相位掩模版

韵翔光电

2023.2.23

作者韵翔光电

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相位掩模版

相位掩模版用于制造光纤布拉格光栅，它是控制高性能光学网络中波长选择性和色散补偿的关键组件。相位掩模版具有广泛的应用，但是比较常见的是，PMT相位掩模版（本身就是光栅）用于记录其他光栅，例如集成光学设备中的平面波导光栅和光纤布拉格光栅（FBG）。FBG是位于光纤芯中的光频率滤波器。相位掩模版技术是相位掩模版制造领域的领跑者。相掩模制造厂位于加利福尼亚州弗里蒙特，涉及微细加工和全息技术方面的复杂而苛刻的技术。

指定标准或自定义相位掩模版时，需要执行一些重要的步骤和计算，以确保设备按预期运行。本文将帮助您检查在指定下一个任务关键阶段掩码时所需的总体配置和公式。

相位掩模版介绍

相掩模是表面起伏光栅，通常在熔融石英中蚀刻，如图1所示。在大多数应用中，相位掩模版本质上用作精密衍射光栅，它将通常在UV光谱范围内的入射单色光束分成两个出射光束。这两个出射光束在它们重叠的区域中产生干涉图样，如图2所示。

相位掩模版具有广泛的应用，但是比较常见的是，PMT相位掩模版用于记录其他光栅。这些的典型示例是集成光学器件中使用的平面波导光栅和光纤布拉格光栅（FBG）。FBG是光纤纤芯折射率的周期性调制，通常用于在一个或多个波长下产生高反射特性。

相位掩模版配置

大多数相位掩模版均采用高纯度的紫外线透明熔融石英制成，但也可以使用其他材料。可访问的数据表提供了我们标准产品各种相位掩模版参数范围的概述。

相位掩模版光栅的“周期”（或“间距”）范围从几百纳米到近2000纳米（2微米）。光栅区域的尺寸范围很广，从几平方毫米到10毫米乘120毫米不等。在其上蚀刻了相位掩模版光栅的二氧化硅衬底的厚度通常为1/8“。更长的光栅轮廓基本上是二进制的（矩形波）周期，并且在较短的周期内趋于准正弦曲线。

通常以+1/-1或0/-1两种配置中的一种来使用相位掩模版，其中数字是指包含大量衍射光的衍射级数。

在+1/-1配置中，UV辐射以垂直入射的方式对准相位掩模版，由出射光束的干涉产生的条纹图案的周期恰好是相位掩模版光栅周期的一半，如下所示：如图3所示。在0/-1配置中，UV辐射以特定选择的入射角射向相位掩模版，并且条纹图案的周期与相位掩模版光栅的周期相等。

图4的上部是+ 1 / -1配置中FBG记录的示意图。紫外线通常入射在相位掩模版上。条纹的图案是高强度和低强度的固定交替区域，是由于两个出射光束的干涉而产生的。一段光纤（通常由二氧化硅制成）以这种干涉图案放置。通常通过掺杂锗，锡，硼，磷和其他元素的氧化物，使纤芯具有光敏性。由于这种光敏性，纤芯的折射率通过暴露于紫外线辐射而改变。因此，暴露于干涉图案会导致芯材料中折射率的周期性调制。结果是光纤布拉格光栅（FBG），如图4底部所示。

在工作中，FBG充当窄带抑制滤波器，如图5所示。具体而言，一个波长被FBG高度反射，而其他波长未衰减地通过。FBG位于许多光纤传感设备和电信组件的核心。它们是许多光纤系统中的基本构建块。

相位掩模版公式

当相位掩模版以+ 1 / -1配置运行时，紫外线通常会入射在光栅上，如图6所示。衍射角θ0，θ-1，θ+ 1，θ-2，θ+ 2等由下式给出：UV波长λUV和相位掩模版周期ΛPM

sinΘm= mλUV/ΛPM

由+1和-1光束的干涉产生的条纹图案的周期正好是相位掩模版周期的一半，而与入射辐射的波长无关。

PMT的相位掩模版经过优化，因此+1和-1阶的强度z大，而零阶的强度z小。同样，如果存在更高阶数的强度（m =±2，±3等），也将被z小化。

如图7所示，相位掩模版也可以在0 / -1配置下运行。该配置由条件|Θ0| = |Θ-1|定义，该条件确保条纹垂直于相位掩模版表面。为了满足此条件，所需的入射角为：

| sinΘin| = | sinθ0| =λUV/（2ΛPM）

此外，如果满足条件（2/3）ΛPM<λUV<2ΛPM，那么将只有一个衍射阶（-1阶），而没有其他阶（例如+ 1，±2，±3）等）。换句话说，只有两个输出光束：0阶和-1阶。这保证了干净的条纹图案。

由0阶和-1阶光束的干涉产生的条纹图案的周期正好等于相位掩模版周期的周期。

无论入射辐射的波长如何，这都是正确的，而且不管是否在这种条件，|sin Θin| = λUV /(2 ΛPM )都可实现。

统一相位掩模版（RPM）

特点

矩形基板，易于对准

光栅长度从20.0毫米到45.0毫米

全息记录

应用领域

密集波分复用（DWDM）滤波器和分插模块

变频锁柜和泵稳定器

相位掩模版用于制造掺铒光纤放大器的增益平坦滤波器

规格

对于啁啾掩模：中心周期精度：±0.5 nm，中心定位误差为±200 µm。

订购信息：

RPM（如果啁啾则为RPMC）-<激光波长>-<掩模周期>-<（光栅尺寸（宽x长））基板尺寸（宽x长）>。

示例：将17.2 mm x 25.4 mm尺寸的相位掩模版与248 nm的KrF准分子激光器一起使用，周期为1.0600 µm，指定为：RPM-248-1.0600-（10 x 20）17.2 x 25.4。8 nm / cm mask掩模的示例：RPMC-248-1.0600-（10 x 20）17.2 x 25.4-8 nm / cm。

啁啾相位掩模版（RPMC）

特点

矩形基板，易于对准

光栅长度从20.0毫米到45.0毫米

全息记录

应用领域

密集波分复用（DWDM）滤波器和分插模块

变频锁柜和泵稳定器

相位掩模版用于制造掺铒光纤放大器的增益平坦滤波器

规格

对于啁啾掩模：中心周期精度：±0.5 nm，中心定位误差为±200 µm。

订购信息：

RPM（如果啁啾则为RPMC）-<激光波长>-<掩模周期>-<（光栅尺寸（宽x长））基板尺寸（宽x长）>。

长相掩模（LPM）

特点

120毫米长光圈

全息记录

线性啁啾

应用领域

色散补偿光栅（DCG）

数字波分复用（DWDM）

窄带过滤器

规格

对于啁啾掩模：中心周期精度：±0.5 nm，中心定位误差为±200 µm。

订购信息：

LPM（如果啁啾则为LPMC）-<激光波长>-<掩模周期>-<（光栅尺寸（宽x长））基板尺寸（宽x长）>。

示例：将15 mm x 127 mm尺寸的相位掩模版与248 nm的KrF准分子激光器一起使用，周期为1.0600 µm，指定为：LPM-248-1.0600-（10 x 120）17.2 x 127。0.083 nm / cm mask掩模的示例：LPMC-248-1.0600-（10 x 120）17.2 x 127-0.083 nm / cm。

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