楔块调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的调谐误差

　　1　引　言

　　自1993年K. O. Hill首次[1]采用相位模板法以来,该方法已广泛应用于光纤Bragg光栅的生产[2]。然而,相位模板的周期对应于特定的写入Bragg波长,且昂贵的相位模板难以批量生产,因此,可改变光纤光栅Bragg波长的方法发展了起来[3, 4]。在楔块调整式Talbot干涉仪[4]中,相位模板不但仅仅作为±1级衍射光的分束器,而且还预置了Bragg波长的参考值,这是因为相位模板中的±1级衍射光的衍射角是由写入光源的波长决定的,可通过移动楔块来改变光纤光栅的写入Bragg波长。

　　本文介绍了楔块调整式Talbot干涉仪[4]的工作原理,并给出了影响调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的三种主要调谐误差。

　　2　楔块调整式Talbot干涉仪的工作原理

　　为改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长,我们设计了一套楔块调整式Talbot干涉仪[4],其光学设计原理如图1所示。在图1中,从准分子激光器发出的写入光束经相位模板调制后产生的±1级衍射光在相位模板的近场形成干涉条纹,该条纹可用于接触式写入光纤Bragg光栅;在距相位模板的位置l1处放置尺寸为Ls×ds的两个平面反射镜,则±1级衍射光束经两平面镜的反射后将在距相位模板的位置l1+Ls+l2处形成棱形的远场干涉条纹,当平面镜发生旋转时,将改变远场干涉光束的干涉周期,从而实现非接触式改变光纤光栅的写入Bragg波长。根据文献[4],在楔块调整式Talbot干涉仪的远场和近场形成的干涉条纹为[4]

　　其中θ/2是±1级衍射光;λuv是紫外写入光源的波长;Λpm是相位模板的周期;r是转动中心到接触点的长度;β为接触点到转轴的连线与平面镜的夹角;α为楔形块的倾斜角;d是楔块移动的距离。

　　光纤光栅写入Bragg波长的调谐是通过两平面镜的转动而实现的,图2所示调整器[4]是改变光纤光栅写入Bragg波长的关键装置。在图2中,为了实现平面镜的转动,固定平面镜的平面镜组件可以在平面镜支架的旋转轴上转动,其中,旋转轴位于平面镜反射平面的中心线上。在传动过程中,测微计控制了在滑杆上滑动的楔形块的平动量,楔形块的平动使与之接触的顶杆产生以平面镜的旋转轴为曲率中心的旋转,这样就带动了经连杆连接的平面镜组件也产生了以平面镜的旋转轴为曲率中心的旋转,其中,平面镜支架保证了转动发生在旋转轴上。

　　3　调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的调谐误差

　　在调整式Talbot干涉仪中,光纤光栅的Bragg波长[3, 4]是由平面镜的交叉角决定的,而平面镜的转角是由推动机构的位移d、楔形块的倾斜角α和转动机构的传动角β等因素综合决定的,其中推动机构的位移是一个主动因素,楔形块的倾斜角和转动机构的传动角是两个传动因素,即远场写入光纤光栅的Bragg波长λB公式(1)可改写成λB(d,α,r,β)的函数形式