CN1374932A - 在光波导中形成光栅的方法 - Google Patents

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Abstract

将光纤放入管(34)中。密封该管。将光栅写入管中的光纤(38)。

Description

在光波导中形成光栅的方法
发明领域
本发明一般涉及光纤光学元件的制造。尤其，本发明涉及在光波导中形成布拉格反射光栅的方法，其中保护光纤在制造期间不受污染。
发明背景
自从20世纪70年代后期人们就知道了光纤对某些波长和亮度的光的灵敏度。已经发现通过将波导暴露于特定波长和亮度的光中，波导纤维的损耗特征和折射率将永久变化，并且允许形成的一段光纤的折射率周期变化。波导折射率沿波导长轴的的周期变化熟知为光波导光栅。光纤布拉格光栅是一种波导纤维中的光波导光栅，它选择性地过滤波长为光栅周期两倍的传播光。这种光纤布拉格光栅可用作波长滤波器。
通过多步过程可以形成光纤布拉格光栅，该过程包括用光化辐射、蚀刻或形成周期扰动的其它机构写入。侧面写入是一种在光纤形成光栅的技术，其中使得光，如光化辐射，形成沿波导长轴的交替明暗条纹的周期序列。这种周期序列的一个实例是在波导纤维一侧形成的并沿波导纤维长轴一部分的干涉图形。光干涉产生的周期性光强图形引起沿波导纤维长轴一部分的折射率的周期变化。
应该理解，在光纤光栅处理步骤期间，将裸光纤暴露于污染中将导致光纤光栅装置故障，并降低可靠性。此外，使光纤充分稳定以防止由于光纤滑动而引起的光栅退化，也比较困难。因为必须使用较小的力握住光纤的聚合物覆盖层，所以可能发生这种滑动。
因此，提供一种制造光纤布拉格光栅的过程，其中在写入光栅过程期间保护光纤的剥离部分，是非常有利的。
发明内容
本发明提供了在光波导中形成光栅的有利方法。通过在将光栅写入光波导之前，将光敏光波导放入外壳中，本发明允许在制造过程步骤期间，安全地保护光波导不受污染。根据本发明的一方面，该方法包括将光波导放入封闭结构中，密封该结构使波导固定在该结构中，并在波导的一部分中形成光栅。
另一方面，本发明的实施例可以包括以下步骤，将光波导光敏化，测试光栅的光谱性能，调节封闭结构中的光栅，并将光栅和该结构退火。
光波导可以具有多种特殊形式，包括例如单模或多模光纤，多芯光纤，波导管或平面波导。
从以下详细描述和附图中，对本发明更完整的理解和本发明进一步的特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本发明光栅组件的截面图；
图2是根据本发明形成光纤光栅的方法的流程图；
图3是根据本发明形成的光纤光栅的反射曲线的曲线图；
图4是根据本发明形成的光纤光栅的透射曲线的曲线图；和
图5是根据本发明形成的光纤光栅在多个时段的透射光谱的曲线图。
具体实施方式
现在参考附图，更详细地描述本发明，附图中显示了本发明中几个当前较佳的实施例。然而，本发明可以以各种形式实现，而不限于这里所述的典型实施例。而是，详细描述这些说明性的实施例，使得所揭示的内容更彻底，更完整，并将本发明的范围、结构、操作、功能性和潜能全部传递给本领域熟练的技术人员。
参考附图，图1显示了根据本发明用以下所述方法形成的光栅组件10的截面图。为了说明，显示并描述的实施例中波导是光纤，组件通常是管状的。然而应该理解本发明的方法还可以使用其它类型的波导，形状适当改变的组件和处理步骤。管状结构14部分封闭光纤12，管状结构14由能透过诸如紫外(UV)光的光化辐射的透明材料构成。对UV光透明的掺硼石英或其它玻璃是结构14的合适材料。管状结构14具有内直径“a”(如255-1000μm)，外直径“b”(如3.0mm)和长度“c”(如70mm)。包括其覆盖层16的光纤12具有外直径“d”(如250μm)。从一段光纤12上剥离覆盖层16，该段光纤包含在中空管14中。沿被剥去覆盖层16的部分长度，将光纤光栅18写入光纤12。
配置在中空管14两端22、23的密封件20、21紧紧地保持并支撑包含光纤光栅18的光纤区域12。密封件20、21可以是玻璃料，它包括铜玻璃或其它合适的材料。组件10还包括配置在管状结构14两端22、23的两个环氧树脂或其它合适材料的塞子24、25。结构14的两端22、23是漏斗形的，例如角度为45°，以便于放入塞子24、25和插入光纤12。
虽然这里揭示了当前的较佳材料和尺寸，但是本领域熟练的技术人员将理解本发明的光栅组件10可以包括多种材料和尺寸，并不限于这里所显示并描述的典型实施例或尺寸。1999年9月16日提交的题为“Method And ApparatusFor Packaging Long-Period Fiber Grating”的美国专利申请(Attorney DocketNo.Carberry 6)中提供了适用于本发明的其它光栅组件和包装方法的进一步细节，该申请通过引用结合于此。
图2显示了根据本发明在组件(如光栅组件10)中形成波导光栅的方法30。在光敏化步骤32中，将诸如光纤的波导光敏化。适用于本发明的光纤的实例是高Δ、掺锗、阶跃折射率光纤，其折射率Δ基本为2％。如这里所用的，术语折射率Δ是指光纤纤芯和包层之间的相对折射率差，并以百分比表示。适于将光纤光敏化的过程的实例包括将光纤暴露于100大气压的氢气中两个星期。然后，使一段光纤受紫外光的泛光照射。已经发现在248nm处工作的15Hz脉冲的UV激光适用于该泛光照射。该照射可以以75毫焦耳/cm2的脉冲通量进行30分钟。然后，在125℃将光纤退火24小时。1999年2月18日提交的美国专利申请号09/252,151题为“Optical Waveguide Photosensitization”的申请中描述了适用于本发明光敏化的另一过程，该申请通过引用结合于此。
接着，在包装步骤34中，将光纤放入中空管(如中空管14)中，并密封，以形成组件。该组件安全地容纳并保护光纤在过程步骤期间不受污染。在光栅写入步骤36中，将光栅写在光纤上。各种侧面写入技术中的任何一种都可用于将光栅写入光纤。在适用于本发明的典型技术中，基本上在240nm处工作的受激准分子、倍频染料激光器可用作紫外光源。激光器产生的240nm射束首先穿过石英缝隙。1998年5月19日提交的美国专利申请序号09/081,912题为“Spatial Filter For High Power Laser Beam”的申请中更详细地描述了合适的石英缝隙，该申请通过引用结合于此。在240nm射束穿过石英缝隙之后，它穿过相位掩模，然后达到石英管中的光纤。相位掩模可以是透射衍射光栅，本领域中熟知该元件的结构和特征。相位掩模还可以是具有一系列周期间隔开口的基底。在光栅写入步骤36期间，说明性实施例中的管14离开相位掩模大约4毫米。来自受激准分子激光器的射束的脉冲照射以10Hz的重复率进行25分钟。光纤位置处的激光通量或强度为大约75毫焦耳/cm2。图3和4分别显示了所得光栅的典型反射和透射曲线。暴露于激光束期间的平均折射率变化为大约2×10-4。
接着，在第一测试步骤38中，测试光栅的光谱性能。在第一调节步骤40中，调节或调整光谱性能。在第一调节步骤40中，光栅受UV光泛光照射5分钟，该UV光由例如基本上在248nm处工作的受激准分子激光器系统所提供，以符合光栅所需的光谱目标。在说明性实施例中的光纤位置处，激光通量大约为75毫焦耳/cm2，重复率为15Hz。图5显示了泛光照射期间多个时段中光纤光栅的典型透射光谱。在照射期间，发生的总波长移动为大约0.15nm。如图5所示，随着照射时间的增加，由于光栅调制振幅的减小，透射的最小值增大。光栅调制的减小是先前受光照射的光栅槽中折射率增加的结果。在说明性的实施例中，之后执行第一退火步骤42。该步骤42中，在125℃将组件退火24小时。
在一个实施例中，之后执行再一测试、调节和退火步骤。在第二测试步骤44中，测试光栅的光谱性能，以观察光栅是否符合光谱目标。如果光栅不符合光谱目标，那么在第二调节步骤46中，使光栅受基本在248nm处工作的受激准分子激光系统所提供的UV光的泛光照射，以调节光栅。作为说明，在光纤位置处，激光通量为大约75毫焦耳/cm2，重复率为15Hz。在最后的退火步骤48中，在125℃下，将组件退火24小时。
对于本领域熟练的技术人员来说，不脱离本发明的精神和范围，对本发明作出各种改变和变化是很明显的。因此本发明试图覆盖该发明各种变化和改变，只要它们落在后附权利要求书及其等效技术范围内。

Claims (22)

1.一种在光波导中形成光栅的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将一段所述光波导放入封闭结构中；
密封所述封闭结构，以形成一组件，使得所述一段光波导固定在所述组件中；和
在所述一段光波导的一部分中形成光栅。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构对于紫外光辐射是基本透明的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结构为掺硼石英玻璃。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，光波导包括光纤。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，光波导包括平面波导。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，光波导包括波导管。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光波导是光敏的。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，封闭结构一般是圆柱形管。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，组件保护所述一段光波导不受污染。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成光栅的步骤包括以下步骤：
将组件中所述一段光波导的一部分暴露于光化辐射中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光包括基本上为240纳米的波长。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光穿过石英缝隙。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，紫外光穿过相位掩模。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在基本上25分钟的时间内，以基本上10Hz的重复率以脉冲输送紫外光。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成光栅步骤之后，还包括以下步骤：
调节光栅，以改变光栅的光谱特征。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，调节光栅的步骤包括使光栅受紫外光的泛光照射。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在调节光栅步骤之后，还包括以下步骤：
使光栅退火。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在光栅退火步骤之后，还包括以下步骤：
第二次调节光栅，以改变光栅的光谱特征。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，第二次调节光栅的步骤包括使光栅受紫外光的泛光照射。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，紫外光包括基本上为248纳米的波长。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在基本上5分钟的时间内，以基本上15Hz的重复率以脉冲输送紫外光。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在第二次调节光栅步骤之后，还包括以下步骤：
第二次将光栅退火。
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