專利名稱：在光波導(dǎo)中形成光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光纖光學(xué)元件的制造。尤其，本發(fā)明涉及在光波導(dǎo)中形成布拉格反射光柵的方法，其中保護(hù)光纖在制造期間不受污染。
背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)70年代后期人們就知道了光纖對某些波長和亮度的光的靈敏度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過將波導(dǎo)暴露于特定波長和亮度的光中，波導(dǎo)纖維的損耗特征和折射率將永久變化，并且允許形成的一段光纖的折射率周期變化。波導(dǎo)折射率沿波導(dǎo)長軸的的周期變化熟知為光波導(dǎo)光柵。光纖布拉格光柵是一種波導(dǎo)纖維中的光波導(dǎo)光柵，它選擇性地過濾波長為光柵周期兩倍的傳播光。這種光纖布拉格光柵可用作波長濾波器。
通過多步過程可以形成光纖布拉格光柵，該過程包括用光化輻射、蝕刻或形成周期擾動的其它機(jī)構(gòu)寫入。側(cè)面寫入是一種在光纖形成光柵的技術(shù)，其中使得光，如光化輻射，形成沿波導(dǎo)長軸的交替明暗條紋的周期序列。這種周期序列的一個實(shí)例是在波導(dǎo)纖維一側(cè)形成的并沿波導(dǎo)纖維長軸一部分的干涉圖形。光干涉產(chǎn)生的周期性光強(qiáng)圖形引起沿波導(dǎo)纖維長軸一部分的折射率的周期變化。
應(yīng)該理解，在光纖光柵處理步驟期間，將裸光纖暴露于污染中將導(dǎo)致光纖光柵裝置故障，并降低可靠性。此外，使光纖充分穩(wěn)定以防止由于光纖滑動而引起的光柵退化，也比較困難。因?yàn)楸仨毷褂幂^小的力握住光纖的聚合物覆蓋層，所以可能發(fā)生這種滑動。
因此，提供一種制造光纖布拉格光柵的過程，其中在寫入光柵過程期間保護(hù)光纖的剝離部分，是非常有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了在光波導(dǎo)中形成光柵的有利方法。通過在將光柵寫入光波導(dǎo)之前，將光敏光波導(dǎo)放入外殼中，本發(fā)明允許在制造過程步驟期間，安全地保護(hù)光波導(dǎo)不受污染。根據(jù)本發(fā)明的一方面，該方法包括將光波導(dǎo)放入封閉結(jié)構(gòu)中，密封該結(jié)構(gòu)使波導(dǎo)固定在該結(jié)構(gòu)中，并在波導(dǎo)的一部分中形成光柵。
另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括以下步驟，將光波導(dǎo)光敏化，測試光柵的光譜性能，調(diào)節(jié)封閉結(jié)構(gòu)中的光柵，并將光柵和該結(jié)構(gòu)退火。
光波導(dǎo)可以具有多種特殊形式，包括例如單?；蚨嗄９饫w，多芯光纖，波導(dǎo)管或平面波導(dǎo)。
從以下詳細(xì)描述和附圖中，對本發(fā)明更完整的理解和本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明光柵組件的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明形成光纖光柵的方法的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明形成的光纖光柵的反射曲線的曲線圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明形成的光纖光柵的透射曲線的曲線圖；和圖5是根據(jù)本發(fā)明形成的光纖光柵在多個時段的透射光譜的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中顯示了本發(fā)明中幾個當(dāng)前較佳的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以各種形式實(shí)現(xiàn)，而不限于這里所述的典型實(shí)施例。而是，詳細(xì)描述這些說明性的實(shí)施例，使得所揭示的內(nèi)容更徹底，更完整，并將本發(fā)明的范圍、結(jié)構(gòu)、操作、功能性和潛能全部傳遞給本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員。
參考附圖，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明用以下所述方法形成的光柵組件10的截面圖。為了說明，顯示并描述的實(shí)施例中波導(dǎo)是光纖，組件通常是管狀的。然而應(yīng)該理解本發(fā)明的方法還可以使用其它類型的波導(dǎo)，形狀適當(dāng)改變的組件和處理步驟。管狀結(jié)構(gòu)14部分封閉光纖12，管狀結(jié)構(gòu)14由能透過諸如紫外(UV)光的光化輻射的透明材料構(gòu)成。對UV光透明的摻硼石英或其它玻璃是結(jié)構(gòu)14的合適材料。管狀結(jié)構(gòu)14具有內(nèi)直徑“a”(如255-1000μm)，外直徑“b”(如3.0mm)和長度“c”(如70mm)。包括其覆蓋層16的光纖12具有外直徑“d”(如250μm)。從一段光纖12上剝離覆蓋層16，該段光纖包含在中空管14中。沿被剝?nèi)ジ采w層16的部分長度，將光纖光柵18寫入光纖12。
配置在中空管14兩端22、23的密封件20、21緊緊地保持并支撐包含光纖光柵18的光纖區(qū)域12。密封件20、21可以是玻璃料，它包括銅玻璃或其它合適的材料。組件10還包括配置在管狀結(jié)構(gòu)14兩端22、23的兩個環(huán)氧樹脂或其它合適材料的塞子24、25。結(jié)構(gòu)14的兩端22、23是漏斗形的，例如角度為45°，以便于放入塞子24、25和插入光纖12。
雖然這里揭示了當(dāng)前的較佳材料和尺寸，但是本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員將理解本發(fā)明的光柵組件10可以包括多種材料和尺寸，并不限于這里所顯示并描述的典型實(shí)施例或尺寸。1999年9月16日提交的題為“Method And ApparatusFor Packaging Long-Period Fiber Grating”的美國專利申請(Attorney DocketNo.Carberry 6)中提供了適用于本發(fā)明的其它光柵組件和包裝方法的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，該申請通過引用結(jié)合于此。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明在組件(如光柵組件10)中形成波導(dǎo)光柵的方法30。在光敏化步驟32中，將諸如光纖的波導(dǎo)光敏化。適用于本發(fā)明的光纖的實(shí)例是高Δ、摻鍺、階躍折射率光纖，其折射率Δ基本為2％。如這里所用的，術(shù)語折射率Δ是指光纖纖芯和包層之間的相對折射率差，并以百分比表示。適于將光纖光敏化的過程的實(shí)例包括將光纖暴露于100大氣壓的氫氣中兩個星期。然后，使一段光纖受紫外光的泛光照射。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在248nm處工作的15Hz脈沖的UV激光適用于該泛光照射。該照射可以以75毫焦耳/cm2的脈沖通量進(jìn)行30分鐘。然后，在125℃將光纖退火24小時。1999年2月18日提交的美國專利申請?zhí)?9/252,151題為“Optical Waveguide Photosensitization”的申請中描述了適用于本發(fā)明光敏化的另一過程，該申請通過引用結(jié)合于此。
接著，在包裝步驟34中，將光纖放入中空管(如中空管14)中，并密封，以形成組件。該組件安全地容納并保護(hù)光纖在過程步驟期間不受污染。在光柵寫入步驟36中，將光柵寫在光纖上。各種側(cè)面寫入技術(shù)中的任何一種都可用于將光柵寫入光纖。在適用于本發(fā)明的典型技術(shù)中，基本上在240nm處工作的受激準(zhǔn)分子、倍頻染料激光器可用作紫外光源。激光器產(chǎn)生的240nm射束首先穿過石英縫隙。1998年5月19日提交的美國專利申請序號09/081,912題為“Spatial Filter For High Power Laser Beam”的申請中更詳細(xì)地描述了合適的石英縫隙，該申請通過引用結(jié)合于此。在240nm射束穿過石英縫隙之后，它穿過相位掩模，然后達(dá)到石英管中的光纖。相位掩?？梢允峭干溲苌涔鈻?，本領(lǐng)域中熟知該元件的結(jié)構(gòu)和特征。相位掩模還可以是具有一系列周期間隔開口的基底。在光柵寫入步驟36期間，說明性實(shí)施例中的管14離開相位掩模大約4毫米。來自受激準(zhǔn)分子激光器的射束的脈沖照射以10Hz的重復(fù)率進(jìn)行25分鐘。光纖位置處的激光通量或強(qiáng)度為大約75毫焦耳/cm2。圖3和4分別顯示了所得光柵的典型反射和透射曲線。暴露于激光束期間的平均折射率變化為大約2×10-4。
接著，在第一測試步驟38中，測試光柵的光譜性能。在第一調(diào)節(jié)步驟40中，調(diào)節(jié)或調(diào)整光譜性能。在第一調(diào)節(jié)步驟40中，光柵受UV光泛光照射5分鐘，該UV光由例如基本上在248nm處工作的受激準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)所提供，以符合光柵所需的光譜目標(biāo)。在說明性實(shí)施例中的光纖位置處，激光通量大約為75毫焦耳/cm2，重復(fù)率為15Hz。圖5顯示了泛光照射期間多個時段中光纖光柵的典型透射光譜。在照射期間，發(fā)生的總波長移動為大約0.15nm。如圖5所示，隨著照射時間的增加，由于光柵調(diào)制振幅的減小，透射的最小值增大。光柵調(diào)制的減小是先前受光照射的光柵槽中折射率增加的結(jié)果。在說明性的實(shí)施例中，之后執(zhí)行第一退火步驟42。該步驟42中，在125℃將組件退火24小時。
在一個實(shí)施例中，之后執(zhí)行再一測試、調(diào)節(jié)和退火步驟。在第二測試步驟44中，測試光柵的光譜性能，以觀察光柵是否符合光譜目標(biāo)。如果光柵不符合光譜目標(biāo)，那么在第二調(diào)節(jié)步驟46中，使光柵受基本在248nm處工作的受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)所提供的UV光的泛光照射，以調(diào)節(jié)光柵。作為說明，在光纖位置處，激光通量為大約75毫焦耳/cm2，重復(fù)率為15Hz。在最后的退火步驟48中，在125℃下，將組件退火24小時。
對于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來說，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明作出各種改變和變化是很明顯的。因此本發(fā)明試圖覆蓋該發(fā)明各種變化和改變，只要它們落在后附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在光波導(dǎo)中形成光柵的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將一段所述光波導(dǎo)放入封閉結(jié)構(gòu)中；密封所述封閉結(jié)構(gòu)，以形成一組件，使得所述一段光波導(dǎo)固定在所述組件中；和在所述一段光波導(dǎo)的一部分中形成光柵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)對于紫外光輻射是基本透明的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)為摻硼石英玻璃。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，光波導(dǎo)包括光纖。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，光波導(dǎo)包括平面波導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，光波導(dǎo)包括波導(dǎo)管。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光波導(dǎo)是光敏的。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，封閉結(jié)構(gòu)一般是圓柱形管。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，組件保護(hù)所述一段光波導(dǎo)不受污染。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成光柵的步驟包括以下步驟將組件中所述一段光波導(dǎo)的一部分暴露于光化輻射中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光包括基本上為240納米的波長。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光穿過石英縫隙。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光穿過相位掩模。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在基本上25分鐘的時間內(nèi)，以基本上10Hz的重復(fù)率以脈沖輸送紫外光。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成光柵步驟之后，還包括以下步驟調(diào)節(jié)光柵，以改變光柵的光譜特征。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)光柵的步驟包括使光柵受紫外光的泛光照射。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在調(diào)節(jié)光柵步驟之后，還包括以下步驟使光柵退火。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在光柵退火步驟之后，還包括以下步驟第二次調(diào)節(jié)光柵，以改變光柵的光譜特征。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，第二次調(diào)節(jié)光柵的步驟包括使光柵受紫外光的泛光照射。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，紫外光包括基本上為248納米的波長。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在基本上5分鐘的時間內(nèi)，以基本上15Hz的重復(fù)率以脈沖輸送紫外光。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在第二次調(diào)節(jié)光柵步驟之后，還包括以下步驟第二次將光柵退火。
全文摘要
將光纖放入管(34)中。密封該管。將光柵寫入管中的光纖(38)。
文檔編號G02B6/02GK1374932SQ00813003
公開日2002年10月16日 申請日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月17日
發(fā)明者G·E·庫恩克, R·A·莫戴維斯, L·威勒布羅菲 申請人:康寧股份有限公司