两次及多次曝光采样布拉格光栅及制作方法技术

两次及多次曝光采样布拉格光栅，其中两次全息曝光形成的基于重构－等效啁啾技术的采样布拉格光栅，在一个采样区间分成长度相等的两个部分，写入两种不同相位的布拉格光栅。两个部分包含的布拉格光栅之间的相位差为π时，０级及所有其他偶数级影子光栅消失，±１级强度达到最大值，为均匀ＤＦＢ结构光栅的６４％，是一次曝光采样光栅±１级强度的两倍。将采样布拉格光栅每个采样分成等距离的ｍ个部分，每个采样的中的第ｎ部分的相位是ｎ×（２π／ｍ），该采样光栅的１级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格光栅的ｍ／π×ｓｉｎ（π／ｍ）×１００％；或者每个采样的中的第ｎ部分的相位是－ｎ×（２π／ｍ），该采样光栅的－１级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格光栅的ｍ／π×ｓｉｎ（π／ｍ）×１００％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子
，涉及光通信，光纤传感等方面。与分布反馈半导体 激光器、分布反馈半导体无源器件、分布反馈光纤激光器、分布反馈光纤无源器件等 有关，涉及复杂分布反馈器件的设计与制作，广泛应用于各类光波导，广泛适用于各类采样结构。更具体而言，是基于重构一等效啁啾技术制备分布反馈(DFB)器件的 设计和制作。二
技术介绍
二十一世纪，是信息技术的世纪。光通信随着信息技术的发展突飞猛进、日新月 异。光通信技术日新月异的同时，光通信器件所遇到的挑战也越来越多。如何满足市 场对光通信器件的要求，生产制造出低成本和高性能的光通信产品，已成为当今光通 信行业最为关注的话题。在各类光通信器件中，布拉格(Bragg)光栅应用非常广泛，诸如光纤激光器、 半导体激光器、色散补偿多信道滤波器、光纤传感器、光码分多址(OCDMA)编解码 器等等。然而，若要在布拉格光栅中实现精确的性能设计、复杂的滤波特性、准确的 相移和啁啾等，非常尖端而昂贵的纳米级制造技术是不可或缺的。光通信器件的研发， 其根本目的在于产业化，为通信事业的发展添砖加瓦，而其制造难度和过高的成本却 是产业化遇到的最大问题。尤其是基于半导体材料的光通信器件，如半导体激光器阵 列，制造技术是其目前无法量产的根源之所在。全息曝光技术(holographic Uthography)能够形成DFB光栅结构，是制作低成 本DFB器件的有效手段。但基于传统全息曝光技术制成的折射率耦合DFB器件的 Bragg光栅是相对简单的均匀(uniform)结构，艮卩，器件中包含的Bragg光栅具有相 同的光栅周期。全息曝光技术成本极低，且适于批量生产。但全息曝光技术制成的无 源器件，只具有简单的滤波功能；制成的有源器件(激光器)，理论上是双模工作的。 在实际应用中因为激光器两侧端面反射相位不同，可以实现单模激射。但其反射相位 具有随机性，其单模成品率不高；且高速调制时，其边模抑制比(SMSR)小于20dB， 完全无法满足高速光通信的需要。电子束曝光技术(electron beam lithography)能够形成非常复杂的DFB光栅结 构，在科研上常被用来制作复杂的微结构非常成功，并且可以用来研制非常复杂的高 性能、高成品率DFB激光器，包括DWDM系统应用的激光器芯片等。但电子束曝光 技术的设备一次性投入非常大，运行成本高，并且当芯片结构多样化、细微结构差别 较大、结构变化密度很高时，需精细刻写，导致所需要的运行时间成倍增加，使制作 结构复杂的DWDM激光器芯片的成本较高，难以适应未来低成本、高性能芯片开发、 生产的需要。为使高性能器件能够量产，重构一等效啁啾(Reconstruction-equivalent-chirp)技术(REC技术)应运而生。通过在布拉格光栅上进行整体性的采样(sample)调制，重构一等效啁啾技术能够在亚微米甚至微米精度实现复杂的结构特性；同时重构一等 效啁啾技术使用最为普通的全息曝光技术，使具有复杂结构的器件具备量产的可能。 重构一等效啁啾技术通过对全息曝光形成的均匀光栅进行采样调制(在半导体器 件中，采样调制精度为亚微米；在光纤器件中，采样调制精度为亚毫米)，已经实现 了多种高性能光纤器件，也在半导体平面波导器件获得成功，其中最典型的是光码分 多址(OCDMA)编解码片，打破了由日本OKI公司/日本国家通信研究所/大阪大学 保持的最高OCDMA编解码片数世界记录。重构一等效啁啾技术与等效啁啾技术密切相关，这种等效啁啾技术的特点是采用亚微米精度就可制作具有所需等效啁啾的布拉 格光栅。这种特殊布拉格光栅是采样布拉格光栅。采样布拉格光栅有多个反射峰，每个反射峰代表一个影子光栅(ghost grating),对应一个傅立叶系数。离中心布拉格 波长最近的分别在中心波长的左边(较短的波长)和右边(较长的波长)的两个反射峰分 别代表傅立叶系数+1和-1的影子光栅，其作用与普通均匀(uniform)布拉格光栅(非 采样布拉格光栅)相同。因此用复杂采样周期的分布形成复杂的+1或-1级的影子光 栅，可以代替普通布拉格光栅，称为等效光栅。等效光栅可以取代普通布拉格光栅实 现相同性能。其复杂特性可通过改变采样光栅的采样周期分布获得。采样周期一般要 远远大于光栅周期，因此可以极大的简化其制作程序。此方法具有很大的成本优势和 技术特色，并可以设计具有不同光学响应的等效光栅，而无需改变其布拉格光栅周期。 等效光栅还可用以实现各种复杂的等效啁啾和等效相移，而其性能与真实啁啾和真实 相移完全一致。等效啁啾技术完全保证一阶等效啁啾、二阶等效光栅啁啾、高阶等效光栅啁啾等 可以相互独立得到。戴一堂、陈向飞等人在中国专利技术专利"DS—OCDMA系统编码解 码所用的采样光纤光栅及其制作方法"中提 出了等效相移概念。戴一堂、陈向飞等人在中国专利技术专利"一种基于光纤光栅的多信 道滤波器制作方法"和文献"采用重构和等效啁啾方法、可以 在一个信道内得到预定响应的采样布拉格光栅"中提出一种设计和制作具有任意物理可实现滤波特性的等效光栅的方法和技 术。这种技术是一种结合重构技术和等效啁啾技术的新技术，我们称之为重构一等效 啁啾技术(REC技术)。使用重构一等效啁啾技术，在亚微米精度的普通实验平台上， 可根据所需设计和制作出具有各种复杂特性的等效光栅。然而，重构一等效啁啾技术获得重大应用前景的同吋，也存在两个固有的弱点。 第一，重构一等效啁啾技术一般采用+1 (或-1)级影子光栅，在相同的折射率调制情 况下，其有效光栅强度仅有均匀DFB结构光栅的32L要达到相同的光栅强度，只能 增加折射率调制或者延长光栅长度。第二，重构一等效啁啾技术的采样结构会引入多 个影子光栅，而仅有其中的+1 (或-1)级影子光栅被使用到，其余各影子光栅，尤其 是0级和-1 (或+1)级影子光栅会对器件性能产生极大负面影响。例如，在基于重构 —等效啁啾技术的光纤激光器中，需要引入等效啁啾，以大幅降低其0级等激射的可 能性。这两个固有的弱点使得重构一等效啁啾技术在实现性能优异的器件的过程中， 需要比普通布拉格光栅器件使用更高的折射率调制并引入复杂啁啾结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于重构一等效啁啾技术的采样布拉格光栅，尤其是 二次及多次曝光的采样光栅制作方法，与全息曝光技术相结合，应用于各种光纤和平 面波导在内的光波导，在各类光波导中产生具有二次及二次以上的多次曝光的以及变 占空比采样光栅，实现任意信道的选择和强度调整。根据具体需求，设计出需要的信 道模式和强度大小，用二次及多次曝光的方法实现。克服重构一等效啁啾技术存在的 两个固有的弱点。本专利技术是基于重构一等效啁啾技术的采样布拉格光栅，它是利用全息曝光技术形 成的光波导器件，该采样布拉格光栅每个采样分成等距离的m部分，每个采样中的 第n部分(n=0，1，...，m-1)的相位是nx(2兀/m)时，该采样光栅的1级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格光栅的m/7rxsin(n/m) "00%;或者每个采样中的第n部分 的相位是-nx(2;r/m)时，该采样光栅的-1级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格 光栅的m/兀xsin(TT/m) x100%。两次曝光技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重构－等效啁啾技术的采样布拉格光栅，利用全息曝光技术形成的光波导器件，其特征是该采样布拉格光栅每个采样分成等距离的ｍ个部分，每个采样的中的第ｎ部分（ｎ＝０，１，…，ｍ－１）的相位是ｎ×（２π／ｍ），，该采样光栅的１级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格光栅的ｍ／π×ｓｉｎ（π／ｍ）×１００％；或者每个采样的中的第ｎ部分的相位是－ｎ×（２π／ｍ），该采样光栅的－１级影子光栅的有效强度最大，为均匀布拉格光栅的ｍ／π×ｓｉｎ（π／ｍ）×１００％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李静思，陈向飞，殷作为，程赟，贾凌慧，张亮，陆延青，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]