CN1335941A - 非热的光波导光栅器件 - Google Patents

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J·P·卡伯里
P·S·丹尼尔森
S·E·德马提诺
H·E·哈吉
B·M·韦丁
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Abstract

本发明涉及一种非热的光波导光栅器件(20)。光波导光栅器件(20)包括与支撑衬底构件(28)固定和粘结的光纤布拉格光栅构件(22),其中所述支撑件具有诸如铜铝硅酸盐玻璃的低热膨胀定位玻璃(30)。本发明的器件及其制造方法包括在光纤(24)和负热膨胀衬底(38)之间使用中间的固体插件(40,42)。

Description

非热的光波导光栅器件
发明领域
本发明涉及光波导光栅器件。这种器件包括诸如光纤等光波导，并在光波导上形成光栅，从而影响波导的光学特性。本发明尤其适于提供一种温度变化性能受控的非热化光波导光栅。
发明背景
通过改变光纤布拉格光栅的温度，可以改变诸如光纤布拉格光栅等光波导的中心波长。也可以通过改变包含布拉格光栅的光纤中的应力/应变，来改变中心波长。为了使温度变化引起的任何不希望有的波长偏移最小，可以在适当的张力作用下，将光纤布拉格光栅器件刚性固定在一个衬底材料上，该衬底材料具有合适的负热膨胀系数。已经使用充满焦磷酸盐玻璃陶瓷的软化温度较低的磷酸盐玻璃粉，将光纤与负膨胀的β锂霞石衬底固定。发明人已发现，尽管这种玻璃粉可以起作用，但会在制作器件的工艺步骤期间因膨胀差而产生应力，导致应力在各部件中累积，这是不希望有的。
发明内容
因此本发明涉及一种光波导器件，它能基本上解决因相关技术的限制和缺点所引起的一个或多个问题。本发明提供了一种改进的非热的光波导光栅器件。
在一个方面，本发明的改进减小了因制造和后续使用期间各部件中不同的膨胀所引起的应力累积。
在以下描述中叙述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点将部分通过描述显现出来，或者通过实施本发明而学到。本发明的目的和其它优点可以用说明书和权利要求书以及附图特别指出的设备、工艺和成份来实现和获得。
如实施和一般描述的，为了获得这些和其它优点，并且根据本发明的目的，本发明包括一光波导器件，该器件包括受张力作用的光波导光栅构件。光栅构件与支撑件固定，使得当器件温度升高时，支撑件减小光栅构件所受的张力。用一种定位玻璃将光栅构件与支撑件固定，其中在0℃-300℃的温度范围内，定位玻璃的线性热膨胀系数在1×10-7/℃-10×10-7/℃范围内。
在另一方面，本发明包括一种非热化的光波导器件，该器件包括一光波导反射型布拉格光栅构件和一负热膨胀支撑件，其中光栅构件通过铜铝硅酸盐玻璃与支撑件固定。
在另一方面，本发明包括一光波导器件，该器件包括负热膨胀的、纵向体衬底，衬底具有第一端和远离第一端的第二远端(离开一段距离)，并且将第一固体插件接受孔限定在第一端附近，而将第二固体插件接受孔限定在第二端附近。器件还包括容纳在第一固体插件接受孔内的第一固体插件以及容纳在第二固体插件接受孔内的第二固体插件；以及纵向光波导光栅构件，所述光栅构件受张力作用，并且与第一固体插件和第二固体插件固定，当器件温度升高时，负热膨胀衬底减小光栅构件所受的张力。
在另一方面，本发明包括一种制造光波导器件的方法，该方法包括以下步骤：提供光波导光栅构件，提供负热膨胀支撑件，拉紧光栅构件，以及用铜铝硅酸盐玻璃将光栅构件与负热膨胀支撑件固定。
本发明的另一方面包括一种光波导器件的制造方法，该方法包括以下步骤：提供光波导光栅构件；提供负热膨胀衬底；在负热膨胀衬底上形成第一和第二插件接受孔；将第一固体插件插入第一插件接受孔內，而将第二固体插件插入第二插件接受孔内。该方法还包括以下步骤：拉紧光栅构件，并且将光栅构件与第一固体插入插件和第二固体插入插件固定，其中当器件温度升高时，负热膨胀衬底减小光栅构件的张力。
本发明的另一方面包括一种光波导器件，该器件包括受张力作用的光波导光栅构件，光栅构件通过铜铝硅酸盐玻璃与负热膨胀衬底粘结。
应该懂得，上述一般描述以及以下详细描述都只是例举性和说明性的，它们试图进一步说明所要保护的发明。
附图被包括用于进一步理解本发明，它们包含在说明书中，作为说明书的一部分。附图例示了本发明的实施例，它们与文字部分一起用于说明本发明的原理。
附图概述
图1是一侧视图，示出了实施本发明的器件。
图2是图1所示器件的顶视图。
图3是图1所示器件的底视图。
图4是实施本发明的器件的侧视图。
图5是实施本发明的器件的侧视图。
图6是实施本发明的器件的透视图。
图7是图6所示器件的底视图。
图8是实施本发明的器件的侧视图。
图9是实施本发明的器件的侧视图。
图10是图9所示器件的底视图。
图11是实施本发明的器件的侧视图。
图12是图11所示器件的底视图。
图13是实施本发明的器件的侧视图。
图14是图13所示器件的顶视图。
图15是图13所示器件的底视图。
图16是图13所示器件的底视图。
详细描述
光波导器件包括一个光波导光栅构件，该光栅构件受张力作用，并且与一支撑件固定。当光栅构件的温度升高时，本发明的器件可以减小张力。在本发明的实施例中，光栅构件通过定位玻璃件与支撑件固定，而定位玻璃件的线性热膨胀系数在1×10-7/℃至10×10-7/℃的范围内(温度在0℃-300℃范围内)。
现在详细描述本发明的较佳实施例，附图对此作了例示。
图1-3例示了依照本发明一实施例的光波导器件20。
参照图1，这里实施的光波导器件20包括光波导光栅构件22。光波导光栅构件22宜为光纤24，光纤中折射率的变化在该光纤上形成光栅26。光波导光栅构件22最好是反射型光纤布拉格光栅。
光波导器件20还包括支撑件28和定位玻璃件30，使得光波导光栅构件22在最大使用温度下至少能够承受100psi的张力，并且光栅构件22与支撑件28固定，当器件20的温度升高时，支撑件28可以减小光栅构件22所受的张力。光栅构件22通过定位玻璃件30与支撑件28固定，而定位玻璃件30在0℃-300℃的温度范围内的线性热膨胀系数在1×10-7/℃至10×10-7/℃的范围内。第一和第二定位玻璃件30最好由具有这种线性热膨胀特性的铜硅酸铝玻璃构成。铜硅酸铝玻璃最好包括必要的Cu2O、Al2O和SiO2。定位玻璃30的线性热膨胀系数宜从2×10-7/℃至9×10-7/℃(温度为0℃-300℃)，较好的是从3×10-7/℃至8×10-7/℃(温度为0℃-300℃)。更进一步较好的是从4×10-7/℃至8×10-7/℃，更好的是从5×10-7/℃至7×10-7/℃(0℃-300℃)。定位玻璃30最好是玻璃质的。如此选择定位玻璃，使得定位玻璃的膨胀特性在低于设定温度的情况下非常接近于光波导器件的膨胀特性，以便使热应力积累最小。最好，应力小于3kpsi。
同时提交的美国临时专利申请60/107,379揭示了一种可用于本发明的较佳的铜铝硅酸盐。该申请的名称为“熔融密封制品及方法”，发明人为D.M.Young，其内容通过引用包括在此。
支撑件28具有一个负的、实际或有效的热膨胀系数，用以当温度升高时减小张力，并当温度下降时增大张力。如图4所示，当支撑件28由两种或多种具有正热膨胀的材料构成，并且这些材料经安排连接在一起，使得正热膨胀的差提供一负的有效热膨胀时，支撑件28具有负的有效热膨胀系数。图4中的支撑件28是一负膨胀的双金属带32，其中不胀钢金属带34固定在不锈钢金属带36的上面，从而提供一负的有效热膨胀。
支撑件28最好由一种具有负热膨胀系数的材料构成。锆钨酸盐陶瓷体是一例这样的材料。另一种热膨胀系数在-30到-90×10-7/℃的材料是含Li2O、Al2O3和SiO2成份的微裂β锂霞石玻璃陶瓷。支撑件28宜由一种负热膨胀材料体38构成，而负热膨胀材料体38最好是热膨胀系数在-60到-85×10-7/℃范围内、且最好在-65至-80×10-7/℃范围内的微裂β锂霞石玻璃陶瓷。
参照图1-3，支撑件28包括第一固体插件40、第二固体插件42和中央负热膨胀构件44，其中中央负热膨胀构件44限定了第一插件接受孔46和第二插件接受孔48。第一固体插件40被容纳和包含在第一插件接受孔46内，而第二固体插件42被容纳和包含在第二插件接受孔48内。第一和第二固体插件40和42最好是线性热膨胀系数范围为1×10-7/℃到10×10-7/℃(0℃-300℃)的固体。插件40和42最好由玻璃或玻璃陶瓷构成。插件40和42可由铜铝硅酸盐玻璃或诸如熔融石英的石英玻璃构成。
最好，用定位玻璃30将光栅构件22与第一和第二固体插件40和42固定。第一和第二插件40和42基本上包含在中央负热膨胀构件44内，并且第一插件接受孔46包括一个用于容纳定位玻璃30的定位玻璃孔50，第二插件接受孔48包括一个用于容纳定位玻璃30的定位玻璃孔52。最好，用不与中央负热膨胀构件44接触的定位玻璃30将光栅构件20与第一和第二插件40和42固定。
参照图5，定位玻璃件30包括定位锚定件54。锚定件54位于光栅构件22上且被约束在粘结体56内，而粘结体56与支撑件28固定和粘合。粘结体56可以由诸如焊料或环氧树脂等粘性物质形成，并且最好是由低熔点玻璃粉形成的熔融密封物，其中低熔点玻璃粉具有负的CTE球磨机添加物料。将Cu2O-Al2O3-SiO2玻璃件30熔化在光纤24的周围，并且允许玻璃30冷却成容易束缚在后来形成的粘结体56内的固体锚定件形状，从而在光栅构件22上形成定位锚定件54。中间定位锚定件54提供了一个用定位玻璃30将光栅构件22与支撑件28固定的手段，定位玻璃30不与支撑件28直接接触。
本发明还包括一非热化的光波导器件20，该器件包括带反射型布拉格光栅26的光波导光栅构件22以及负热膨胀的支撑件28，而光波导光栅构件22通过铜铝硅酸盐玻璃30与支撑件28固定。最好，铜铝硅酸盐玻璃基本上包含Cu2O、Al2O3和SiO2。最好，光栅构件22与铜铝硅酸盐玻璃30之间形成的最大应力小于3Kpsi。铜铝硅酸盐玻璃的配料成份基本上宜包含48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，并且最好包含50-65％wt.SiO2、12-16％wt.Al2O3、24-34％wt.CuO。同样，最好能够将支撑件28与粘结体56之间的膨胀不匹配性降至最低。
如图1-3、6-7、9-12所示，本发明的光波导器件20包括负热膨胀的纵向体衬底38，它具有第一端58和第二远端60，并且第一固体插件接受孔46限定在第一端58的附近，而将第二固体插件接受孔48限定在第二端60的附近。第一固体插件40容纳在第一固体插件接受孔46内，第二固体插件42容纳在第二固体插件接受孔48内。固体插件由低膨胀的材料制成，固体插件材料的膨胀系数最好是1×10-7-10×10-7/℃范围内(0℃-300℃)。纵向光波导光栅构件22受张力作用，并与第一固体插件40和第二固体插件42固定。当光波导器件20的温度升高时，负热膨胀的衬底38减小光栅构件22的张力。
如图1-3所示，在一个实施例中，第一和第二固体插件40和42包含诸如熔融石英等石英玻璃或铜铝硅酸盐玻璃。第一和第二固体插件40和42是固体圆柱体的形式，其大小使得它可以插入固体插件接受孔并包含在其中。最好用一种线性热膨胀系数在1×10-7-10×10-7/℃范围内(0℃-300℃)的定位玻璃将光栅构件22与第一和第二固体插件40和42固定，定位玻璃最好由铜铝硅酸盐玻璃构成。
纵向体衬底38包括第一上表面62，该表面限定了第一纵向通道64，纵向光波导光栅构件22与第一纵向通道64对准并最好容纳在通道64内。
参照图1-3，第一端58包括第一端面68，第二端60包括第二端面70。第一端面68限定了第一固体插件接受孔46，第一固体插件接受孔46包括一个大体上为圆柱形的、内直径为D的孔。第一固体插件40包括一固体圆柱体，其外直径大体上等于D，致使第一固体圆柱体插件可以容纳在大体上为圆柱形的固体插件接受孔内。
参照图6，第一上表面62进一步限定了第一固体插件接受孔46，使得第一固体插件接受孔46包括第一固体插件接受通道，而该接受通道位于第一端58内并基本上垂直于第一纵向通道64。第一上表面62限定了第二固体插件接受孔48，该接受孔包括第二固体插件接受通道，第二接受通道位于第二端60内并基本上垂直于第一纵向通道64。第一和第二固体插件46和48宜包含热膨胀系数在0-10×10-7/℃范围内(0℃-300℃)的玻璃、陶瓷或者玻璃陶瓷，并且最好包含掺钛的石英玻璃，诸如ULE牌玻璃，该玻璃可以向New York州，Corning镇的Corning股份有限公司购买。另一种较佳的玻璃陶瓷是β-石英固溶体铝硅酸盐玻璃陶瓷，诸如含ZrTiO4的LiO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷。VisionTM牌炊具是其中一例，可以向NewYork州，Corning镇的Corning股份有限公司购买。最好，第一和第二固体插件40和42以及第一和第二插件接受孔46和48具有一锥状的梯形截面，并且插件可以从一侧滑入接受孔。
如图7所示，第一和第二固体插件40和42可以包括槽72，波导光栅构件22与固体插件40固定，并容纳在槽72中，最好，第一和第二固体插件40和42都包括槽72，槽72与纵向通道64对准。最好，槽72的尺寸与光栅构件22的直径相关，以便可以用薄膜粘结剂将光栅构件22与固体插件40固定，其中薄膜粘结剂可以包含胶结剂、熔接密封物、环氧树脂或定位玻璃30。
参照图9-12，如参照图6-7对固体插件所描述的，第一和第二固体插件40和42最好包含玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷。在图9-16中，纵向通道64包括一中心通道，负热膨胀的纵向体衬底38从中心通道中通过，致使衬底38呈一管状结构。在图9-10、13-16中，通过切割槽提供纵向中心通道64。在图11-12中，通过在衬底38中开孔提供纵向中心通道64。槽式中心通道64的优点在于，不需要穿光纤。同样，在图9-16，光纤接受槽72包括一个通过固体插件的中心通道。
在图9-10中，固体插件接受孔46和48具有一多边形截面，用于接纳固体梯形插件40和42。固体梯形插件40和42的形状最好是锥形的。锥形的多边形基底及几何形状有利地提供了梯形对准和固定。在图9-10中，如图7中所使用的，沿中心通道槽72的长度方向，用薄膜粘结剂将光波导光栅构件22与固体梯形插件固定。粘结剂最好是沿光纤和中心通道流动/芯吸的毛细粘结剂。在图9-10中，插件42的中心通道72是一个槽式的中心通道，而插件40的中心通道72是一个孔状的中心通道。
在图11-12中，固体插件40是具有中心通道的固体圆柱体，而固体插件42是具有中心通道的固体球。如针对图9-10所描述的，在图11-12中，光栅构件22可以与固体插件粘结，但最好用固体定位锚定件154固定至少一个固体插件。如图11-12所示，第一固体插件40包括中心通道槽72以及与光波导光栅构件22粘结的第一固体定位锚定件154。固体定位锚定件154邻接插件40并且大于中心通道72的直径，因此受张力作用的光栅构件22与第一固体插件40机械固定。同样，用固体定位锚定件154将第二固体插件42与光栅构件22固定。固体定位锚定件154可以包括一个具有中心孔的珠子，珠子与光栅构件22粘结。固体定位锚定件154还可以包含一种固化的粘结剂。用类似图5中形成定位锚定件54的固化粘结剂可以在光栅构件22上形成这种固化粘结剂。由于光栅构件22受张力作用，所以固体定位锚定件154与固体插件机械固定。光栅构件22与固体插件的这种机械固定允许对装配器件进行强度和可靠性试验，在试验中对光栅构件22施加附加张力。在一较佳实施例中，光栅构件22与一个固体插件粘结，并且在另一个固体插件处与固体定位锚定件154机械固定。使用固体定位锚定件154允许拉光栅构件22，致使锚定件154移离其固体插件。通过对光栅构件22施加附加张力(张力超过正常使用器件时所受的张力)，为测试完全装配好的器件20的强度和可靠性提供了一种无损伤的方法。
本发明还包括一光波导器件，该器件包括单体的负热膨胀纵向体衬底，衬底具有第一端、第二远端、和中心通道；带中心通道的第一固体构件；带中心通道的第二固体构件。所述第一固体构件与第一端相邻，所述第二固体构件与第二端相邻。一纵向光波导光栅构件被容纳在所述衬底中心通道、所述第一固体构件中心通道和所述第二固体构件中心通道内。所述纵向光波导光栅构件受张力作用并且与第一固体构件和第二固体构件固定。因此，当器件温度升高时，负热膨胀的衬底可以减小所述张力。如图13-16中器件所示，衬底38包括第一端58、第二端60和中心通道64。第一固体构件40与衬底38的第一端58相邻并邻接。第二固体构件42与第二端60相邻并邻接。球形第一固体构件40包括一个容纳光纤用的中心通道72。平面型第二固体构件42包括一个容纳光纤用的中心通道72。纵向光纤布拉格光栅构件22被收纳在中心通道64以及固体构件40和42之中心通道72中。光栅构件22受张力作用并与固体构件40和42固定。用固体定位锚定件154使光栅构件22与第一固体构件40机械固定。用诸如铜铝硅酸盐玻璃等粘结剂，最好是薄膜粘结剂，在中心通道72内将光栅构件22与第二固体构件42粘结。固体构件40和42压缩衬底38的两端，并且在最终装配/固定之前，在第一端58和第二端60对器件20进行复核试验。在试验之后，将粘结剂施加在固体构件42和衬底38之间的界面202以及固体构件40和衬底38之间的界面201上。界面201和202上的粘结剂(例如，环氧树脂)保护器件，并且将固体构件40和42粘结到衬底38上。本发明包括一种制造光波导器件20的方法，该方法包括以下步骤：提供光栅构件22；提供具有第一端58和第二端60的纵向负热膨胀衬底38；在衬底38中形成中心通道64；用具有中心通道72的第一固体构件40使第一固体构件40与第一端58邻接，用具有中心通道72的第二固体构件42使第二固体构件42与第二端60邻接；拉紧光栅构件22；使光栅构件22与第一固体构件40机械固定；使光栅构件22与第二固体构件42粘合。
本发明还包括用于制造光波导器件20的方法。本发明包括一种制造光波导器件20的方法，该方法包括以下步骤：提供光波导光栅构件22；提供负热膨胀支撑件28；拉紧光栅构件22；以及用铜铝硅酸盐玻璃将光栅构件22与负热膨胀支撑件28固定。将光栅构件与支撑件固定的方法可以包括用铜铝硅酸盐玻璃形成中间锚定件，然后将铜铝硅酸盐玻璃包含在与支撑件固定的粘合体中。将光栅构件与支撑件固定的方法可以包括用固体定位锚定件作机械固定。
另外，本发明包括一种光波导器件，该器件包括受张力作用的光波导光栅构件。所述光波导光栅构件通过铜铝硅酸盐玻璃与负热膨胀衬底粘结。Cu2O-Al2O3-SiO2定位玻璃件与负热膨胀的β锂霞石支撑件直接固定。定位玻璃件与负热膨胀支撑件的这种直接粘结可以用来代替将定位玻璃件与中间插件粘结。铜铝硅酸盐玻璃的高强度特性特别有利于光纤光栅与诸如β锂霞石玻璃陶瓷等负热膨胀衬底直接粘结。如图8所示，用铜铝硅酸盐玻璃30将光纤24与β锂霞石玻璃陶瓷的负热膨胀衬底38直接粘结。
本发明还包括一种制造光波导器件20的方法，该方法包括以下步骤：提供光波导光栅构件22，提供负热膨胀衬底38，在负热膨胀衬底中形成第一和第二插件接受孔。该方法还包括将第一固体插件插入第一插件接受孔内以及将第二固体插件插入第二插件接受孔内；拉紧光波导光栅构件；以及将光波导光栅构件与第一固体插入插件和第二固体插入插件固定。当光波导器件温度升高时，负热膨胀衬底会减小光波导光栅构件的张力。形成第一插件接受孔的步骤最好包括在衬底的第一端钻第一孔。形成第二插件接受孔的步骤包括在衬底的第二端钻第二孔。插入第一固体插件的步骤包括将石英圆柱体插入第一孔。将光波导光栅构件与第一固体插入插件固定的步骤还包括用铜铝硅酸盐玻璃将光栅构件与第一固体插入插件固定。将光栅构件与固体插入插件固定的步骤还包括用固体定位锚定件将光栅构件与插件机械固定。
以下述方式提供定位玻璃30：首先在与光纤24接触时，熔化玻璃质的Cu2O-Al2O3-SiO3密封玻璃；然后允许熔化的玻璃冷却，形成定位玻璃件30。用铜铝硅酸盐定位玻璃30将光纤与熔融石英衬底固定。用诸如CO2激光器或聚焦的高强度灯泡等热源进行熔化，以糊状(frit paste)形式提供铜铝硅酸盐定位玻璃前体。在一个实施例中，所用的铜铝硅酸盐定位玻璃从Ohio州，Toledo市的SEM-COM公司获得，其玻璃代码为SCY-2(铜玻璃RZ-2)，热膨胀系数大约为4.8×10-7/℃。
如下面表1和2中所揭示的，较佳的铜铝硅酸盐玻璃的配料成份范围为48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，0-4％wt.B2O3，并且最好的成份范围为50-65％wt.SiO2、12-16％wt.Al2O3、24-34％wt.CuO；并且热膨胀系数的范围大约为6.8-8.7×10-7/℃。诸如51.4％wt.SiO2、14.5％wt.Al2O3、34％wt.CuO(玻璃试样#A7)以及60％wt.SiO2、12％wt.Al2O3、28％wt.CuO(玻璃试样#B3)的配料成份特别有利。
                                                 表1
                                              玻璃试样#
   A1     A2    A3     A4    A5     A6    A7     A8     A9
SiO2   61.8    62.5   57.9    58.4   54.5    55.0   51.4    51.9    56.1
Al2O3   17.5    14.1   16.4    13.2   15.4    12.5   14.5    11.7    15.9
MgO   20.7    21.0   12.9    13.1    6.1     6.1    0     0     9.4
CuO    0     0   12.8    12.9   24.0    24.3   34.0    34.4    18.6
B2O3    0    2.4    0     2.3    0     2.1    0     2.0     0
  40.2    41.2   30.4    31.2   20.6    20.0   6.8    10.1    25.0
                                     热膨胀(×10-7/℃)
表1的试样成份是Ball Mill配料。在1550℃温度下，将该物料放在铂坩埚中混合并熔化6小时，然后将其制成正方形厚片，在750℃下退火。
                                                     表2
                                                   玻璃试样#
    B1     B2     B3     B4     B5     B6     B7     B8     B9
CuO     24     26     28     24     26     28     24     26     28
Al2O3     12     12     12     14     14     14     16     16     16
SiO2     64     62     60     62     60     58     60     58     56
    8.2     6.7     6.8     7.7     7.6     8.2     8.7     7.4     7.7
                                          热膨胀(×10-7/℃)
表2的试样成份是Ball Mill配料。在1550℃温度下，将该物料放在铂坩埚中混合并熔化6小时，然后将其制成小饼，不退火。
如表1所示，配料中存在MgO可以增大玻璃的热膨胀特性。玻璃试样A7示出了由SiO2、Al2O3和CuO形成的三组份玻璃的热膨胀特性优点。玻璃试样A8证明了加入少量B2O3(大约2％wt.)会使热膨胀特性只有适量的增加。增加少量B2O3(0-3％wt.)可以为所得到的玻璃提供诸如较低密封温度等有利的加工特性，但不会明显增加热膨胀。利用玻璃粉处理步骤、设备和供给，可以将具有表1和表2中有利的热膨胀特性的成品玻璃成份制成玻璃粉。
通过熔化CU2O-Al2O3-SiO2玻璃粉来制备定位玻璃。用定位玻璃使受张力作用的光纤与熔融石英衬底固定。在63倍放大镜下观察定位玻璃，并且在石英衬底、光纤或者定位玻璃件中观察不到裂缝。光纤与定位玻璃之间的应力经计算小于3Kpsi。
用铜铝硅酸盐定位玻璃将受张力作用的光纤与由β锂霞石玻璃陶瓷制成的负膨胀衬底固定。对β锂霞石玻璃陶瓷衬底的两端进行空心钻，并且将一些石英茎切段插入空心钻得到的孔中，以允许将光纤与石英茎切段粘结。铜铝硅酸盐定位玻璃将受适当张力作用的光纤与石英茎切段固定，并且负膨胀的β锂霞石材料控制光纤中布拉格光栅随温度变化的光学特性。石英茎切段以机械方式连锁在衬底孔中，其中尺寸相应接近，并且光纤受到张力，阻止石英茎移动。
对于本领域的熟练技术人员来说，不脱离本发明的精神或范围，对本发明光波导器件及其制造方法进行各种改变和变化将是显而易见的。因此，本发明试图覆盖各种变化和改变，只要它们落在后附权利要求书及其等效技术方案的范围内。

Claims (19)

1.一种光波导器件，其特征在于，所述光波导器件包括受张力作用的光波导光栅构件，所述光波导光栅构件与一支撑件固定，当所述光波导光栅构件和所述支撑构件的温度升高时，所述支撑件减小所述张力，所述光波导光栅构件通过线性热膨胀系数在大约1×10-7/℃至10×10-7/℃范围内(0℃-300℃)的定位玻璃件与所述支撑件固定。
2.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述定位玻璃包括铜铝硅酸盐玻璃。
3.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述定位玻璃包含48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，和0-4％wt.B2O3。
4.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述定位玻璃的线性热膨胀系数在2×10-7/℃至9×10-7/℃(0℃-300℃)的范围内。
5.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导光栅构件与所述定位玻璃之间的应力小于3Kpsi。
6.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述支撑构件具有负的热膨胀系数。
7.如权利要求6所述的光波导器件，其特征在于，所述支撑件包括第一插件和第二插件，以及限定了第一插件接受孔和第二插件接受孔的负热膨胀中央构件，其中所述第一插件被容纳和包含在所述第一插件接受孔内，所述第二插件被容纳和包含在所述第二插件接受孔内。
8.如权利要求7所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导光栅构件通过所述定位玻璃与所述第一和第二插件固定。
9.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述定位玻璃包括一中间定位锚定件，该定位锚定件被约束在一粘结体内，所述粘结体与所述支撑件固定和粘合。
10.一种制造光波导器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供一光波导光栅构件；提供一负热膨胀的支撑件；拉紧所述光波导光栅构件；用铜铝硅酸盐玻璃将所述光波导光栅构件与所述负热膨胀支撑件固定。
11.如权利要求10所述的方法，固定步骤包括用所述铜铝硅酸盐玻璃形成一中间的锚定件。
12.一种光波导器件，其特征在于，所述器件包括：单体的负热膨胀的纵向体衬底，它具有第一端和第二远端，并且将第一固体插件接受孔限定在所述第一端的附近，而将第二固体插件接受孔限定在所述第二端附近；第一固体插件，它被容纳在所述第一固体插件接受孔内；第二固体插件，它容纳在所述第二固体插件接受孔内；纵向光波导光栅构件，它受张力作用并且与所述第一固体插件和所述第二固体插件固定，其中当所述光波导器件的温度升高时，所述负热膨胀衬底减小所述张力。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，形成第一插件接受孔的步骤包括在所述衬底的第一端钻第一孔，而形成第二插件接受孔的步骤包括在所述衬底的第二端钻第二孔，并且插入第一固体插件的步骤包括将石英圆柱体插入所述第一孔中，并且将所述光波导光栅构件与所述第一固体插入插件固定的步骤包括用铜铝硅酸盐玻璃将所述光波导光栅构件与所述第一固体插入插件固定。
14.一种光波导器件，其特征在于，所述器件包括受张力作用的光波导光栅构件，所述光波导光栅构件通过铜铝硅酸盐玻璃与负热膨胀衬底粘结。
15.如权利要求14所述的光波导器件，其特征在于，所述负热膨胀衬底包括β锂霞石玻璃陶瓷。
16.如权利要求14所述的光波导器件，其特征在于，所述负热膨胀衬底包括锆钨陶瓷。
17.如权利要求14所述的光波导器件，其特征在于，所述铜铝硅酸盐玻璃包括48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，0-4％wt.B2O3。
18.一种光波导器件，其特征在于，所述器件包括单体的负热膨胀的纵向体衬底，它具有第一端和第二远端，并且限定一中心通道；第一固体构件，它与第一端相邻并且限定一中心通道；第二固体构件，它与第二端相邻并且限定一中心通道；纵向光波导光栅构件，它被容纳在所述衬底中心通道、所述第一固体构件中心通道和所述第二固体构件中心通道中，所述光栅构件受张力作用并与所述第一固体构件和第二固体构件固定，其中当所述光波导器件的温度升高时，所述负热膨胀衬底减小所述张力。
19.一种制造光波导器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供光波导光栅构件；提供纵向负热膨胀衬底，该衬底具有第一端和第二端；在所述负热膨胀衬底中形成一中心通道；将第一固体构件与所述第一端相邻邻接，而将第二固体构件与所述第二端相邻邻接，所述第一固体构件具有一中心通道，所述第二固体构件具有一中心通道；拉紧所述光波导光栅构件；使所述光波导光栅构件与所述第一固体构件机械固定；将所述光栅构件与所述第二固体构件粘结，其中当所述光波导器件的温度升高时，所述负热膨胀衬底减小所述光波导光栅构件的张力。
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