DE19955314B4

DE19955314B4 - Langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung

Info

Publication number: DE19955314B4
Application number: DE19955314A
Authority: DE
Inventors: Joo-Nyung Jang; Sun-Wook Kim; Se-Yoon Kim; Min-Sung Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: AU5717899A; JP2001091762A; DE19955314A1; FR2798476A1; GB2354083B; FR2798476B1; GB9929890D0; GB2354083A; CN1288165A; US6314222B1; CN1175295C; AU735273B2

Abstract

Eine langperiodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung mit:
einem Kern (10; 120) mit an diesem gebildeten langperiodischen, faseroptischen Gittern (16; 126) in jeweils vorbestimmten Perioden;
einem den Kern (10; 120) umgebenden Mantel (12; 122);
einer den Mantel (12; 122) an von den langperiodischen, faseroptischen Gittern (16; 126) freien Stellen bedeckende Beschichtung (14; 124)
gekennzeichnet durch
eine weitere Beschichtung (18; 128) zur Bedeutung des Mantels (12; 122) an Stellen, wo die langperiodischen faseroptischen Gitter (16; 126) gebildet sind, wobei der Kern (10; 120) eine solche Menge zum Kern (10; 120) hinzugefügtes Dotiermittel aufweist, dass in einem Kern/Mantel-Übergangsbereich eine Kopplungswellenlänge, bei der eine Faserkern-Mode mit einer Fasermantel-Mode koppelt, eine negative Wellenlängenverschiebung bei steigender Temperatur aufweist und wobei die weitere Beschichtung (18; 128) aus einem solchen Material ist, dass dessen Brechzahl im Übergangsbereich zwischen dem Mantel (12; 122) und der weiteren Beschichtung (18; 128) bei steigender Temperatur abnimmt und die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung und insbesondere eine temperaturkompensierte langperiodische, faseroptische Gittereinrichtung, welche keine Kopplungsverschiebungscharakteristik bezüglich einer Temperaturänderung aufweist.
Ein faseroptisches Gitter wird allgemein als Filter zur Auswahl eines optischen Signals mit einer bestimmten Wellenlänge, welches sich entlang eines Faserkerns fortpflanzt, verwendet. Das faseroptische Gitter kann Licht einer bestimmten Wellenlänge eliminieren oder reflektieren durch Induzieren einer periodischen Änderung in einer Brechzahl einer Lichtleitfaser durch Verwendung eines Ultraviolett (UV)-Laser. Faseroptische Gitter werden in kurzperiodische und langperiodische faseroptische Gitter unterteilt.
Das kurzperiodische faseroptische Gitter reflektiert nur Licht bei einem bestimmten Wellenlängensignal bei Filterung, während das langperiodische faseroptische Gitter eine Faserkern-Mode, in der sich ein optisches Signal entlang des Kerns der. Lichtleiterfaser fortpflanzt, mit einer Fasermantel-Mode in gleicher Fortpflanzungsrichtung koppelt.
Langperiodische faseroptische Gitter mit einer Periode im Bereich von mehreren 10 μm bis zu mehreren 100 μm werden als Verstärkungsabflachfilter in einem EDFA (Erbium dotierter Faserverstärker) aufgrund der Fähigkeit zum Entfernen von Licht einer bestimmten Wellenlänge durch Verschieben des Lichts von der Kern-Mode zur Mantel-Mode in gleicher Fortpflanzungsrichtung verwendet.
Die fangperiodischen faseroptischen Gitter werden durch Variation einer Brechzahl im Kern der Lichtleitfaser hergestellt, die für jede vorbestimmte Periode empfindlich auf UV-Strahlung reagiert. Die Brechzahl wächst in einem Kernbereich an, der der UV-Bestrahlung ausgesetzt war. Die Brechzahl ist unverändert in einem Kernbereich, der keiner UV-Belichtung ausgesetzt war. Dadurch ergibt sich eine periodische Änderung in der Brechzahl entlang der Längsachse der Lichtleitfaser.
Die langperiodischen faseroptischen Gitter reagieren empfindlich auf Temperatur und ihre optischen Eigenschaften werden durch eine Umgebungsbrechzahl eines Lichtleitfasermantels oder -hülle beeinflußt. Mikrobiegungen der Lichtleitfaser beeinflussen erheblich die zentrale Wellenlänge und das Auslöschverhältnis der langperiodischen faseroptischen Gitter, das durch die Kopplung zwischen einer Kern-Mode und einer Fasermantel-Mode bestimmt ist.
Eine weitere Beschichtung mit optisch stabilen Merkmalen bezüglich Einflüssen der äußeren Umgebung ist erforderlich zur Verwendung der langperiodischen, faseroptischen Gitter. Die äußeren Einflußfaktoren sind Temperatur, Feuchtigkeit, Staubeintrag und Mikrobrüche oder Mikrobiegungen der Lichtleitfaser. Eine Kopplung tritt bei einer langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung auf, wenn die folgenden Phasenanpassungsbedingung nach Gleichung 1 erfüllt ist:
wobei β_co eine Fortpflanzungskonstante in einer Kern-Mode, β^m _(cl) eine Fortpflanzungskonstante in einer Mantel-Mode m-ter. Ordnung und Λ eine Gitterperiode ist.
Wenn
(n als Brechzahl und λ als Wellenlänge), gilt:
Licht mit einer Wellenlänge kann zu einer Mantel-Mode verschoben werden durch Bestimmen der Gitterperiode Λ und einer Brechzahldifferenz (n_co – n^(m) _cl).
Die Brechzahldifferenz wird durch entsprechende Bestrahlung einer UV-empfindlichen Lichtleitfaser mit UV-Licht erhalten. Dabei ist die Lichtleitfaser mit einer Maske mit einer bestimmten Gitterperiode Λ versehen und UV-Licht wird auf die Maske projiziert. Die Lichtleitfaser reagiert mit der UV-Strahlung in einer solchen Weise, daß die Brechzahl des Kerns anwächst und eine Kopplungswellenlänge in Richtung zu langen Wellenlängen anwächst. Um ein beabsichtigtes Spektrum (das heißt, beabsichtigte Kopplungswellenlänge und Auslöschverhältnis der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung) zu erhalten, sollte das UV-Licht für eine angemessene Zeit projiziert werden, wobei eine Maskierungsperiode genau zu kontrollieren ist.
Die Kopplungswellenlänge von in dieser Weise hergestellten faseroptischen Gittern wird durch die Temperatur beeinflußt. Eine Verschiebung in der Kopplungswellenlänge im Hinblick auf eine Temperaturänderung ist durch die Variationen in Brechzahl und thermischer Ausdehnung in Längsrichtung bei einer Temperaturänderung bestimmt. Dies läßt sich wie folgt darstellen:
wobei T die Temperatur ist.
Wenn eine langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung aus einer allgemeinen Kommunikationslichtleitfaser oder verteilungsverschobene Lichtleitfaser hergestellt ist, ist
mehrere zehnmal größer als
und folglich kann
vernachlässigt werden. Beispielsweise verschiebt sich die Kopplungswellenlänge von Flexcor 1060 von Coming um 5 nm pro 100°C. In einer typischen verteilungsverschobenen Lichtleitfaser verschiebt sich die Kopplungswellenlänge um 0,3 nm pro 100°C bezüglich einer Expansion in Längsrichtung und um 5 nm pro 100°C im Hinblick auf eine Brechzahländerung. Eine Temperaturstabilität von ungefähr 0,3 nm pro 100°C ist für ein Verstärkungabflachfilter erforderlich, welches eine Anwendung eines langperiodischen, faseroptischen Gitterfilters bei gegenwärtig angewendeten Systemen ist.
Zur Kompensierung einer Temperaturänderung wird eine Brechzahlverteilung in einer Lichtleitfaser so ausgewählt oder die Gitterperiode der Lichtleitfaser so ausgewählt, daß
in Gleichung 3 beim Stand der Technik einen negativen Wert aufweist. Alternativ wird B₂O₃ Lichtleitfaser hinzugefügt, um
zu erhalten.
Falls Λ < 100 μm in einem üblichen langperiodischen faseroptischen Gitterfilter ist, ist
negativ bei dem bekannten Verfahren zur Steuerung der Brechzahl des Filters durch Setzen von
auf einen negativen Wert. Ist Λ = 40 μm, beträgt die Abhängigkeit der Wellenlänge von der Temperatur in der Flexcor 1060 – Lichtleitfaser 0,15 – 0,45 nm/100°C, wobei allerdings eine λ^(m)-Mode in einem 1.1 μm Bereich ist, was von einem Kommunikationsbereich abweicht.

Eine temperaturkompensierte langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung ist im Detail in der WO 00/55658 A1 mit Titel "Temperaturkompensiertes, langperiodisches, faseroptisches Gitterfilter" beschrieben, die vom Anmelder eingereicht wurde.

Eine weitere Beschichtung des langperiodischen, faseroptischen Gitterfilters in der obengenannten Anmeldung ist aus einem Material gebildet, bei dem die Brechzahl mit der Temperatur anwächst und die Brechzahl einer allgemeinen weiteren Beschichtung, insbesondere einer Polymer-Wiederbeschichtung, aufgrund der thermischen Expansion bei erhöhter Temperatur abnimmt. Daher, wenn ein langperiodisches, faseroptisches Gitterfilter gebildet aus einer üblichen Lichtleitfaser wieder beschichtet wird tritt ein Wellenlängenverschiebungseffekt der weiteren Beschichtung zu einem Wellenlängenerschiebungsmerkmal des langperiodischen, faseroptischen Gitterfilters hinzu und folglich sollte ein bestimmtes weiteres Beschichtungsmaterial zur Reduzierung einer Brechzahl verwendet werden. Ein solches Material ist gerade in der Entwicklung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine temperaturkompensierte, langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung bereitzustellen, welche keine Kopplungsverschiebungscharakteristik bezüglich einer Temperaturänderung aufweist, sowie widerstandsfähig gegenüber Feuchtigkeit und „weich" genug zur Verhinderung von Mikrobiegungen ist.

Aus dem Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No: 8 (1997) Seiten 1263 bis 1276 ist beispielsweise auch bekannt, dass eine Glasfaser mit einer bestimmten Wärmeempfindlichkeit bei erhöhten Temperaturen durch eine andere Substanz umhüllt werden kann, die die Wärmeempfindlichkeit ändert oder durch entsprechende Wahl des Materials dieser Substanz eliminiert. Über diese Substanz ist allerdings nichts weiter ausgesagt. Weiterhin wird die optische Faser vollständig von der Substanz umgeben und nicht nur ein Teil der Faser, an der ein optisches Gitter oder ein Bragg-Gitter gebildet ist, wird mit einem bestimmten Material neu bedeckt. Auch über den Kern der optischen Faser und in ihm enthaltene Dotiermittel ist nichts ausgesagt und es fehlt jeglicher Hinweis auf eine Wellenlängenverschiebung und den entsprechenden Einfluss der Dotiermittel.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine langperiodische faseroptische Gitter-Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

1A eine perspektivische Ansicht einer langperiodischen, faseroptischen Gitter-Filtereinrichtung;

1B eine perspektivische Ansicht der Gitter-Filterreinrichtung nach 1A mit einer entfernten weiteren Beschichtung;

1C einen Schnitt durch die langperiodische, faseroptische Gitterfilteranordnung mit entfernter weiteren Beschichtung;

2A–2D Graphen zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschie bung in Abhängigkeit von einer Umgebungsbrechzahl eines Fasermantels;

3 einen Graphen zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von einer Änderung in der Umgebungsbrechzahl des Mantels;

4 einen Graphen zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von der Umgebungsbrechzahl des Mantels, wobei diese kleiner als die Brechzahl des Mantels ist;

5A einen Graphen zur Darstellung einer Brechzahländerung in Abhängigkeit von der Temperatur einer weiteren Beschichtung aus einem allgemeinen Polymermaterial;

5B einen Graphen zur Darstellung einer Brechzahländerung in Abhängigkeit von der Temperatur einer weiteren Beschichtung aus einem Silikonharz;

6 einen Graphen zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von der Temperaturänderung in einem weiteren Beschichtungsmaterial;

7 einen Graphen zur Darstellung einer Brechzahlvariation in Abhängigkeit von der Temperatur bei unterschiedlicher Dotierungsmittelkonzentrationen in dem Lichtleitfaserkern;

8 einen Graphen zur Darstellung einer Wellenlängenabhängigkeit von der Temperatur bei unterschiedlichen Dotierungsmittelkonzentrationen im Lichtleitfaserkern;

9 einen Graphen zur Darstellung einer Temperaturkompensation einer langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung;

10A einen Graphen zur Darstellung einer Temperaturabhängigkeit einer allgemeinen langperiodischen, faseroptischen Gittereinrichtung mit entfernter weiteren Beschichtung;

10B einen Graphen zur Darstellung einer Temperaturabhängigkeit einer allgemeinen langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung mit weiteren Beschichtung;

11 einen Graphen zur Darstellung einer Temperaturabhängigkeit der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung, und

12 einen Schnitt durch die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung.

In der folgenden Beschreibung werden gutbekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, da diese für die eigentliche Erfindung unnötig sind.

Eine Beschichtung einer Lichtleitfaser wird für eine vorbestimmte Länge entfernt, um langperiodische, faseroptische Gitter in einer Lichtleitfaser zu bilden. Dann werden die langperiodischen, faseroptischen Gitter in dem belichteten Bereich unter Verwendung eines UV-Lasers und einer Amplitudenmaske gebildet. Die unbeschichteten, langperiodischen faseroptischen Gitter werden durch die äußere Umgebung von Temperatur, Feuchtigkeit, Staub, Mikrobrüchen und Mikrobiegungen beeinflußt und benötigen folglich einen Schutz, um eine Änderung in den optischen Eigenschaften zu vermeiden.
Weiterhin sind eine Vielzahl von langperiodischen, faseroptischen Gittern entlang der Länge einer Lichtleitfaser für eine vorbestimmte Periode gebildet und dienen als Filter zum Koppeln einer Kern-Mode mit einer Mantel-Mode. Daher sollte die Brechzahl des weiteren Beschichtungsmaterials beachtet werden.
Nach den 1A, 1B und 1C weist eine kompakte langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung 100 einen Kern 10 mit in diesem jeweils in vorbestimmten Perioden gebildeten langperiodischen, faseroptischen-Gittern, einen den Kern 10 umgebenden Mantel 12, eine den Mantel 12 umgebende Beschichtung 14 und eine weitere Beschichtung 18 auf, die die langperiodischen, faseroptischen Gitter 16 bedeckt. Die weitere Beschichtung wird in einem Bereich aufgebracht, von dem die Beschichtung 14 entfernt wurde, um die langperiodischen faseroptischen Gitter 16 zu schützen.
In 1C zeigen Pfeile eine Wellenlängenfortpflanzungsrichtung und eine Kopplung einer Kern-Mode mit einer Mantel-Mode in der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung an. Die Dicke eines Pfeils zeigt die Lichtintensität bei einer Wellenlänge an.
Ein optisches Signal mit einer zentralen Wellenlänge, das sich in einer fundamentalen Führungsmode im Kern 10 fortpflanzt, wird im Brechzahländerungsbereich gestreut, das heißt, in den langperiodischen, faseroptischen Gittern 16. Bei Kopplung des gestreuten Lichts in den Mantel 12, wird Licht bei einer Wellenlänge, die der Phasenanpaßbedingung genügt, kohärent verstärkt. Das Licht pflanzt sich bis außerhalb des Mantels 12 fort und die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung 100 dient als wellenlängenabhängiger Abschwächer.
Die Intensität des sich in der fundamentalen Führungsmode fortpflanzenden Lichts wird während des Durchtritts durch die langperiodischen, faseroptischen Gitter 16 reduziert, wie durch die Dickenverminderung eines Pfeils angezeigt. Die Intensität des Lichts bei einer Wellenlänge eingekoppelt in den Mantel 12 nimmt zu, wie durch das Anwachsen der Dicke der Pfeile dargestellt.
Eine äußere Umgebung des Mantels 12, nämlich Luft, weist eine Brechzahl von 1 auf. Falls der Mantel 12 mit einem Material wieder beschichtet wird, welches eine Brechzahl n nach Bildung der langperiodischen, faseroptischen Gitter aufweist, wird eine Kopplungsbedingung geändert und folglich eine Kopplungswellenlänge zu langen oder kurzen Wellenlängen verschoben.
2A bis 2D sind Graphen zur Darstellung der Verschiebung einer Kopplungswellenlänge im Hinblick auf eine Umgebungsbrechzahl des Mantels.
2A zeigt eine Lichtdurchlaßcharaktetistik, wenn die Umgebungsbrechzahl (die Brechzahl der Luft) des Mantels, der die langperodischen, faseroptischen Gitter umgibt, gleich 1 ist.
2B zeigt eine Lichtdurchlaßcharakteristik, wenn die Umgebungsbrechzahl des Mantels 1,400 ist. Es sei angemerkt, daß ein Lichtdurchlaß anwächst und eine Kopplungswellenlängenverschiebung zu kurzen Wellenlängen ungefähr 4,8 nm im Vergleich zum Graphen nach 2A erfolgt.
2C zeigt eine Lichtdurchlaßcharakteristik, wenn die Umgebungsbrechzahl des Mantels 1,448 beträgt. Die Kopplungswellenlängenverschiebung erfolgt zu kurzen Wellenlängen um 16,5 nm im Vergleich zur 2A.
2D zeigt eine Lichtdurchlaßcharakteristik mit einer Umgebungsbrechzahl des Mantels von 1,484. Die Kopplungswellenlänge verschiebt sich zu einer langen Wellenlänge im Vergleich zu 2A.
Nach 2B und 2C verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu einer kürzeren Wellenlänge, falls die Umgebungsbrechzahl des Mantels von 1 anwächst, aber kleiner als die Brechzahl des Mantels ist. Übertrifft andererseits die Umgebungsbrechzahl des Mantels die Brechzahl des Mantels, verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu einer langen Wellenlänge, siehe 2D. Falls Umgebungsbrechzahl des Mantels gleich Brechzahl des Mantels ist, wird eine Totalreflexionsbedingung aufgehoben und eine Kopplungsspitze verschwindet.
3 ist ein Graph zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von der Änderung der Umgebungsbrechzahl des Mantels. Die Kopplungswellenlänge verschiebt sich zu einer kurzen Wellenlänge, wenn die Umgebungsbrechzahl von 1,0 anwächst; die Kopplungsspitze verschwindet, wenn die Umgebungsbrechzahl gleich der Brechzahl des Mantels ist, und dann verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu einer langen Wellenlänge; wenn die Umgebungsbrechzahl die Brechzahl des Mantels übertrifft.
4 ist ein Graph zur Darstellung einer Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungsbrechzahl des Mantels, wenn die Umgebungsbrechzahl kleiner als die Brechzahl des Mantels ist. Nach 4 verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu langen Wellenlängen, wenn die Umgebungsbrechzahl abnimmt, falls die Umgebungsbrechzahl kleiner als die Brechzahl des Mantels ist.
Die Ergebnisse nach den 2A bis 4 sind im Detail in einer Arbeit des Erfinders beschrieben mit dem Titel "Verschiebung der Resonanz eines langperiodischen Fasergitters induziert durch eine Änderung der Umgebungsbrechzahl", Optics Letters, 1. Dezember 1997/Vol. 22, No. 23, S. 1769 bis 1771.
5A zeigt eine Änderung in der Brechzahl eines allgemeinen weiteren Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung und 5B zeigt eine Änderung in der Brechzahl von Silikonharz als Beispiel für ein allgemeines weiteres Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung.
Gemäß 5A zeigt ein allgemeines weiteres Beschichtungsmaterial, das heißt ein Polymer, eine thermische Ausdehnung bei wachsender Temperatur und hat eine reduzierte Brechzahl. Nach 5B zeigt Silikonharz ebenfalls eine thermische Ausdehnung bei einer wachsenden Temperatur und eine reduzierte Brechzahl. Die Brechzahlvariation in Abhängigkeit von der Temperatur bei Silikonharz beträgt -2,4 × 10^-2/100°C.
6 zeigt eine Kopplungswellenlängenverschiebung eines weiteren Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung. Es sei angemerkt, daß gemäß der Zeichnung die Kopplungswellenlänge sich zu einer langen Wellenlänge verschiebt, wenn die Brechzahl des weiteren Beschichtungsmaterials mit steigender Temperatur abnimmt. Die Verschiebung der Kopplungswellenlänge zur langen Wellenlänge impliziert, daß ein positiver Wellenlängenverschiebungsbereich vorliegt.
7 zeigt eine Kopplungswellenlängenverschiebung in Abhängigkeit einer Temperaturänderung bei unterschiedlichen Konzentrationen eines Dotiermittels, das dem Lichtleitfaserkern zugefügt wird. Eine Temperaturkompensation durch Hinzufügen von B₂O₃ und GeO₂ als Dotiermitteln zum Kern ist im Detail in EP 0 800 098 A2 beschrieben mit dem Titel "Lichtwellenleitergitter und Verfahren zu dessen Herstellung". Nach 7 haben langperiodische, faseroptische Gitter mit mehr B₂O₃ als GeO₂ einen negativen Wellenlängenverschiebungsbereich, wenn die Temperatur anwächst. Das heißt, eine Brechzahlvariation in Abhängigkeit von der Temperatur hat einen negativen Wert. Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Temperaturänderung kompensiert, in dem der Wellenlängenverschiebungsbereich der Kopplungswellenlänge auf einen negativen Wert in den langperiodischen, faseroptischen Gitter und auf einen positiven Wert in dem weiteren Beschichtungsmaterial gesetzt wird.
Wird beispielsweise 20mol% GeO₂ and 15mol% B₂O₃ dem Kern zugefügt, ergibt sich eine Änderung in der Brechzahl der langperiodischen, faseroptischen Gitter, die auf dem Kern gebildet sind, in Abhängigkeit von der Temperaturänderung mit einem negativen Wert und folglich weist die Kopplungswellenlänge einen negativen Wellenlängenverschiebungsbereich auf. Dies ist in 8 dargestellt.
Nach 8 verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu kurzen Wellenlängen bei wachsender Temperatur, wenn die Menge von B₂O₃ größer als die von GeO₂ im Kern. ist und die langperiodischen, faseroptischen Gitter nicht wiederbeschichtet sind.
In 8 verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu kurzen Wellenlängen, wenn die Temperatur anwächst. Dies impliziert, daß die Kopplungswellenlänge in der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung einen negativen Wellenlängenverschiebungsbereich aufweist.
9 zeigt einen Graphen mit einem Wellenlängenverschiebungseffekt eines weiteren Beschichtungsmaterials wie Silikonharz bei wachsender Temperatur in der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung und eine Temperaturkompensation, die sich durch eine Kurzwellenverschiebung bei Verwendung von mehr B₂O₃ als GeO₂ ergibt. Bezugszeichen 91 zeigt eine Verschiebung der Kopplungswellenlänge zu längeren Wellenlängen aufgrund eines Brechzahländerungsbereichs von Mantel/weiteren Beschichtung gemäß einer Temperaturänderung und Bezugszeichen 93 zeigt eine Verschiebung der Kopplungswellenlänge zu kurzen Wellenlängen aufgrund eines Brechzahländerungsbereichs von Kern/Mantel gemäß einer Temperaturänderung an.
Die Langwellenverschiebung und Kurzwellenverschiebung der Kopplungswellenlänge treten gleichzeitig in der langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung auf, wodurch sich gemäß vorliegender Erfindung eine Temperaturkompensation ergibt, wie es durch Bezugszeichen 92 gekennzeichnet ist.
10A und 10B zeigen Graphen zur Darstellung von Wellenlängenverschiebungen in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung in Fällen, in denen eine allgemeine langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung keine Kurzwellenverschiebung in einem Kern zeigt und nicht wiederbeschichtet ist beziehungsweise entsprechend mit einem Silikonharz wiederbeschichtet ist.
8 zeigt eine Wellenlängenverschiebung in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung, wenn die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung nicht wiederbeschichtet ist sie einen negativen Wellenlängenverschiebungsbereich bei mehr B₂O₃ als GeO₂ zeigt.
11 ist ein Graph zur Darstellung einer Wellenlängenverschiebung in Abhängigkeit einer Temperaturänderung, wenn die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung mit einem Silikonharz weiter beschichtet ist, während sie einen negativen Wellenlängenverschiebungsbereich bei mehr B₂O₃ als GeO₂ aufweist.
Die Temperaturkompensation gemäß vorliegender Erfindung wird im folgenden unter Vergleich der 10A und 10B, die die bekannte Technologie zeigen, mit den 8 und 9 gemäß vorliegender Erfindung beschrieben.
Nach 10A verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu langen Wellenlängen bei Temperaturanstieg, wenn keine Wiederbeschichtung der bekannten langperiodischen, faseroptischen Gitterfiltereinrichtung erfolgt ist, und eine Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge beträgt ungefähr 5,08 nm/100°C.
Nach 10B verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu längeren Wellenlängen bei ansteigender Temperatur, wenn die bekannte langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung als weitere Beschichtung Silikonharz aufweist, und eine Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge beträgt ungefähr 10nm/100°C.
Nach den 10A und 10B ergibt sich, daß ein Synergieeffekt zwischen einer Langwellenverschiebung des Lichtleitfaserkerns und einer Langwellenverschiebung des Silikonharzes auftritt, wenn die weitere Beschichtung der bekannten langperiodischen, faseroptischen Gitter Silikonharz ist, wodurch der Langwellenverschiebungseffekt noch vergrößert wird. Das heißt, die Temperaturabhängigkeit nimmt noch zu.
In 8, wenn der Lichtleitfaserkern mehr B₂O₃ als GeO₂ enthält und die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung noch nicht weiter beschichtet ist, verschiebt sich die Kopplungswellenlänge zu kürzeren Wellenlängen bei ansteigender Temperatur und eine Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge beträgt ungefähr -4,7 nm/100°C.
Nach 11, wenn der Lichtleitfaserkern mehr B₂O₃ als GeO₂ enthält und die langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung mit Silikonharz gemäß vorliegender Erfindung weiter beschichtet ist, treten ein Wellenlängenverschiebungseffekt des Kerns und gegenläufiger Wellenlängenverchiebungseffekt des weiteres Beschichtungsmaterials gleichzeitig auf, wodurch eine Temperaturänderung kompensiert wird. Als Ergebnis ergibt sich keine Änderung in der Kopplungswellenlänge in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung. In diesem Fall beträgt die Temperaturabhängigkeit der Wellänlänge ungefähr 0,7 nm/100°C.
Eine auf diese Weise hergestellte langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist in 12 dargestellt. Ein Kern 120 enthält mehr B₂O₃ als GeO₂ und ein Mantel 122 umgibt den Kern 120. Eine Vielzahl von langperiodischen, faseroptischen Gittern 126 sind in Längsrichtung am Kern 120 gebildet. Ein Silikonharz 128 als weitere Beschichtung bedeckt die langperiodischen, faseroptischen Gitter 126.
Es ergibt sich, daß bei einer Kopplungswellenlängenverschiebung mit einem negativen Wellenlängenverschiebungsbereich bei erhöhter Temperatur durch Verwendung von mehr B₂O₃ als GeO₂ in einem Lichtleitfaserkern und einer Brechzahlabnahme mit Anwachsen der Temperatur und einer Kopplungswellenlängenverschiebung mit einem positiven Bereich in einer weiteren Beschichtung, eine Temperaturänderung kompensiert werden kann ohne eine kleine Kopplungswellenlängenverschiebung.
Wie oben beschrieben, weist eine langperiodische, faseroptische Gitterfiltereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung einen Kern auf, in dem eine Kopplungswellenlängenverschiebung innerhalb eines negativen Bereichs bei erhöhter Temperatur entsprechend zur Menge eines hinzugefügten Dotiermittels ist, und eine weitere Beschichtung, in der eine Brechzahl mit anwachsender Temperatur abnimmt und die Kopplungswellenlängenverschiebung in einem positiven Bereich ist. Folglich kann die Wellenlängenverschiebung der langperiodischen, faseroptischen Gitter aufgrund einer Temperaturänderung kompensiert werden und ein Temperaturkompensation ist möglich.

Claims

Eine langperiodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung mit: einem Kern (10; 120) mit an diesem gebildeten langperiodischen, faseroptischen Gittern (16; 126) in jeweils vorbestimmten Perioden; einem den Kern (10; 120) umgebenden Mantel (12; 122); einer den Mantel (12; 122) an von den langperiodischen, faseroptischen Gittern (16; 126) freien Stellen bedeckende Beschichtung (14; 124) gekennzeichnet durch eine weitere Beschichtung (18; 128) zur Bedeutung des Mantels (12; 122) an Stellen, wo die langperiodischen faseroptischen Gitter (16; 126) gebildet sind, wobei der Kern (10; 120) eine solche Menge zum Kern (10; 120) hinzugefügtes Dotiermittel aufweist, dass in einem Kern/Mantel-Übergangsbereich eine Kopplungswellenlänge, bei der eine Faserkern-Mode mit einer Fasermantel-Mode koppelt, eine negative Wellenlängenverschiebung bei steigender Temperatur aufweist und wobei die weitere Beschichtung (18; 128) aus einem solchen Material ist, dass dessen Brechzahl im Übergangsbereich zwischen dem Mantel (12; 122) und der weiteren Beschichtung (18; 128) bei steigender Temperatur abnimmt und die Kopplungswellenlänge eine positive Wellenlängenverschiebung bei steigender Temperatur aufweist, die näherungsweise die negative Wellenlängenverschiebung kompensiert.
Langperiodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotiermittel B₂O₃ und GeO₂ enthält und die Summe der durch eine aufgrund der Menge von GeO₂ angewachsene Brechzahl und durch eine durch die Menge von B₂O₃ verminderte Brechzahl verursachten Kopplungswellenlängenverschiebungen einen negativen Wellenlängenverschiebungswert bei steigender Temperatur aufweist.
Langperodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Beschichtung (18; 128) aus einem Polymermaterial gebildet ist, dessen Brechzahl mit ansteigender Temperatur abnimmt.
Langeriodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial Silikonharz ist.
Langeriodische, faseroptische Gitter-Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahl der weiteren Beschichtung (18, 128) geringer als die Brechzahl des Mantels (12; 122) ist.