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WO2020039079A1 - Verfahren zur herstellung eines optischen bauelementes mittels laserstrahlung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines optischen bauelementes mittels laserstrahlung Download PDF

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WO2020039079A1
WO2020039079A1 PCT/EP2019/072605 EP2019072605W WO2020039079A1 WO 2020039079 A1 WO2020039079 A1 WO 2020039079A1 EP 2019072605 W EP2019072605 W EP 2019072605W WO 2020039079 A1 WO2020039079 A1 WO 2020039079A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
optical
refractive index
laser radiation
modification
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2019/072605
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Per SIEMS
Stefan Nolte
Daniel Richter
Ria KRÄMER
Thorsten Albert GOEBEL
Maximilian Heck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority to CA3114273A priority Critical patent/CA3114273A1/en
Priority to EP19769385.6A priority patent/EP3841412A1/de
Priority to US17/270,470 priority patent/US20210402512A1/en
Publication of WO2020039079A1 publication Critical patent/WO2020039079A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optical component by means of laser radiation.
  • the target parameters determine the optical function of the structure produced, for example for a Bragg grating the dispersion and the central working wavelength, ie wavelength of maximum reflection (or minimum transmission). Possible reasons include material inhomogeneities or, in the case of optical waveguides (e.g. optical fibers), material deviations between different waveguides (at Multicore fibers or waveguide systems) or along the respective waveguide.
  • optical waveguides e.g. optical fibers
  • the generation of the structure itself, which determines the optical functionality can also lead to deviations from the specified target parameters (eg due to the introduction of heat and the resulting material stresses). Such deviations can hardly be compensated for or corrected in the production of the optical components in the prior art.
  • the invention achieves this object by a method according to claim 1, which comprises the following method steps:
  • pre- and post-processing is carried out to reduce undesired deviations and to achieve the most precisely desired target parameters.
  • the invention is suitable for the production of components with different functionalities, with periodic or also aperiodic structures, in mostly transparent components, such as optical fibers.
  • deviations from target parameters in an already structured component are first determined, for which purpose microscopy methods such as phase contrast or nonlinear microscopy (SHG, THG) are suitable.
  • Material deviations from the desired structure can also be determined by means of spatially resolved Raman spectroscopy. Above all, deviations in the spectral properties can be determined by means of spectroscopy. If an interferometer is also used, the dispersive function can also be measured. On this basis, refractive index modifications can then be introduced according to the invention in the postprocessing step in order to correct the determined deviations from the target parameters in a targeted and precise manner.
  • Pulsed laser radiation is expediently used to modify the material of the component in the pre- or post-processing step, the pulse duration being 10 fs to 10 ps and the central wavelength being in the range from 150 nm to 10 pm.
  • a short-pulse laser (or ultra-short-pulse laser) of known and commercially available type is expediently used as the source for generating such laser radiation, for example a titanium-sapphire laser or a mode-locked fiber laser, in which an optical fiber doped with rare earth ions is used as the laser medium is optically pumped by means of a laser diode.
  • the laser radiation generated is expediently amplified by means of one or more optical amplifiers, which are also known and commercially available.
  • beam shaping and / or beam deflection of the laser radiation directed onto the component takes place in the pre- and / or post-processing step in order to specifically produce a spatially variable modification of the refractive index in the material of the component.
  • the Beam shaping / or beam deflection is expediently carried out by means of controllable focusing optics and / or adaptive optics.
  • the spatially variable modification of the refractive index of the structure determining the optical functionality in the material of the component is advantageously superimposed, so that the finished component fulfills the objectives with high precision.
  • Adaptive optics are particularly suitable for deflecting and focusing the laser radiation.
  • the adaptive optics can be used to modify the intensity curve across the cross section of the laser beam and thus to shape the beam.
  • the necessary change in direction and focusing of the laser beam is achieved by the deflecting and focusing optics, for which purpose it is expediently controlled by a control computer during the pre- and / or post-processing step.
  • a combination of deflecting mirror and focusing optics in the form, for example, of an adjustable arrangement of spherical or cylindrical lenses or also free-form optics and / or curved mirrors
  • Alternative realizations are possible, for example based on diffractive optics.
  • the combination of static optical components with adjustable optical components for pre- and / or post-processing enables flexible local and also large-area modification.
  • the beam shaping is preferably carried out by means of adaptive optics.
  • Adaptive optical elements are known per se from the prior art, for example in the form of mechanically deformable or adjustable mirrors or lenses.
  • the adaptive optical element enables static or dynamic control of the beam shape.
  • an adaptive optical element is any element which enables an adaptable control of the wave front and intensity profile of the laser radiation. This enables precise control of the intensity and wave front course in the material of the component.
  • Any statically or dynamically adaptable reflective or transmissive element known from the prior art which modifies the beam shape is suitable as an adaptive optical element.
  • the targeted It is possible to influence the resulting modification because, for example, by using permanent or dynamically adaptive mirrors, undesirable local material deviations in the material can be flexibly addressed individually.
  • the pulse energy, the repetition rate and / or the number of laser pulses applied in the material of the component per volume or per area can advantageously be varied in the pre-processing and / or post-processing step to generate the spatially variable modification.
  • the laser or an associated pulse picker or attenuator
  • the control computer used for the pre- and / or post-processing of the component can be controlled in a correspondingly simple manner with the control computer used for the pre- and / or post-processing of the component.
  • the component is clamped in a holder during the modification of the refractive index, and / or an immersion liquid is used to couple the laser radiation into the material of the component.
  • a possible surface curvature or curvature of the component e.g. curvature of the fiber surface
  • An immersion liquid improves the coupling of the laser radiation into the material of the component.
  • the method according to the invention is advantageously suitable for producing optical components such as optical waveguides or optical waveguide systems, in particular optical single-core or multi-core fibers (with or without coating).
  • the laser radiation used to modify the refractive index during post-processing can also be coupled axially into the fiber.
  • the optical functionality of the component can be that of an optical grating, in particular a fiber Bragg grating, an aperiodic fiber Bragg grating, a long-period grating or a volume Bragg grating.
  • the target parameter to be set according to the invention can be a central working wavelength and / or a dispersion of the component. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the refractive index modification according to the invention: a) uniform modification, b) linearly increasing modification of the refractive index, c) variable modification;
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an optical arrangement used for the method according to the invention.
  • the diagrams in FIG. 1 show different refractive index profiles n (x) along the longitudinal axis x of an optical waveguide.
  • the solid curve indicates the refractive index profile n (x), which was initially created as a structure in the material of component 1 in order to give the component its optical functionality, here a periodic structure (Bragg grating) as a narrow-band reflector.
  • the arrow in each of the diagrams indicates how the refractive index is modified in a post-processing step, so that the refractive index profile n (x) is then obtained in accordance with the respective dashed curve.
  • the local change in the refractive index does not always have to be positive.
  • FIG. 2 schematically shows an arrangement with which, according to the invention, a refractive index modification can be introduced into the material of the component in a pre- or post-processing step.
  • Suitable as materials for the component 1 to be processed are all types of transparent, partially transparent or absorptive materials (for the laser central wavelength used in each case), which can be present, for example, as optical fibers with and without coating, as bulk materials with and without waveguides, etc.
  • the use of the ultra-short laser pulses enables the material to be modified locally. This enables a highly localized change in the refractive index.
  • the ultra-short pulses of laser radiation allow the modification of transparent (or partially transparent) materials.
  • the area to be processed in the material of the component is appropriately addressed by means of beam shaping or scanning the laser beam.
  • the strength of the change in refractive index can be controlled, among other things, by the pulse energy, the number of pulses per surface or per volume and the repetition rate of the laser.
  • the centrally reflected wavelength of a Bragg grating can be changed.
  • a refractive index modification increasing (or decreasing) towards one side of the component, as shown in FIG. 1b, can be used to change the dispersive and reflective properties.
  • non-linear courses of the refractive index modification are conceivable in order to obtain the desired complex dispersion and reflection profiles.
  • An example of what such a non-linear curve, imprinted on a periodic structure, can look like is shown in FIG. 1 c.
  • imaging focusing optics 3 comprising spherical or cylindrical lenses, free-form optics, curved mirrors, etc.
  • flexible adaptive optics 4 for beam shaping for the purpose of targeted local modification .
  • the laser radiation can also be coupled into the latter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelementes (1) mittels Laserstrahlung. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren bereit zu stellen, das die Korrektur von Abweichungen der optischen Funktionalität des Bauelementes von vorgegebenen Zielparametern ermöglicht. Hierzu umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung die folgenden Verfahrensschritte: - Erzeugung einer Struktur im Material des Bauelementes (1), die dem Bauelement (1) eine optische Funktionalität verleiht, und - Modifikation der Brechzahl im Material des Bauelementes (1) mittels Laserstrahlen in einem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt, d.h. vor bzw. nach der Erzeugung der Struktur, um Abweichungen der optischen Funktionalität des Bauelementes (1) von vorgegebenen Zielparametern zu korrigieren.

Description

Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelementes mittels Laserstrahluna Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelementes mittels Laserstrahlung.
Zur Herstellung von optischen Komponenten, um diese mit bestimmten Funktionalitäten auszustatten, gibt es verschiedenste Ansätze. Dabei hat sich insbesondere die Verwendung von kurzen oder ultrakurzen Laserpulsen (Pulsdauer im fs- bis ps-Bereich) zur Modifikation von transparenten, partiell transparenten oder auch absorptiven Materialien im Volumen oder an der Oberfläche als Schlüsselwerkzeug bewährt. Das Material des Bauelementes wird lokal begrenzt durch die hohe Leistung der Laserpulse erhitzt, ob bis zu der Schwelle, ab der durch den einzelnen Laserpuls ein Plasma im Material erzeugt wird, oder darunter. Im Ergebnis wird eine Struktur als entsprechende lokal begrenzte Modifikation des Brechungsindex im Material des Bauelementes im Fokus der Laserstrahlung erzeugt, die Basis für die Funktion ist, z.B. als optisches Gitter.
Unabhängig von der gewählten Methode zur Erzeugung der Brechzahlmodi- fikationen, die dem Bauelement seine Funktionalität verleihen, kann es zu Abweichungen von den Zielparametern kommen. Die Zielparameter bestimmen die optische Funktion der erzeugten Struktur, z.B. für ein Bragg-Gitter die Dispersion und die zentrale Arbeitswellenlänge, d.h. Wellenlänge maximaler Reflektion (bzw. minimaler Transmission). Mögliche Gründe sind unter anderem Materialinhomogenitäten oder, im Fall von optischen Wellenleitern (z.B. optischen Fasern), Materialabweichungen zwischen verschiedenen Wellenleitern (bei Mehrkernfasern oder Wellenleitersystemen) oder entlang des jeweiligen Wellenleiters. Auch die Erzeugung der die optische Funktionalität bestimmenden Struktur selbst kann dazu führen, dass es zu Abweichungen von vorgegebenen Zielparametern kommt (z.B. durch den Eintrag von Wärme und die daraus resultierenden Materialspannungen). Solche Abweichungen lassen sich im Stand der Technik kaum bei der Herstellung der optischen Bauelemente kompensieren oder korrigieren.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um diesen Problemen zu begegnen. Z.B. wird im Herstellungsprozess von Wellenleitern oder Wellenleitersystemen, z.B. Mehrkernfasern, viel Aufwand betrieben, um die Wellenleiter möglichst gleichförmig sowohl hinsichtlich der Symmetrie als auch der Materialbeschaffenheit zu erzeugen. Für Wellenleitersysteme mit nur einem Wellenleiter können sowohl thermisch als auch über Einwirkung mechanischer Kraft die Materialabweichungen in bestimmten Grenzen korrigiert werden. Dies ist kaum mehr umsetzbar, wenn das Wellenleitersystem mehr als einen Wellenleiter aufweist, da immer alle Wellenleiter in ähnlicher Weise beeinflusst werden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren bereit zu stellen, das die Korrektur von Abweichungen der optischen Funktionalität des Bauelementes von vorgegebenen Zielparametern ermöglicht.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
Erzeugung einer Struktur im Material des Bauelementes, die dem Bauelement eine optische Funktionalität verleiht, und
Modifikation der Brechzahl im Material des Bauelementes mittels Laserstrahlen in einem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt, d.h. vor bzw. nach der Erzeugung der Struktur, um Abweichungen der optischen Funktionalität des Bauelementes von vorgegebenen Zielparametern zu korrigieren. Erfindungsgemäß erfolgt eine Vor- und Nachbearbeitung zur Reduzierung von unerwünschten Abweichungen und zur möglichst präzisen Erreichung der gewünschten Zielparameter. Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von Bauelementen mit verschiedenen Funktionalitäten, mit periodischen oder auch aperiodischen Strukturen, in meist transparenten Bauelementen, wie z.B. optischen Fasern. Bei einer möglichen Ausgestaltung werden Abweichungen von Zielparametern bei einem bereits strukturierten Bauelement zunächst ermittelt, wozu sich unter anderem Mikroskopiemethoden, wie Phasen kontrast- oder nichtlineare Mikroskopie (SHG, THG) eignen. Auch mittels ortsaufgelöster Raman- Spektroskopie können Materialabweichungen von der gewünschten Struktur ermittelt werden. Vor allem können mittels Spektroskopie Abweichungen der spektralen Eigenschaften ermittelt werden. Wird zusätzlich ein Interferometer verwendet, kann auch die dispersive Funktion vermessen werden. Auf dieser Basis können dann in dem Nachbearbeitungsschritt erfindungsgemäß Brechzahlmodifikationen eingebracht werden, um die festgestellten Abweichungen von den Zielparametern gezielt und präzise zu korrigieren.
Für die Modifikation des Materials des Bauelementes in dem Vor- oder Nachbearbeitungsschritt wird zweckmäßig gepulste Laserstrahlung verwendet, wobei die Pulsdauer 10 fs bis 10 ps beträgt und die Zentralwellenlänge im Bereich von 150 nm bis 10 pm liegt. Als Quelle zur Erzeugung derartiger Laserstrahlung dient zweckmäßig ein Kurzpulslaser (oder Ultrakurzpulslaser) an sich bekannter und kommerziell verfügbarer Art, beispielsweise ein Titan-Saphir-Laser oder auch einen modengekoppelter Faserlaser, bei dem als Lasermedium eine mit Seltenerdionen dotierte optische Faser zum Einsatz kommt, die mittels einer Laserdiode optisch gepumpt wird. Zur Erzielung der erforderlichen Leistungen wird die erzeugte Laserstrahlung zweckmäßig mittels eines oder mehrerer optischer Verstärker ebenfalls an sich bekannter und kommerziell verfügbarer Art verstärkt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in dem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt eine Strahlformung und/oder eine Strahlablenkung der auf das Bauelement gerichteten Laserstrahlung, um eine räumlich veränderliche Modifikation der Brechzahl im Material des Bauelementes gezielt zu erzeugen. Die Strahlformung/oder Strahlablenkung erfolgt dabei zweckmäßig mittels einer steuerbaren Fokussieroptik und/oder einer adaptiven Optik. Als Resultat des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhaft die räumlich veränderliche Modifikation der Brechzahl der die optische Funktionalität bestimmenden Struktur im Material des Bauelementes überlagert, so dass das fertige Bauelement mit hoher Präzision die Zielvorgaben erfüllt. Für die Ablenkung und Fokussierung der Laserstrahlung eignet sich besonders eine adaptive Optik. Die adaptive Optik kann genutzt werden, um den Intensitätsverlauf über den Querschnitt des Laserstrahls zu modifizieren und so den Strahl zu formen. Die notwendige Richtungsänderung und Fokussierung des Laserstrahls wird durch die Ablenk- und Fokussieroptik erreicht, wozu diese zweckmäßig während des Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritts von einem Steuerrechner angesteuert wird. Im einfachsten Falle wird eine Kombination aus Umlenkspiegel und Fokussieroptik (in Form z.B. einer verstellbaren Anordnung aus sphärischen oder zylindrischen Linsen oder auch Freiformoptiken und/oder gekrümmten Spiegeln) verwendet. Alternative Realisierungen sind möglich, zum Beispiel auf Basis diffraktiver Optiken. Damit ist eine gezielte lokale sowie auch großflächige Vor- und/oder Nachbearbeitung möglich, z.B. indem der für die Brechzahlmodifikation verwendete Laserstrahl über das Bauelement geführt (gescannt) wird. Durch die Kombination von statischen optischen Komponenten mit verstellbaren optischen Komponenten für die Vor- und/oder Nachbearbeitung kann eine flexible lokale und auch großflächige Modifikation erfolgen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Strahlformung vorzugsweise mittels einer adaptiven Optik. Adaptive optische Elemente sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel in Form von mechanisch deformierbaren oder verstellbaren Spiegeln oder Linsen. Das adaptive optische Element ermöglicht eine statische oder dynamische Kontrolle der Strahlform. Im Sinne der Erfindung ist ein adaptives optisches Element jedwedes Element, das eine anpassbare Kontrolle des Wellenfront- und Intensitätsverlaufes der Laserstrahlung ermöglicht. Dadurch wird eine präzise Kontrolle des Intensitäts- und Wellenfrontverlaufes im Material des Bauelementes ermöglicht. Als adaptives optisches Element eignet sich jedwedes aus dem Stand der Technik bekanntes statisch oder dynamisch anpassbares reflektives oder transmissives Element, das die Strahlform modifiziert. Durch die erfindungsgemäß eingesetzte adaptive Optik ist die gezielte Beeinflussung der resultierenden Modifikation möglich, da zum Beispiel durch die Verwendung von permanenten oder dynamisch adaptiven Spiegeln unerwünschte lokale Materialabweichungen im Material flexibel einzeln adressiert werden können. Vorteilhaft kann in dem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt zur Erzeugung der räumlich veränderlichen Modifikation die Pulsenergie, die Repetitionsrate und/oder die Anzahl der im Material des Bauelementes pro Volumen oder pro Fläche applizierten Laserpulse variiert werden. Hierfür kann mit dem für die Vor- und/oder Nachbearbeitung des Bauelementes verwendeten Steuerrechner der Laser (oder ein zugehöriger Pulspicker oder Abschwächer) entsprechend auf einfache Weise angesteuert werden.
Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bauelement während der Modifikation der Brechzahl in einer Halterung eingespannt, und/oder zur Einkopplung der Laserstrahlung in das Material des Bauelementes wird eine Immersionsflüssigkeit verwendet. Durch die Halterung kann eine mögliche Oberflächenkrümmung bzw. -Verkrümmung des Bauelementes (z.B. Krümmung der Faseroberfläche) überwunden werden. Eine Immersionsflüssigkeit verbessert die Einkopplung der Laserstrahlung in das Material des Bauelementes. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhaft zur Herstellung von optischen Bauelementen wie Lichtwellenleitern oder Lichtwellenleitersystemen, insbesondere optischen Ein- oder Mehrkernfasern (mit oder ohne Coating). Bei Fasern mit Coating (z.B. aus Polymermaterial) kann die zur Modifikation der Brechzahl bei der Nachbearbeitung verwendete Laserstrahlung auch in die Faser axial eingekoppelt werden.
Die optische Funktionalität des Bauelementes kann diejenige eines optischen Gitters, insbesondere eines Faser-Bragg-Gitters, eines aperiodischen Faser- Bragg-Gitters, eines langperiodischen Gitters oder eines Volumen-Bragg-Gitters sein. Der erfindungsgemäß einzustellende Zielparameter kann eine zentrale Arbeitswellenlänge und/oder eine Dispersion des Bauelementes sein. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Illustration der Brechzahl- modifikation gemäß der Erfindung: a) gleichmäßige Modifikation, b) linear ansteigende Modifikation der Brechzahl, c) variable Modifikation;
Fig. 2 schematische Darstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten optischen Anordnung.
Die Diagramme der Figur 1 zeigen verschiedene Brechzahlprofile n(x) entlang der Längsachse x eines Lichtwellenleiters. Die durchgezogene Kurve gibt jeweils das Brechzahlprofil n(x) an, das als Struktur im Material des Bauelementes 1 zunächst erzeugt wurde, um dem Bauelement seine optische Funktionalität zu verleihen, hier eine periodische Struktur (Bragg-Gitter) als schmalbandiger Reflektor. Der Pfeil in jedem der Diagramme deutet an, wie die Brechzahl in einem Nachbearbeitungsschritt modifiziert wird, so dass sich dann das Brechzahlprofil n(x) gemäß der jeweiligen gestrichelten Kurve ergibt. Die lokale Änderung der Brechzahl muss dabei nicht zwingend immer positiv sein.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung, mit der erfindungsgemäß in einem Vor- oder Nachbearbeitungsschritt eine Brechzahlmodifikation in das Material des Bauelementes eingebracht werden kann.
Als Laserquelle dient ein Ultrakurzpulslaser 2 mit einer Zentralwellenlänge aus dem Bereich 150 nm bis 10 miti, mit möglichen Pulslängen im Bereich von 10 fs bis 10 ps. Als Materialien des zu bearbeitenden Bauelementes 1 sind alle Arten von transparenten, teiltransparenten oder absorptiven Materialen (für die jeweils verwendete Laserzentralwellenlänge) geeignet, welche z.B. als optische Faser mit und ohne Coating, als Volumenmaterial mit und ohne Wellenleiter usw. vorliegen können. Um eine mögliche Oberflächenkrümmung oder eine sonstige Verkrümmung des Bauelementes (z.B. Krümmung der Faseroberfläche) zu überwinden, kann sich dieses auch in einer entsprechenden Halterung (nicht dargestellt) befinden, wahlweise ergänzt durch eine Immersionsflüssigkeit zur Einkopplung der zur Brechzahlmodifikation verwendeten Laserstrahlung. Die Verwendung der ultrakurzen Laserpulse ermöglicht das lokale Modifizieren des Materials. Damit ist eine stark lokalisierte Änderung des Brechungsindex möglich. Darüber hinaus ermöglichen die ultrakurzen Pulse der Laserstrahlung die Modifizierung von transparenten (oder teiltransparenten) Materialien. Der zu bearbeitende Bereich im Material des Bauelementes wird zweckmäßig mittels Strahlformung oder Scannen des Laserstrahls adressiert. Die Stärke der Brechzahländerung kann unter anderem durch die Pulsenergie, die Anzahl der Pulse pro Fläche oder pro Volumen und die Repetitionsrate des Lasers kontrolliert werden.
Mit einer gleichförmigen Änderung des Brechungsindex, wie in Figur 1 a dargestellt, lässt sich die zentral reflektierte Wellenlänge eines Bragg-Gitters verändern.
Eine zu einer Seite des Bauelementes hin ansteigende (oder absinkende) Modifikation des Brechungsindex, wie in Figur 1 b dargestellt, kann zu einer Veränderung der dispersiven und reflektiven Eigenschaften genutzt werden. Darüber hinaus sind nichtlineare Verläufe der Brechzahlmodifikation denkbar, um gezielt gewünschte komplexe Dispersions- und Reflexionsprofile zu erhalten. Ein Beispiel dafür, wie ein solcher nichtlinearer Verlauf, aufgeprägt auf eine periodische Struktur, aussehen kann, ist in Figur 1 c gezeigt.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vor- oder Nachbearbeitung können verschiedene optische Anordnungen verwendet werden. Z.B. kann, wie in Figur 2 angedeutet, eine abbildende Fokussieroptik 3 (umfassend sphärische oder zylindrische Linsen, eine Freiformoptik, gekrümmte Spiegel etc.), bei Bedarf auch in Kombination mit einer flexiblen adaptiven Optik 4 zur Strahlformung zum Zwecke der gezielten lokalen Modifikation verwendet werden. Damit ist sowohl eine großflächige wie auch lokale Vor- und/oder Nachbearbeitung möglich. Für den Fall einer Nachbearbeitung von Strukturen innerhalb oder im Wirkungsbereich eines Lichtwellenleiters (z.B. innerhalb einer gecoateten Faser) kann die Laserstrahlung auch in diesen eingekoppelt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelementes (1 ) mittels Laserstrahlung, mit den folgenden Verfahrensschritten:
- Erzeugung einer Struktur im Material des Bauelementes (1 ), die dem Bauelement (1 ) eine optische Funktionalität verleiht, und
Modifikation der Brechzahl im Material des Bauelementes (1 ) mittels Laserstrahlen in einem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt, d.h. vor bzw. nach der Erzeugung der Struktur, um Abweichungen der optischen Funktionalität des Bauelementes (1 ) von vorgegebenen Zielparametern zu korrigieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Modifikation der Brechzahl in dem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt verwendete Laserstrahlung gepulst ist, wobei die Pulsdauer 10 fs bis 10 ps beträgt und die Zentralwellenlänge im Bereich von 150 nm bis 10 pm liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritt eine Strahlformung und/oder eine Strahlablenkung der auf das Bauelement (1 ) gerichteten Laserstrahlung erfolgt, um eine räumlich veränderliche Modifikation der Brechzahl im Material des Bauelementes (1 ) zu erzeugen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Strahlformung/oder Strahlablenkung mittels einer Fokussieroptik (3) und/oder einer adaptiven Optik (4) erfolgt. io
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich veränderliche Modifikation der Brechzahl der die optische Funktionalität bestimmenden Struktur im Material des Bauelementes (1 ) überlagert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der räumlich veränderlichen Modifikation die Pulsenergie, die Repetitionsrate und/oder die Anzahl der im Material des Bauelementes (1 ) pro Volumen oder pro Fläche applizierten Laserpulse variiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1 ) während der Modifikation der Brechzahl in einer Halterung eingespannt ist und/oder zur Einkopplung der Laserstrahlung in das Material des Bauelementes (1 ) eine Immersionsflüssigkeit verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (1 ) ein Lichtwellenleiter oder ein Lichtwellenleitersystem, insbesondere eine optische Ein- oder Mehrkernfaser ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktionalität diejenige eines optischen Gitters, insbesondere eines Faser-Bragg-Gitters, eines aperiodischen Faser- Bragg-Gitters, eines langperiodischen Gitters oder eines Volumen-Bragg-Gitters ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielparameter eine zentrale Arbeitswellenlänge und/oder eine Dispersion des Bauelementes (1 ) bestimmen.
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