstehenden Einzelheiten geben lediglich den Typ eines von mehreren
unterschiedlichen alternativen Verfahren an, mit denen der erste Abschnitt des
Bragg-Gitters in der Faser 11 hergestellt worden sein könnte, und insoweit
unterscheidet sich die Erfindung nicht von dem Stand der Technik.
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Im speziellen Fall eines langen Bragg-Reflexionsgitters, das in einem
Längenabschnitt einer Monomoden-Faser 11 zur Verwendung beispielsweise in der
Dispersionskompensation hergestellt wird, ist die Teilung des Gitters nicht
gleichförmig, sondern monoton von einem Ende zum anderen gechirpt, wie dies
schematisch durch die Linien 20 in der Darstellung nach Fig. 2 gezeigt ist. Zur
abschnittsweisen Herstellung eines derartigen Gitters wird eine unterschiedliche
eines Satzes von Masken zur Herstellung jedes Abschnittes verwendet, und die
Masken müssen in einer derartigen Weise verwendet werden, daß das Gitter ohne
Phasendiskontinuität an der Grenze zwischen irgendwelchen seiner benachbarten
Abschnitte hergestellt wird. Lediglich zu Erläuterungszwecken ist dieser Satz in
Fig. 2 als der Satz von 6 Masken 10a-10f dargestellt (in der Praxis werden einige
zehn Masken verwendet, um ein einziges langes Bragg-Reflexionsgitter
herzustellen). Im Fall dieser sechs Masken wird die Maske 10a zur Herstellung der
Linien 20 in dem Bereich von a-b, die Maske 10b zur Herstellung der Linien in dem
Bereich von b-c verwendet, usw. Die Maske 10a überdeckt den Bereich von a-b,
jedoch überdeckt jede der anderen Masken 10b-10f einen Bereich, der sich auch
über einen Teil des vorhergehenden Bereiches erstreckt. Somit überdeckt die
Maske 10a den Bereich von b-c, den Bereich, den es in die Faser schreibt, jedoch
auch den Teil b'-b des Bereiches a-b, der unter Verwendung der Maske 10a
geschrieben wurde. Es ist dieser Teil b'-b und die entsprechenden Teile c'-c, d'-d,
e'-e und f'-f, der gemäß dem Verfahren dieser Erfindung für Ausrichtzwecke
verwendet wird. Im speziellen Fall der Verwendung eines Satzes von Masken zur
schrittweisen Herstellung eines Bragg-Reflexionsgitters waren die
Gitterschreibstrecken b-c, c-d, usw. jeweils ungefähr 60 mm lang, und die
Überlappungsstrecken b'-b, c'-c usw., waren ungefähr 5 mm lang.
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In idealer Weise würde das Chirpen des Gitters sowohl monoton als auch
gleichförmig sein, doch war dies bei der speziellen Elektronenstrahlvorrichtung, die
zur Herstellung des Satzes von Phasenmasken verwendet wurde, kein praktischer
Vorschlag. Entsprechend wurde eine Näherung an ein gleichförmig gechirptes
Gitter geschaffen, wobei Phasenmasken verwendet werden, die statt einer
gleichförmigen Abstufung ihrer Teilung stufenweise gradiert wurden, typischerweise
mit zwischen zwei und dreihundert Schritten. Innerhalb jedes Schrittes ist die
Teilung konstant, doch ergibt sich ein gleichförmiges Fortschreiten der Steigung
von Schritt zu Schritt innerhalb der Phasenmaske von einem Ende zum anderen.
Die Präzision des E-Strahls war ausreichend, um Indexierungsprobleme zwischen
den Teilschritten irgendeiner einzelnen Phasenmaske auszuschließen.
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Zur Vereinfachung der Darstellung zeigt Fig. 2 die Masken 10a-10f in gestaffelter
Anordnung, doch befindet sich jede Maske dann, wenn sie tatsächlich zur
Herstellung ihres zugehörigen Abschnittes des Bragg-Gitters verwendet wird, in der
gleichen, einen geringen Abstand aufweisenden Beziehung mit der Faser 11, wie
sie weiter oben unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 1 bezüglich der
Positionsbeziehung zwischen der Maske 10a und der Faser 11 beschrieben wurde.
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Zweckmäßigerweise wird jede Maske 10a-10f ihrerseits auf die Position gebracht,
die vorher von der Maske 10a eingenommen wurde, und die Faser 11 wird dann
schrittweise entlang ihrer Axialrichtung um angenähert den erforderlichen Betrag
bewegt, um die erforderliche Ausrichtung zwischen dieser Maske und dem Bragg-
Gitter zu erzielen, das bereits in der Faser 11 hergestellt wurde. Wenn man sich
ausschließlich auf eine Bewegungsmessung verläßt, so kann eine derartige
schrittweise Bewegung eine Genauigkeit von typischerweise ungefähr 1-2 um
erzielen, doch ist eine größere Präzision erforderlich. Dies wird nach der
schrittweisen Bewegung und Positionsmessung durch eine Feineinstellung der
Relativposition erreicht. Diese Feineinstellung wird unter Verwendung einer eine
hohe Präzision aufweisenden Translationsstufe 21 (Fig. 1), beispielsweise einer
piezoelektrischen oder elektrostriktiven Translationsstufe, erzielt, auf der entweder
die Maske oder die Faserhalterungen 12 und 13 befestigt sind. Zur Erleichterung
der Darstellung zeigt Fig. 1 diese Faserhalterungen 12 und 13 so, als ob sie auf
der Translationsstufe befestigt sind.
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Die Art und Weise, wie die Feineinstellung erzielt wird, wird nunmehr unter
spezieller Bezugnahme auf die Fig. 3-8 beschrieben, die sich speziell auf die
Feineinstellung der Position der Maske 10b gegenüber der Faser 11 beziehen.
Diese Fig. 4-8 zeigen einen Teil der Faser 11, die zwischen b' und b nach Fig.
2 liegt. Fig. 3 zeigt einen Teil der Faser 11 mit ihrem dotierten Kern 11a und
außerdem einen Teil der Maske 10a in einer Position zur Vorbereitung der
Herstellung eines Abschnittes des Bragg-Reflexionsgitters in der Faser 11. Fig. 4
zeigt die tatsächliche Herstellung dieses Abschnittes des Gitters. Dies wird dadurch
erreicht, daß das intensive Ultraviolett-Licht von dem Laser 14 durch die Maske 10a
gelenkt wird, um ein Streifenmuster von intensiven Lichtflecken 23 zu bilden, die
durch den photorefraktiven Effekt entsprechende Volumen eines vergrößerten
Brechungsindex (und einer verringerten Absorption) in dem Kern 10a erzeugen.
Diese Volumen sind bei 24 in Fig. 5 gezeigt, die die Faser 11 nach der Entfernung
der Maske 10a zeigt. Die Fig. 6 zeigt die Situation, sobald die Maske 10b
angenähert schrittweise auf die richtige Position gegenüber der Faser bewegt
wurde und während ein Teil des Bereiches der Maske 10b, der zwischen b' und b
liegt, mit einer Abfragebeleuchtung beleuchtet wird, um ein Beugungsmuster von
Lichtflecken 25 zu erzeugen. Dieser Bereich der Maske 10b ist eine exakte
Widergabe des Bereichs der Maske 10a, die zwischen b' und b liegt.
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Entsprechend ist in dem Bereich, der zwischen b' und b liegt, die relative
Anordnung der einen vergrößerten Index und eine verringerte Absorption
aufweisenden Volumen 24, die exakt an die relative Anordnung des
Streifenmusters von durch die Maske 10a erzeugten intensiven Flecken 23
angepaßt ist, ihrerseits exakt an die relative Anordnung des Streifenmusters von
intensiven Flecken 25 angepaßt, die durch die Maske 10b erzeugt werden.
Allgemein besteht wahrscheinlich irgendeine gewisse Verschiebung zwischen den
Volumen 24 und den Flecken 25, und Fig. 6 zeigt speziell einen Fall, bei dem
diese Versetzung eine halbe Streifenperiode beträgt.
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Die Abfragebeleuchtung zur Erzeugung des Streifenmusters von Flecken 25 muß
eine Wellenlänge und Intensität haben, die als solche keine Änderungen des
photorefraktiven Effektes auf die Faser 11 hervorruft, sie muß jedoch andererseits
eine Wellenlänge aufweisen, die eine Lumineszenz in dem Wellenleiter hervorruft,
und insbesondere eine, die eine Lumineszenz hervorruft, die in den Bereichen, in
denen keine durch die Bestrahlung hervorgerufene Anhebung des Brechungsindex
vorhanden ist, stärker ist, als in den Bereichen, in denen eine derartige
Indexerhöhung aufgetreten ist. Für die spezielle Faserzusammensetzung und die
Beleuchtungsbedingungen, die vorstehend angegeben wurden, hat es sich
herausgestellt, daß diese Kriterien in ausreichender Weise durch die Verwendung
der gleichen Wellenlänge (244 nm) jedoch unter Verringerung der Intensität an der
Maske um ungefähr 20 dB erfüllt werden.
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Wenn die positionsbestimmende schrittweise Bewegung, die die Maske 10b
angenähert auf die erforderliche Position gegenüber der Faser 11 bringt, jedoch die
exakte Position um angenähert eine halbe Streifenperiode verfehlt, so sind die
Abfrageflecken in der in Fig. 6 gezeigten Weise mit den einen relativ niedrigeren
(weniger verstärkten) Brechungsindexindex aufweisenden Bereichen ausgerichtet,
die zwischen benachbarten, einen relativ höheren (stärker erhöhten)
Brechungsindex aufweisenden Bereichen 24 liegen. Wenn die exakte Position um ungefähr
ein Viertel einer Streifenperiode verfehlt ist, so würde die Situation so sein, wie dies
in Fig. 7 gezeigt ist, wobei die Abfrageflecken 25 nur zur Hälfte mit den einen
relativ höheren Brechungsindex aufweisenden Bereichen 24 ausgerichtet sind.
Wenn sich zufällig die exakte erforderliche Ausrichtung ergeben würde, so würden
die Abfrageflecken vollständig mit den einen relativ höheren Brechungsindex
aufweisenden Bereichen 24 ausgerichtet sein, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.
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Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die hellen Abfrageflecken 25 eine eine
höhere Intensität aufweisende Lumineszenz in den einen relativ niedrigeren
(weniger verstärkten) Brechungsindex aufweisenden Bereichen erzeugen, als in
den einen relativ höheren (mehr verstärkten) Brechungsindex aufweisenden
Bereichen, ist es klar, daß der Fall nach Fig. 8, nämlich die Positionsbeziehung,
die insbesondere erforderlich ist, um Phasendiskontinuitäten an den Grenzen
zwischen benachbarten Abschnitten zu vermeiden, der Fall ist, der die minimale
Lumineszenz ergibt, weil dies der Fall ist, bei dem alle hellen Abfrageflecken mit
Bereichen eines stärker vergrößerten Brechungsindex ausgerichtet sind, die
aufgrund dieser Vergrößerung Bereiche der geringsten Lumineszenz sind. Eine
ähnliche Begründung zeigt, daß die Situation nach Fig. 6 die Situation ist, die eine
maximale Lumineszenz ergibt. Die piezoelektrische Translationsstufe 21 wird daher
so betrieben, daß sie periodisch die relative Positionierung der Maske 10b und der
Faser 11 ändert, während gleichzeitig das Ausgangssignal eines Photodetektors 22
(Fig. 1) überwacht wird, der so angeordnet ist, daß er den Teil der Lumineszenz
erfaßt, die von der Faser 11 zu einem Ende hiervon geführt wird.
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Um diese Abfrage und Überwachung durchzuführen, ist die Kombination eines
Dämpfungsgliedes 26 (Fig. 1), der eine Dämpfung von ungefähr 20 dB ergibt, und
eines optischen Zerhackers 27 in dem Pfad des Lichtes von dem Laser eingefügt,
beispielsweise an den Positionen, die durch die gestrichelten Linien 26' und 27'
gezeigt sind. Das Ausgangssignal des Photodetektors 22 wird dann einem
phasenabhängigen Detektor 28 zugeführt, dem ein Phasenbezugssignal von dem
Zerhacker 27 zugeführt wird. Fig. 9 zeigt eine Diagrammschreiber-Kurve, die
zeigt, wie sich für einen repräsentativen Abfragevorgang die Amplitude des
Ausgangssignals des phasenabhängigen Detektors als eine Funktion der
Ansteuerung ändern, die dem piezoelektrischen Element der eine hohe Präzision
aufweisenden Translationsstufe 21 zugeführt wird. In dem speziellen Fall, bei dem
keine Phasendiskontinuität zwischen benachbarten Abschnitten erforderlich ist, wird
die Ansteuerung daher auf ein Minimum der Diagrammschreiber-Kurve nach Fig.
9 eingestellt, und während diese Position beibehalten wird, wird der zweite
Abschnitt des Gitters, der Abschnitt von b-c, in der Faser 11 erzeugt.
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Das Verfahren zur Ausrichtung und zum Schreiben mit den dritten und
nachfolgenden Masken (Masken 10c und folgende) befolgt die gleichen Verfahren,
die vorstehend bezüglich der Ausrichtung und des Schreibens mit der zweiten
Maske (Maske 10b) umrissen wurden.