Например, Бобцов

Запись брэгговских решеток в двулучепреломляющем оптическом волокне одиночным 20-нс импульсом эксимерного лазера

УДК 681.7.063
ЗАПИСЬ БРЭГГОВСКИХ РЕШЕТОК В ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЯЮЩЕМ ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ ОДИНОЧНЫМ 20-нс ИМПУЛЬСОМ ЭКСИМЕРНОГО ЛАЗЕРА

© 2012 г.

С. В. Варжель, аспирант; А. В. Куликов, аспирант; И. К. Мешковский, доктор техн. наук; В. Е. Стригалев, канд. физ.-мат. наук
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург
Е-mail: vsv187@gmail.com; a.kulikov86@gmail.com

Представлены результаты записи брэгговских решеток в двулучепреломляющем оптическом волокне с повышенной фоточувствительностью одиночным 20-нс импульсом эксимерного KrF-лазера. Описаны стенд для записи волоконных брэгговских решеток методом фазовой маски и экспериментально полученные решетки Брэгга в двулучепреломляющем оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой эффективностью более 2% и шириной спектра отражения на полувысоте около 0,1 нм.

Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, двулучепреломление, экси­ мерный лазер.

Коды OCIS: 060.3735, 060.3738, 230.1950

Поступила в редакцию 21.09.2011

Введение
Датчики различных физических величин помимо требуемых метрологических характеристик должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением при низкой трудоемкости изготовления и сравнительно небольшой стоимости. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют интерферометрические волоконно-оптические измерительные системы. Применение в таких системах двулучепреломляющих световодов, массивов волоконных брэгговских решеток (ВБР), современных методов мультиплексирования и обработки интерференционных оптических сигналов позволяет создавать протяженные распределенные волоконно-оптические измерительные комплексы. Широко применяемые в настоящее время методы записи ВБР позволяют изготавливать брэгговские решетки с эффективностью 0,1–99,9% и шириной полосы отражения 0,05–10 нм, но при этом накладывают технологические ограничения на запись решеток Брэгга непосредственно в процессе вытяжки оптического волокна (ОВ), что усложняет изготовление массивов ВБР. Следовательно, изготовление массива брэгговских

решеток требует разработки технологии записи ВБР непосредственно в процессе вытяжки ОВ. Для практического применения настоящего метода необходима отработка записи р­ ешеток Брэгга одним импульсом, так как в процессе вытяжки ОВ применение методов ­записи ВБР с  многоимпульсной экспозицией принципиально неосуществимо. Запись ВБР одиночным лазерным импульсом требует решения ряда технологических вопросов, связанных с изготовлением ОВ, обладающего повышенной фоточувствительностью1, подбором и настройкой лазера, созданием схемы записи ВБР, обеспечивающей изготовление решеток Брэгга с необходимыми параметрами.
Методика записи ВБР
Известно несколько основных механизмов изменения показателя преломления (ПП) под действием облучения  – фоточувствительности германо-силикатных ОВ [1, 2].
При записи брэгговских решеток в стандартном телекоммуникационном волокне SMF-28 возникает проблема, связанная со слабой
1  Эффект изменения показателя преломления областей световода, подвергнутых облучению, был назван фоточувствительностью.

“Оптический журнал”, 79, 4, 2012

85

фоточувствительностью волокна с молярной концентрацией германия 3–5% и низким порогом насыщения, недостаточным для эффективной записи решеток ПП [3].
В литературе предложен ряд методов увеличения фоточувствительности германо-силикатных ОВ [3]. Основной метод заключается в  повышении концентрации диоксида германия в сердцевине [4].
Фоточувстительность таких световодов обусловлена наличием в структуре стекла дефектов, образование которых непосредственно связано с ходом процесса формирования заготовки и вытяжки волоконного световода [4–6]. Эти дефекты структуры определяют спектр поглощения германо-силикатного стекла, имеющий три максимума в ультрафиолетовом диапазоне, расположенных вблизи 185, 242, 325 нм [5].
В соответствии со спектром поглощения германо-силикатного стекла была выбрана длина волны излучения лазера. В  работе применялся эксимерный лазер Lambda Physic Compex 102 с  центральной длиной волны 248 нм и энергией в импульсе около 150  мДж при исполь­ зовании газовой смеси KrF. Схема записи ВБР представлена на рис.  1. Аналогичные схемы п­ редставлены в статьях [7–10], но они не имели оптического затвора.
Лазер генерирует 20-нс импульсы на длине волны 248 нм с частотой 1 Гц. Затвор позволяет выделить одиночный импульс из их последовательности, когда лазер уже выведен в стационарный режим работы. Щель отфильтровывает не используемую в процессе записи площадь лазерного пучка. Цилиндрическая линза фокусирует лазерный пучок по одной из осей для достижения требуемой плотности энергии.
Одиночный лазерный импульс длительностью 20 нс, проходя через фазовую маску (ФМ) с периодом LФМ  =  1065,3  нм и подавлением нулевого порядка дифракции (