KR20010053083A

KR20010053083A - 개선된 격자 기록 시스템

Info

Publication number: KR20010053083A
Application number: KR1020007014563A
Authority: KR
Inventors: 레온 폴라디안; 마크 쉐츠
Original assignee: 앤더슨 데릭 제이.; 더 유니버시티 오브 시드니
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2001-06-25
Also published as: CA2332517A1; US6636665B1; EP1090316A1; AUPP425898A0; WO1999067664A1; JP2002519709A; EP1090316A4

Abstract

본 발명은 (a) 상기 도파관상에 상기 격자 구조의 시작부를 기록하는 단계; (b) 상기 시작부의 일련의 파라미터를 결정하기 위해 상기 시작부의 특성을 테스트하는 단계; (c) 개선된 형태의 격자 구조를 제공하기 위해 상기 파라미터를 이용하여 상기 격자 구조의 추후 기록부의 특성을 바꾸는 단계; (d) 상기 완전한 격자 구조를 형성하기 위해 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계를 포함하며 완전한 격자 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 기록 단계는 상기 도파관상의 2개의 코히어런트 빔의 간섭으로 인해 형성된 코히어런트 패턴을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 특성은 추후 기록부의 강도 또는 위상을 포함할 수 있다. 상기 테스트 단계는 시작부의 스펙트럼 반사 응답 또는 스펙트럼 위상 지연을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

개선된 격자 기록 시스템 {AN IMPROVED GRATING WRITING SYSTEM}

2개의 간섭성 코히어런트 UV 빔으로부터 간섭 패턴을 이용하여 감광성 도파관 물질에 격자를 생성하는 방법이 널리 공지되어 있다. 브랙(Bragg) 격자를 형성하기 위한 이 기술은 더블유 에이치 글렌 등에 의해 특허허여된 미국 특허번호 4,725,110 및 4,807,950에서 상세히 기술되어 있다.

브랙 격자 구조는 그 유용성이 증가하였고, 보다 고품질특성을 갖는 보다 긴 격자 구조에 대한 요구는 개선된 격자 구조를 구현해야할 전반적인 필요성을 초래하였다.

웰레테 등에 의해 출원된 PCT 특허출원번호 PCT/AU96/00782에는 "세그낵(sagnac) 루프"형 장치상에서 동작하는 개선된 저잡음 감도 간섭 장치에 대해 개시되어 있다.

스테파노프 등에 의해 출원되어, 현재 출원인에게 양도된 오스트렐리아 임시 특허출원번호 PP3816에는 변조기를 이용하여 광섬유상의 간섭 패턴의 위치를 제어하는 개선된 형태의 간섭 기록 시스템이 개시되어 있다.

불행하게도, 추가의 개선된 격자 구조를 제공할 필요성이 계속해서 존재한다.

본 발명은 광섬유 등의 감광성 도파관의 격자 구조 및 기타 구조의 형성에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 장치를 개략적으로 도시한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 장치를 도시한다.

본 발명의 목적은 개선된 격자 기록 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 감광성 도파관상에 완전한 격자 구조를 형성하는 방법이 제공된다: (a) 상기 도파관상에 격자 구조의 시작부를 기록하는 단계; (b) 시작부의 일련의 파라미터를 결정하기 위해 시작부의 특성을 테스트하는 단계; (c) 개선된 형태의 격자 구조를 제공하기 위해 상기 파라미터를 이용하여 격자 구조의 추후 기록부의 특성을 바꾸는 단계; (d) 완전한 격자 구조를 형성하기 위해 단계 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계.

상기 기록 단계는 도파관상의 2개의 코히어런트 빔의 간섭으로 인해 형성된 코히어런트 패턴을 이용하여 수행될 수 있다. 이 특성은 추후 기록부의 강도 또는 위상을 포함할 수 있다. 테스트 단계는 시작부 및 추후 기록부의 스펙트럼 반사 투과율 또는 그룹 지연 응답을 결정하는 단계를 포함한다.

단계 (a)는 격자 구조의 강도, 위상 또는 주파수를 국부적으로 섭동(perturb)시키는 단계를 더 포함할 수 있고, 단계 (b)는 국부적 섭동을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 국부적 섭동은 주기적 변조를 포함할 수 있고 상기 테스트 단계는 변조를 위한 합 및 차 주파수를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 테스트 단계는 시작부 및 추후 기록부의 반사 스펙트럼, 투과 스펙트럼 및 그룹 지연 스펙트럼 부분을 평균내는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 관점내에 존재하는 다른 형태도 가능하지만, 본 발명의 바람직한 형태는 첨부된 도면을 참조로한 실시예에 의해서만 기술될 것이다.

바람직한 실시예에서, 격자 구조의 기록 공정은 피드백 루프를 통해서 감시되고 이 피드백 루프는 고품질의 격자 구조를 제공하기 위해 기록 파라미터를 바꾸는데 이용된다.

전술한 공지 시스템에서, 격자 기록 시스템은 격자의 국부 영역을 기록하는데 이용되고 전술한 특허출원에서 개시된 여러 기술들은 격자 구조를 확장하는데 이용된다. 이 방법을 이용할 때, 격자의 국부 영역은 일반적으로 길이 K(z)의 국부적 브랙 파장 L(z)을 인가하도록 기록된다. 원하는 파장 L(z)은 간섭 장치의 제어에 의해 설정될 수 있고 길이 K(z)는 기록 빔의 길이 이외에 광섬유상의 기록 빔의 체류시간에 의해 결정될 수 있다.

그러나 어떠한 물리적 장치에서도 실제 조건으로 인해 어느 정도의 오차는 발생할 수 있다. 예를 들어, 간섭계의 변화로 인해 피치에서 오차가 발생할 수 있다. 레이저 특성 및 전달모드의 유효지수의 변화로 인해 추가의 잡음이 발생할 수도 있다. 이 편차는 일반적으로 예측이 불가능하고 격자 특성, 예를 들어 높은 피네스(finesse) 공동(Q) 또는 분산 보정기의 그룹 지연 리플에 대해 상당한 효과를 가질 수 있다. 이 오차는 실질적인 브랙 파장 L'(z) 및 길이 K'(z)를 초래할 것이다. 따라서, 오차 δL(z) 및 δK(z)는 다음과 같이 주어진다:

δL(z)=L'(z)-L(z)

δK(z)=K'(z)-K(z)

본 발명의 실시예에서, 격자 구조의 상태를 계속해서 감시하기 위해 피드백 루프가 제공된다. 피드백 루프는 다른 여러 방법으로 이용될 수 있지만 기록된 스펙트럼을 변조시켜 개선된 결과를 제공하기 위해서는 바람직하게는 실시간 방식이 제공된다.

도 1에서는, 글렌 등에 의해 개략적으로 기술되고 스테파노프 등에 의해 수정된 전술한 개시에서의 원리에 따라 형성된 간섭 격자 기록 장치를 포함하는 제 1 실시예가 도시되어 있다. 이 장치(1)에서, UV 레이저(2)는 변조기(3)를 통해 변조된 빔을 출력한다. 변조기(3)로부터의 출력은 입력 빔을 2개의 빔(5, 6)으로 분리하는 빔 분리기(4)로 향한다. 빔(5, 6)은 격자가 기록되는 광섬유(11)에 배치된 격자 기록 영역(10)에서 간섭되도록 거울(8, 9)에 의해 반사된다. 스테파노프 등에 의해 전술된 장치에서, 위상 변조기(12)는 2개의 빔(5, 6)의 위상을 수정하기 위하여 이용되며 그 결과로 간섭 패턴은 (13)방향으로 이동될 때 광섬유(11)의 기준 프레임에 안정한 상태로 남아있다. 이 실시예에서, 광섬유(11)의 일 단부(14)는 원하는 반사 특성을 분석하여 디지털로 기록할 수 있는 분석기(16)에 상호연결된다. 바람직하게는, 분석기(16)는 광섬유(11)의 단부에 연결되고 이 단부에 격자의 새로운 부분이 기록된다. 선택적으로, 분석기(16)는 광섬유의 다른 단부에 연결될 수 있거나, 2개의 분석기들이 광섬유의 양단부에 동시에 연결될 수 있다. 분석기 또는 분석기들은 반사 스펙트럼 또는 그 일부를 측정하거나 투과 스펙트럼 또는 그 일부를 측정하거나 그룹 지연 스펙트럼 또는 그 일부를 측정한다. 분석기(16)는 이 특성을 분석하는 컴퓨터 시스템(17)에 연결된다. 컴퓨터 시스템(17)은 반사, 투과 또는 그룹 지연 스펙트럼 부분 또는 부분들을 선택하도록 사용되어 격자 구조의 상태를 철저하게 감시한다.

간섭 패턴(10)의 위상 및 강도를 제어하기 위하여 컴퓨터 시스템(17)은 여러 디바이스를 제어하는데 사용된다. 이 디바이스는 강도 변조기(3), 위상 변조기(12) 및 거울(8, 9)이 장착될 수 있는 이동 가능한 스테이지(19, 20)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(17)은 이에 의해 특정 단계에서 영역(10)의 간섭 패턴의 위상 및 강도를 제어할 수 있다. 컴퓨터 시스템(17)은 영역(10)에서의 간섭 패턴의 강도 및 파워를 변화시키는 여러 방법을 이용할 수 있다. 제 1의 간단한 방법에서, 반사 스펙트럼, 투과 스펙트럼, 그룹 지연 스펙트럼 또는 그 일부가 측정되어 예측 스펙트럼과 비교될 수 있다. 이 때 이 비교치는 개선된 결과를 제공하는 강도 및 위상 조건의 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 물론, 바람직하게는 스테파노프에 의해 개시된 바와 같이 위상 지연 엘리먼트(12)의 톱니 변조를 통해 광섬유(11)의 기준 프레임에서 안정적인 간섭 패턴을 유지하는 방법도 사용될 수 있다.

다른 방법도 사용될 수 있다. 예를 들어, 격자 패턴은 격자가 기록되는 점의 강도 또는 위상에서 작은 각으로 국부적으로 변조될 수 있다. 이 때 국부적 파장 및 길이는 변조 반사 스펙트럼 R(z, L_o) 및 바람직하게는, 변조 그룹 지연 스펙트럼 P(z, L_o)를 검사함으로써 감지될 수 있는데, 여기서 L_o는 스펙트럼 분석기(16)에 의해 이용되는 검사 빔의 파장이다. 바람직하게는, 최대 효과를 유지하기 위하여, 스펙트럼은 기록된 광섬유 단부로부터 측정될 수 있기 때문에 광이 이전에 기록된 격자를 통과하여 UV 조사(radiation)에 의해 쉽게 처리되는 영역에 도달될 필요는 없다.

국부적인 브랙 파장(L)이 L_o와 같을 때 스펙트럼의 응답이 가장 클 수 있다. 따라서, L_o의 섭동은 최대 응답 신호를 제공할 것이다.

보다 일반적으로는, 예측된 응답은 이전에 기록된 z'＜z에 대한 L(z'), K(z')로부터 공지되어있어 쉽게 예측될 수 있고, 따라서 예측-수정기 알고리즘은 L(z)이 정확하며 K(z)가 목표치에 도달할 때 일루미네이션이 제거되도록 실시간으로 동작될 수 있다.

이 방법에서는, 기록점에서의 격자의 변조를 적용하는 방법을 결정하는 것이 필요하다. 다수의 수단에 의해 국부적으로 유도될 수 있는 스트레인, 온도 등을 사용하는 많은 방법이 있다. 그러나, 이 여러 방법들은 간섭계(진동, 열적 변화율(gradient) 등)를 섭동시킬 것이므로, 이것은 바람직하지 않다. 거울(8, 9)의 간섭계 장치는 변조(예를 들어 각이)될 수 있지만, 이것은 기록 격자와 대조적인 손실을 야기시킬 수 있다.

바람직한 방법은 강도 변조기(3)를 이용하여 기록 UV 빔의 강도를 미세하게 변조시키는 것이다. UV 유도된 결함이 재결합될 때 마이크로초의 시간 스캐일이 감소되는 임시 격자(동일한 피치로) 및 기록된 영구 격자가 모두 존재한다. 변조 주파수가 이완 속도 이하이고, 기록점상의 UV 빔의 통과 속도 이상이면, 변조 스펙트럼은 실시간 계산을 통해 L(z) 및 K(z)의 정확한 측정을 제공할 수 있다. 임시 응답시 격자 기판과 마찬가지로 조금 감소될 것이지만, 이것은 측정되야 한다. 강도 변조는 AO 변조기(3)(또는 사용되는 어떤 것이라도)에 고주파 변조를 부가하여 UV 빔에 부가될 수 있다.

선택적으로, 스펙트럼 분석기(16)는 평균 스펙트럼이 변조 컴포넌트(위상 감도 검출에 의해)에 따라 측정되도록 단순화될 수 있다. 이 신호는 탐침(probe) 파장의 함수로서 측정될 것이다. 응답 함수에 따라, 탐침 파장은 (예를 들어 최대 응답을 찾기 위해) 섭동되야 할 수도 있다. 이전에 기록된 격자의 영향으로 인해 변조에 대한 감도가 작을 수 있는 점이 있을 수 있다. 하나의 방법은 원하는 브랙 파장에 탐침 파장을 설정하고 간섭계를 변화시켜 변조 신호를 최대화하는 것이다. 이 때 DC 및 AC 반사율은 UV 량(dose)을 결정하는데 사용될 수 있다. 그룹 지연 변조는 간섭계 측정을 이용하여 측정될 수 있다.

선택적인 방법은 적절한 복변조 방법을 이용하여 측정되야 하고 이에 의해 소스(z)의 파장(또는 위상)은 설정점(이론상의 스펙트럼으로부터 결정된다) 주위의 주파수 θ₁에서 변조되고 변조 응답은 뚜렷한 특성을 부각시키기 위해 측정되고, 기록점에서의 격자는 기록점의 국부적 지수를 변화시키는 모든 수단에 의해 주파수 θ₁에서 변조되며, 반사된 신호는 주파수의 합 또는 차(θ₁±θ₂)에서 위상 감지되어 검출된다. 반사 분광법이라는 이 방법들은 모두 마뉴엘 카르도나에 의해 개발되었다.

반사 분광법은 패브리-패럿 공진의 스펙트럼 차가 요구될 수도 있으며, 이것은 매칭된 패브리-패럿을 이용하여 수행될 수 있다. 전술한 복변조 기술은 스펙트럼이 기록되는 영역에 민감한 스펙트럼을 나타내며, 뚜렷한 특성(예를 들어 패브리-패럿 공진)에 대한 효과를 가진다.

전술한 원리는 기타 간섭성 기록 장치로 쉽게 확장될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 전술한 웰레테 등 및 스테파노프 등에 의해 개시된 출원에서 얻어진 장치(30)가 도시되어 있다. 이 장치에서, 도 1과 같은 기능을 가지는 엘리먼트는 동일한 도면부호가 그대로 사용되었다. 장치(30)에서, 차이점은 세그낵형 간섭 장치가 사용된다는 것인데 여기서 위상 마스크(31)는 코히어런트 입력 빔을 2개의 빔으로 분리하며 이 중 하나의 빔은 스테파노프 등의 다른 하나의 빔에 대한 위상 변조기(12)이다. 그러나, 도 1의 원리는 이 장치로 확장되며 여기서 광섬유(14)는 분석기(16)에 상호연결되며 그 다음으로 개선된 격자를 제공하기 위하여 강도 변조기(3)를 통한 강도 및 위상 변조기(12)를 통한 위상 이외에 거울(8, 9)의 이동(19, 20)을 제어하는 컴퓨터 시스템(17)에 상호연결된다. 전술한 실시간 제어원리는 이 장치에서 사용될 수 있다.

폭넓게 기술된 본 발명의 정신 또는 권리범위를 벗어나지 않고 특정 실시예에서 도시된 바와 같이 다양한 변화 및/또는 변형들이 달성될 수 있다는 것이 당업자들에게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 면에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되서는 안된다.

Claims

감광성 도파관상에 완전한 격자 구조를 형성하는 방법에 있어서,

(a) 상기 도파관상에 상기 격자 구조의 시작부를 기록하는 단계;

(b) 상기 시작부의 일련의 파라미터를 결정하기 위해 상기 시작부의 특성을 테스트하는 단계;

(c) 개선된 형태의 격자 구조를 제공하기 위해 상기 파라미터를 이용하여 상기 격자 구조의 추후 기록부의 특성을 바꾸는 단계;

(d) 상기 완전한 격자 구조를 형성하기 위해 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 기록 단계는 상기 도파관상의 2개의 코히어런트 빔의 간섭으로 인해 형성된 코히어런트 패턴을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 특성은 상기 추후 기록부의 강도 또는 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한항에 있어서,

상기 테스트 단계는 상기 시작부 또는 추후 기록부의 스펙트럼 반사 응답 또는 그 일부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한항에 있어서,

상기 테스트 단계는 상기 시작부 또는 추후 기록부의 스펙트럼 투과 응답 또는 그 일부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한항에 있어서,

상기 특성은 상기 시작부 또는 추후 기록부의 위상 지연 스펙트럼 응답 또는 그 일부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한항에 있어서,

상기 단계 (a)는 격자 구조의 강도, 위상 또는 주파수를 국부적으로 섭동시키는 단계를 더 포함하며 상기 단계 (b)는 상기 국부적 섭동을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 국부적 섭동은 주기적 변조를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한항에 있어서,

상기 테스트 단계는 상기 시작부 또는 추후 기록부의 반사, 투과 또는 그룹 지연 스펙트럼 부분을 평균내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 테스트 단계는 상기 변조를 위한 주파수의 합 또는 차를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.