FR2704323A1 - Photosensitization of optical fibers and silica waveguides. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une méthode de fabrication d'un guide d'onde optique fortement photosensible. Elle comprend un chauffage local d'un guide d'onde optique faiblement photosensible pendant une période de temps suffisante pour augmenter la concentration des défauts associés avec la photosensibilité dans la partie chauffée dudit guide d'onde.The present invention relates to a method of manufacturing a highly photosensitive optical waveguide. It comprises local heating of a weakly photosensitive optical waveguide for a period of time sufficient to increase the concentration of defects associated with photosensitivity in the heated portion of said waveguide.
Description
La présente invention concerne des guides d'ondes optiques et,The present invention relates to optical waveguides and,
particulièrement, une méthode de fabrication d'un guide d'onde de forte photosensibilité à partir d'un guide d'onde faiblement photosensible. Des guides d'ondes optiques peuvent présenter la propriété de photosensitivité comme un changement d'indice de réfraction permanent photoinduit. Des expériences initiales, comme décrites dans le document US-A-4 474 427 (K.O. Hill et al) ont démontré le phénomène dans des fibres optiques, mais récemment on l'a détecté aussi dans des structures de verre planaires, y compris par exemple des guides in particular, a method of manufacturing a high photosensitivity waveguide from a weakly photosensitive waveguide. Optical waveguides can exhibit the property of photosensitivity as a change in photoinduced permanent refractive index. Initial experiments, as described in document US Pat. No. 4,474,427 (KO Hill et al) demonstrated the phenomenon in optical fibers, but recently it has also been detected in planar glass structures, including for example guides
d'ondes planaires silice sur silicium et silice sur silice. of planar waves silica on silicon and silica on silica.
La photosensitivité peut être utilisée pour fabriquer des réseaux de diffraction de Bragg rétroréflecteurs, des réseaux de diffraction convertisseurs de modes et rotateurs oscillants dans des guides d'ondes optiques; pour fabriquer ces dispositifs, on imprime une modulation d'indice de réfraction périodique dans l'espace avec de la lumière le long de la longueur du coeur photosensible du guide Photosensitivity can be used to fabricate retroreflective Bragg gratings, mode converters and oscillating rotators in optical waveguides; to manufacture these devices, a periodic refractive index modulation in space is printed with light along the length of the photosensitive core of the guide
d'onde optique.optical wave.
On a décrit des méthodes de fabrication de tels réseaux de diffraction de Bragg dans la demande de brevet français n 93 13093 déposée le 28/10/93 par la présente demanderesse et intitulée Methods of manufacturing such Bragg gratings have been described in French patent application no. 93 13093 filed on 10/28/93 by the present applicant and entitled
"Méthode de fabrication de réseaux de diffraction de Bragg". "Method of making Bragg diffraction gratings".
Le spectre d'absorption UV proche du coeur dopé au germanium de fibre optique, de guide d'onde Ge:SiO2-sur-Si ou Ge:SiO2-sur-SiO2 est fortement influencé par le type et la concentration des défauts dans le coeur. On a trouvé que la photosensitivité dans des guides d'ondes à coeur dopé au germanium est liée à l'absorption entraînée par des défauts de vacance d'oxygène dans la région UV de 240 nm, comme décrit par G. Meltz et al dans la revue Optical Letters 14, 823 (1989). Une fibre optique de haute qualité comme la fibre SMF-28 de Corning et les guides planaires silice-sur-silicium de NTT contiennent relativement de faibles concentrations de défauts. Il en résulte que ces deux types de guides d'ondes sont relativement transparents dans le proche UV et sont caractérisés comme étant The UV absorption spectrum close to the germanium-doped core of optical fiber, Ge: SiO2-on-Si or Ge: SiO2-on-SiO2 waveguide is strongly influenced by the type and concentration of defects in the core. . It has been found that photosensitivity in germanium-doped core waveguides is related to the absorption caused by oxygen vacancy defects in the UV region of 240 nm, as described by G. Meltz et al in Optical Letters 14, 823 (1989). High quality optical fiber such as Corning SMF-28 fiber and NTT silica-on-silicon planar guides contain relatively low concentrations of defects. As a result, these two types of waveguides are relatively transparent in the near UV and are characterized as being
faiblement photosensibles.slightly photosensitive.
On a découvert une méthode simple et efficace pour augmenter sensiblement la photosensitivité de guides d'ondes optiques à coeur de silice dopé au germanium faiblement photosensibles à la lumière ultraviolette. Des dopants différents peuvent entrainer la photosensitivité à des longueurs d'ondes différentes. Il apparaît que la méthode marche aussi pour rendre photosensibles d'autres types de guides d'ondes optiques à des longueurs d'ondes différentes, par exemple ceux qui sont dopés avec du cérium ou de l'europium et A simple and effective method has been discovered for significantly increasing the photosensitivity of germanium doped silica core optical waveguides that are weakly photosensitive to ultraviolet light. Different dopants can cause photosensitivity at different wavelengths. It appears that the method also works to make photosensitive of other types of optical waveguides at different wavelengths, for example those which are doped with cerium or europium and
codopés avec de l'alumine, par exemple. co-coded with alumina, for example.
Contrairement à d'autres méthodes, telles que décrites par G.D. Unlike other methods, as described by G.D.
Maxwell et al dans la revue Electronic Letters 28, 2106 (1992), on obtient la photosensibilité dans le cas par une augmentation négligeable en perte dans les trois principales fenêtres de communication optique pour des longueurs pratiques de dispositifs rétroflecteurs de Bragg. De plus, notre technique permet de localiser la photosensibilité de guides d'ondes optiques de grande qualité, Maxwell et al in the review Electronic Letters 28, 2106 (1992), photosensitivity is obtained in the case by a negligible increase in loss in the three main windows of optical communication for practical lengths of Bragg retroreflective devices. In addition, our technique makes it possible to locate the photosensitivity of high quality optical waveguides,
disponibles dans le commerce.commercially available.
Suivant un exemple de réalisation de l'invention, une méthode de fabrication d'un guide d'onde optique fortement photosensible comprend un chauffage local d'un guide d'onde optique faiblement photosensible pendant une période de temps suffisante pour augmenter la densité des défauts dans le guide d'onde jusqu'au niveau requis According to an exemplary embodiment of the invention, a method of manufacturing a highly photosensitive optical waveguide comprises local heating of a weakly photosensitive optical waveguide for a period of time sufficient to increase the density of the defects. in the waveguide to the required level
pour améliorer la réponse photosensible du guide d'onde. to improve the photosensitive response of the waveguide.
Suivant un autre exemple de réalisation, une longueur d'un guide d'onde optique faiblement photosensible a une partie localisée qui According to another embodiment, a length of a weakly photosensitive optical waveguide has a localized part which
est sensiblement photosensible.is substantially photosensitive.
Une meilleure compréhension de l'invention sera obtenue en se A better understanding of the invention will be obtained by
référant à la description détaillée suivante, en relation avec les referring to the following detailed description, in relation to the
dessins suivants, parmi lesquels: la Fig. 1 montre une fibre optique balayée par une flamme, la Fig. 2 montre une courbe de changement d'indice en fonction du temps de traitement par balayage à la flamme tel qu'on l'a observé dans une fibre optique, la courbe (a) de la Fig. 3 montre la dispersion en coefficient d'absorption d'une couche de guide d'onde en tranche dopée au germanium mesurée perpendiculairement au substrat avant le traitement, la courbe (b) de la Fig. 3 montre la dispersion en coefficient d'absorption de la couche de guide d'onde en tranche après le traitement au balayage de la flamme, la courbe (c) de la Fig. 3 montre une mesure expérimentale du changement photoinduit dans la dispersion du coefficient d'absorption avec la longueur d'onde pour la couche de guide d'onde en tranche dopé au germanium photosensible entraîné par l'irradiation à la lumière ultraviolette, et la Fig. 4 montre une mesure de réponse en longueur d'onde dans un réseau de Bragg dans le coeur d'un guide d'onde planaire following drawings, among which: FIG. 1 shows an optical fiber swept by a flame, FIG. 2 shows an index change curve as a function of the flame sweep treatment time as observed in an optical fiber, the curve (a) of FIG. 3 shows the dispersion in absorption coefficient of a germanium-doped slice waveguide layer measured perpendicular to the substrate before treatment, the curve (b) of FIG. 3 shows the dispersion in absorption coefficient of the waveguide layer in a slice after the flame sweep treatment, the curve (c) of FIG. 3 shows an experimental measurement of the photoinduced change in the dispersion of the absorption coefficient with the wavelength for the slice waveguide layer doped with photosensitive germanium caused by irradiation with ultraviolet light, and FIG. 4 shows a measurement of wavelength response in a Bragg grating in the core of a planar waveguide
tridimensionnel après le traitement suivant la présente invention. three-dimensional after the treatment according to the present invention.
La Fig. 1 montre une partie de guide d'onde sous la forme d'une fibre optique comprenant un coeur 1 entouré d'une gaine 3. Une région du guide d'onde est plongé dans une flamme 5 qui balaye alternativement et de façon répétée une région localisée avec la flamme dans une zone définie par les directions montrées par les flèches Cependant, elle pourrait être localement chauffée par toute autre source de chaleur appropriée, comme un laser au C02 ou un arc électrique. Le balayage est utilisé pour augmenter la taille de la région traitée. Dans d'autres cas, on n'a pas besoin d'utiliser un balayage. Dans un exemple préféré de l'invention, la région o le guide d'onde optique est d'une photosensitivité faible (sinon négligeable) qui est à rendre photosensible est "balayée ou brossée" par la flamme avec répétition, la flamme étant alimentée par un combustible, comme de l'hydrogène ou du propane mais auquel est quelquefois ajoutée une petite quantité d'oxygène (température de la flamme approchant les 1700 C). On a trouvé que la photosensibilisation prend pratiquement à peu près 20 minutes pour atteindre un effet maximal dans les conditions que l'on utilise dans les expulsions (guide d'onde à fibre Corning SMF-28), bien que l'on ait réalisé le Fig. 1 shows a waveguide portion in the form of an optical fiber comprising a core 1 surrounded by a sheath 3. A region of the waveguide is immersed in a flame 5 which alternately and repeatedly sweeps a region located with the flame in an area defined by the directions shown by the arrows However, it could be locally heated by any other suitable heat source, such as a C02 laser or an electric arc. Scanning is used to increase the size of the treated area. In other cases, there is no need to use a sweep. In a preferred example of the invention, the region where the optical waveguide is of low photosensitivity (if not negligible) which is to be made photosensitive is "swept or brushed" by the flame with repetition, the flame being supplied by a fuel, such as hydrogen or propane but to which is sometimes added a small amount of oxygen (flame temperature approaching 1700 C). It has been found that photosensitization takes practically about 20 minutes to achieve maximum effect under the conditions used in expulsions (Corning SMF-28 fiber waveguide), although the
procédé avec succès en utilisant 10 minutes de balayage de flamme. proceeded successfully using 10 minutes of flame sweep.
Comme une flamme relativement petite peut être utilisée pour "balayer" le guide d'onde, la méthode fournit une Since a relatively small flame can be used to "sweep" the waveguide, the method provides a
photosensibilisation très localisée. very localized photosensitization.
La température à laquelle le verre de guide d'onde est chauffé est à peu près la chaleur blanche (environ le point de fusion du verre). On a utilisé la méthode du balayage à la flamme pour augmenter la photosensibilité d'un filtre de télécommunication standard (SMF-28 de Corning à coeur dopé au Ge) d'un facteur plus grand que dix The temperature to which the waveguide glass is heated is roughly white heat (approximately the melting point of the glass). The flame scanning method was used to increase the photosensitivity of a standard telecommunication filter (Corning SMF-28 with Ge doped core) by a factor greater than ten
(charge d'indice de réfraction photoinduit> 10'3 à A = 1530 nm). (charge of photoinduced refractive index> 10'3 at A = 1530 nm).
La Fig. 2 est une courbe de variations d'indice photoinduit (saturé) maximal observés dans une fibre Corning SMF-28 en fonction du temps d'exposition au balayage de flamme. Les conditions utilisées d'exposition à la lumière UV étaient: à = 249 nm, fluence = 300 mj/cm2 par impulsion, fréquence de répétition d'impulsions (PRF) = 50 Hz, temps d'exposition = 15 minutes, durée d'impulsion = 12 ns. Dans un échantillon de fibres qui a été "balayé" à la flamme, on a observé une variation d'indice photoinduite de 1,2 x 10-4 seulement; après 20 minutes de traitement à la flamme, on a observé une variation d'indice photoinduite qui atteignait un pic de 1,4 x 10-3 dans un Fig. 2 is a curve of variations in maximum photoinduced (saturated) index observed in a Corning SMF-28 fiber as a function of the time of exposure to flame scanning. The conditions used for exposure to UV light were: at = 249 nm, fluence = 300 mj / cm2 per pulse, pulse repetition frequency (PRF) = 50 Hz, exposure time = 15 minutes, duration of pulse = 12 ns. In a sample of fibers which was "swept" by flame, a variation of photoinduced index was observed of only 1.2 × 10 −4; after 20 minutes of flame treatment, a variation in photoinduced index was observed which reached a peak of 1.4 × 10 −3 in a
échantillon semblable de fibre.similar fiber sample.
On a trouvé que la méthode de "balayage" à la flamme rendait aussi beaucoup plus sensible le coeur du guide d'onde d'un échantillon de la demanderesse, en guides d'ondes de haute qualité à trois dimensions en Ge:SiO2 -sur-Si et un guide d'onde planaire à deux dimensions en Ge:SiO2-sur SiO2, lesquels avaient une photosensitivité négligeable avant le traitement. Par l'expérience, on a constaté un plus grand effet de photosensibilisation dans ces guides d'ondes planaires que dans la fibre SMF-28: la variation photoinduite d'indice de réfraction dans le coeur des guides d'ondes planaires non traités était au-dessous de notre seuil de détection, mais avec un traitement par balayage à la flamme devenait plus grande que la variation photoinduite d'indice de réfraction dans une fibre SMF-28 balayée semblablement à la flamme dans les mêmes conditions It has been found that the flame "sweeping" method also makes the core of the waveguide of a sample of the Applicant much more sensitive, in high quality three-dimensional waveguides in Ge: SiO2 -on -If and a two-dimensional planar waveguide in Ge: SiO2-on SiO2, which had negligible photosensitivity before treatment. Through experience, a greater photosensitization effect has been observed in these planar waveguides than in the SMF-28 fiber: the photoinduced variation in refractive index in the core of the untreated planar waveguides was at - below our detection threshold, but with a treatment by flame scanning became greater than the photoinduced variation of refractive index in an SMF-28 fiber similarly swept by flame under the same conditions
d'exposition UV.UV exposure.
Les guides d'ondes en fibre plate planaire étaient fabriqués par dép6t d'hydrolyse à la flamme de SiO2 dopés au Ge sur un substrat de silice. Le saut d'indice, a n, de la couche dopée au Ge d'une épaisseur de 5 micromètres sur le SiO2 a été mesuré, par longueur d'onde A = 633 n, comme étant de 1,141 0,04 x 10-2 avant traitement et comme ayant augmenté jusqu'à 1,32+ 0,04 x 10-2 après 10 minutes de traitement à la flamme. Associée avec cette variation d'indice de réfraction, il y avait une augmentation du coefficient d'absorption The planar flat fiber waveguides were manufactured by flame hydrolysis of SiO2 doped with Ge on a silica substrate. The index jump, an, of the Ge doped layer with a thickness of 5 micrometers on SiO2 was measured, by wavelength A = 633 n, as being 1.141 0.04 x 10-2 before treatment and as having increased to 1.32+ 0.04 x 10-2 after 10 minutes of flame treatment. Associated with this variation in refractive index, there was an increase in the absorption coefficient
du coeur de guide d'onde dans la région spectrale des ultraviolets. of the waveguide core in the ultraviolet spectral region.
La courbe (a) de la Fig. 3 montre la dispersion du coefficient d'absorption (multipliée par 200) pour la couche de guide d'onde mesurée perpendiculairement au substrat, avant traitement par The curve (a) of FIG. 3 shows the dispersion of the absorption coefficient (multiplied by 200) for the waveguide layer measured perpendicular to the substrate, before treatment with
balayage à la flamme.flame sweeping.
La courbe (b) montre la dispersion du coefficient d'absorption pour la couche de guide d'onde mesurée après traitement par balayage à la flamme. L'augmentation énorme d'absorption UV de la couche de guide d'onde, qui est entrainée par le traitement par balayage à la flamme, est apparent: à peu près 1000 dB/mm à 240 nm. La causalité de Kramers-Kronig prédit qu'une augmentation de l'absorption à de courtes longueurs d'onde entraîne une augmentation de l'indice de Curve (b) shows the dispersion of the absorption coefficient for the waveguide layer measured after treatment by flame scanning. The huge increase in UV absorption of the waveguide layer, which is caused by the flame scanning treatment, is apparent: about 1000 dB / mm at 240 nm. Kramers-Kronig causation predicts that an increase in absorption at short wavelengths will increase the index of
réfraction à des longueurs d'onde longues, ce qui a été observé. refraction at long wavelengths, which has been observed.
La courbe (c) montre une mesure expérimentale de C, la variation photoinduite de dispersion du coefficient d'absorption pour la couche de guide d'onde photosensibilisé à la flamme causée par une irradiation de lumière UV à 249 nm pendant 40 minutes avec fluence par impulsion de 112 mJ/cm2 avec une fréquence de répétition (PRF) de 50 Hz. L'effet de l'irradiation est de blanchir l'absorption à 240 nm et en même temps de l'augmenter des deux côtés de la bande (à 213 nm et à 281 nm). Le résultat de cette irradiation UV est d'augmenter l'absorption nette d'UV de l'échantillon et donc d'augmenter, ce que l'on observe, l'indice de réfraction à de plus grandes longueurs Curve (c) shows an experimental measurement of C, the photoinduced variation in dispersion of the absorption coefficient for the flame-photosensitized waveguide layer caused by irradiation of UV light at 249 nm for 40 minutes with fluence by 112 mJ / cm2 pulse with a repetition frequency (PRF) of 50 Hz. The effect of the irradiation is to whiten the absorption at 240 nm and at the same time to increase it on both sides of the band (at 213 nm and 281 nm). The result of this UV irradiation is to increase the net UV absorption of the sample and therefore to increase, as we observe, the refractive index at greater lengths
d'onde.wave.
A titre de comparaison, on a mesuré la variation d'absorption due au balayage à la flamme d'un substrat de silice homogène. Le substrat était identique à celui qu'on utilisait pour un dépôt par hydrolyse à la flamme du guide d'onde optique planaire Ge: SiO2 décrit ci-dessus. L'absorption du substrat n'était fondamentalement pas affectée par le traitement (moins de 2 % de variation d'absorption à 240 nm). Donc on attribue l'augmentation d'absorption des échantillons traités par balayage à la flamme entièrement à l'effet du traitement sur les propriétés optiques de la couche de By way of comparison, the variation in absorption due to the flame sweeping of a homogeneous silica substrate was measured. The substrate was identical to that used for flame hydrolysis deposition of the planar optical waveguide Ge: SiO2 described above. The absorption of the substrate was basically not affected by the treatment (less than 2% variation in absorption at 240 nm). Therefore, the increase in absorption of the samples treated by flame scanning is entirely attributed to the effect of the treatment on the optical properties of the film.
guide d'onde Ge: SiO2.Ge waveguide: SiO2.
On pose sur cette preuve le postulat que le balayage à la flamme d'un guide d'onde affectée, de préférence, les propriétés optiques du coeur du silice dopée au Ge et laisse non affectée la propriété de la gaine. C'est, dans ce sens, un procédé de photosensibilisation ideal car la gaine reste transparente, donc permet à la lumière active d'atteindre le coeur du guide d'onde sans être atténuée. En même temps, le procédé crée une très forte absorption dans le coeur dopé au Ge, le rendant très photosensible si bien que la lumière UV peut This assumption is made on the assumption that the flame sweeping of a waveguide affected, preferably, the optical properties of the silica core doped with Ge and leaves the property of the cladding unaffected. It is, in this sense, an ideal photosensitization process because the sheath remains transparent, therefore allows active light to reach the heart of the waveguide without being attenuated. At the same time, the process creates a very high absorption in the Ge-doped heart, making it very photosensitive so that UV light can
affecter la variation d'indice de réfraction. affect the variation in refractive index.
Pour des raisons de souplesse, des réseaux de diffraction sont habituellement écrits dans un guide d'onde photosensible en For reasons of flexibility, diffraction gratings are usually written in a photosensitive waveguide in
illuminant le guide d'onde latéralement avec de la lumière UV. illuminating the waveguide sideways with UV light.
Pratiquement, le coeur du guide d'onde optique est entouré par une matière de gaine qui fait plusieurs fois la dimension transversale du coeur. Pour réussir une inscription laterale, non seulement la lumière UV d'activation doit être transmise par la gaine, mais encore doit être suffisamment absorbée par le coeur pour permettre à la lumière d'y photoinduire efficacement une variation d'indice. Donc, comme les dimensions transversales d'un guide d'onde optique sont au plus de l'ordre de quelques micromètres, il est de première nécessité pour une grande photosensibilité que l'absorption due à la présence du défaut du coeur soit aussi grande que possible. On a trouvé qu'un balayage à la flamme créait ces conditions avantageuses pour In practice, the core of the optical waveguide is surrounded by a sheath material which is several times the transverse dimension of the core. To succeed in a lateral inscription, not only must the UV activation light be transmitted by the sheath, but also must be sufficiently absorbed by the heart to allow the light to photoinduce it effectively a variation of index. Therefore, as the transverse dimensions of an optical waveguide are at most of the order of a few micrometers, it is essential for high photosensitivity that the absorption due to the presence of the defect of the heart be as large as possible. It has been found that a flame sweep creates these advantageous conditions for
effectuer une inscription latérale efficace. perform an effective lateral registration.
Dans les guides d'ondes optiques photosensibilisés par cette méthode, on a inscrit de forts réseaux de diffraction de Bragg dans des guides d'ondes planaires et de fibre optique à trois dimensions, avec une radiation KrF (249 nm) incidente sur les échantillons à travers un masque de phase de réseau de diffraction photolithographique à annulation d'ordre zéro portant un motif requis pour une résonance de Bragg de guide d'onde optique à environ In the photosensitized optical waveguides by this method, strong Bragg diffraction gratings were inscribed in planar and optical fiber waveguides in three dimensions, with KrF (249 nm) radiation incident on the samples. through a zero order cancellation photolithographic diffraction grating phase mask carrying a pattern required for an optical waveguide Bragg resonance at about
1540 nm.1540 nm.
La Fig. 4 montre la réponse mesurée en fonction de la longueur d'onde pour un réseau de diffraction de Bragg d'un guide d'onde planaire Ge: SiO2-sur-Si de 1 mm de long. La capacité de réflexion de 81 % correspond à une amplitude de modulation d'indice de réfraction de coeur de 8,9 x 10-4 pour chacun des deux états principaux de polarisation. Pour inscrire le réseau de Bragg, le guide d'onde était photosensibilisé par un traitement de balayage à la flamme de 10 minutes, avant une irradiation par un faisceau laser excimer KrF qui frappait le guide d'onde à fréquence de répétition de 50 Hz pendant 15 minutes à travers les masques de phase de réseau photolithographique. L'inscription du réseau de Bragg est très utile pour caractériser la réponse photosensible du guide d'onde optique. A la fois, la variation moyenne d'indice avec exposition et la profondeur de modulation correspondante de la modulation d'indice peuvent être contrôlées. Le décalage de la longueur d'onde de résonance de Bragg en fonction de la dose d'exposition photolithographique à la lumière UV fournit une mesure en temps réel de la variation moyenne d'indice de réfraction causée par l'exposition. La force de la résonance de Fig. 4 shows the response measured as a function of the wavelength for a Bragg diffraction grating of a planar waveguide Ge: SiO2-on-Si 1 mm long. The reflection capacity of 81% corresponds to a modulation amplitude of the refractive index of the heart of 8.9 x 10-4 for each of the two main states of polarization. To register the Bragg grating, the waveguide was photosensitized by a 10-minute flame scanning treatment, before irradiation by a KrF excimer laser beam which struck the waveguide at a repetition frequency of 50 Hz for 15 minutes through the photolithographic network phase masks. Bragg grating registration is very useful for characterizing the photosensitive response of the optical waveguide. Both the average index variation with exposure and the corresponding modulation depth of the index modulation can be controlled. The shift of the Bragg resonance wavelength as a function of the photolithographic exposure dose to UV light provides a real-time measure of the average change in refractive index caused by the exposure. The strength of the resonance of
Bragg fournit la profondeur de la modulation spatiale photoinduite. Bragg provides the depth of the photoinduced spatial modulation.
Avec une photolithographie par masque de phase sur la fibre, le rapport de modulation sur la variation moyenne d'indice que l'on a atteint constamment était à peu près de 0,4. A de grands niveaux de fluence par impulsion nécessaires pour inscrire dans le coeur le réseau de Bragg, on a inscrit simultanément un réseau à relief de surface de grande qualité sur l'interface silicium-silice que l'on a attribué au mélange de l'induit par la lumière de silicium, avec la With a photolithography by phase mask on the fiber, the modulation ratio on the average variation of index which one constantly reached was approximately 0.4. At large fluence levels per pulse necessary to inscribe the Bragg grating in the core, a high-quality surface relief grating was simultaneously written on the silicon-silica interface which was attributed to the mixture of the induced by silicon light, with the
relaxation de tension à l'interface. tension relaxation at the interface.
On a procédé à des mesures de stabilité de température sur le réseau de Bragg photoinduit dont la Fig. 4 montre la réponse. Apres avoir maintenu l'échantillon à 500 C pendant 17 heures, la modulation d'indice de réfraction s'est stabilisée à 3,6 x 10-4, Temperature stability measurements were carried out on the photoinduced Bragg grating whose FIG. 4 shows the answer. After maintaining the sample at 500 C for 17 hours, the modulation of the refractive index stabilized at 3.6 x 10-4,
représentant une réduction de 40 % par rapport à sa valeur originale. representing a reduction of 40% compared to its original value.
Le guide d'onde photosensibilisé peut simplifier l'inscription par une seule impulsion de réseaux de Bragg dans une fibre et peut The photosensitized waveguide can simplify registration by a single pulse of Bragg gratings in a fiber and can
produire des dispositifs détecteurs utiles. produce useful detector devices.
La présente invention concerne une méthode efficace pour photosensibiliser des guides d'ondes optiques avec une grande sélectivité spatiale (seule la partie choisie du guide d'onde a besoin d'être photosensibilisée) et pour fabriquer des réseaux de Bragg efficaces dans au moins des guides d'ondes en fibre optique à The present invention relates to an efficient method for photosensitizing optical waveguides with high spatial selectivity (only the selected part of the waveguide needs to be photosensitized) and for manufacturing effective Bragg gratings in at least guides of fiber optic waves to
coeur de Ge:SiO2-sur-Si et dopé au Ge. Ge core: SiO2-on-Si and doped with Ge.
On a trouvé que le chauffage localisé avec une flamme était une méthode simple et efficace pour augmenter sensiblement la photosensibilité du guide d'onde optique en silice de bonne qualité à la lumière ultraviolette. La méthode accroit la photosensibilité d'une fibre de télécommunications standard (à coeur dopé au Ge) d'un facteur supérieur à 10 ( i n photoinduit > 10 et rend fortement It has been found that spot heating with a flame is a simple and effective method of significantly increasing the photosensitivity of the good quality silica optical waveguide to ultraviolet light. The method increases the photosensitivity of a standard telecommunications fiber (with a Ge-doped core) by a factor greater than 10 (i n photoinduced> 10 and makes strongly
photosensible des guides d'ondes planaires de bonne qualité Ge:SiO2- photosensitive good quality planar waveguides Ge: SiO2-
sur-Si, Ge:SiO2-sur-SiO2 et Ge:SiO2-sur-A1203, lesquels sont photosensibles d'une manière négligeable avant le traitement. En utilisant des guides d'ondes photosensibilisés suivant la présente invention, on a inscrit de forts réseaux de Bragg dans des guides d'ondes planaires et à fibre, avec une radiation KrF (249 nm) tombant sur les guides d'ondes à travers un masque de phase à annulation d'ordre zéro. Il faut noter qu'une photosensibilisation par notre méthode est obtenue avec une augmentation négligeable de perte dans on-Si, Ge: SiO2-on-SiO2 and Ge: SiO2-on-A1203, which are negligible photosensitive before treatment. Using photosensitized waveguides according to the present invention, strong Bragg gratings were inscribed in planar and fiber waveguides, with KrF radiation (249 nm) falling on the waveguides through a zero order cancellation phase mask. It should be noted that photosensitization by our method is obtained with a negligible increase in loss in
les trois principales fenêtres optiques de communication. the three main optical communication windows.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus une méthode de balayage à la flamme en utilisant de préférence une flamme alimentée par un combustible, tel que de l'hydrogène ou du propane auquel est quelquefois ajoutée une petite quantité d'oxygène, on a trouvé qu'on obtenait une amélioration en utilisant une flamme alimentée au deutérium plutôt qu'à l'hydrogène. On a trouvé que le guide d'onde optique photosensibilisé résultant avait moins de pertes qu'un guide d'onde optique balayé par une flamme alimentée à l'hydrogène pour une longueur d'onde d'environ 1550 mm et pour d'autres longueurs d'onde intéressantes dans des communications optiques et dans des Although a method of flame sweeping has been described above using preferably a flame fed by a fuel, such as hydrogen or propane to which is sometimes added a small amount of oxygen, it has been found that an improvement was achieved by using a flame fueled with deuterium rather than hydrogen. It has been found that the resulting photosensitized optical waveguide has less loss than an optical waveguide scanned by a hydrogen powered flame for a wavelength of about 1550 mm and for other lengths waveforms in optical communications and
applications de détection.detection applications.
On a aussi trouvé que la méthode décrite dans cette demande rendrait un guide d'onde peu photosensible fortement phtosensible si le guide d'onde consistait en silice dopée au phosphore. on peut faire, par exemple, des réseaux de Bragg avec des fibres optiques comportant un coeur dopé au phosphore, photosensibilisés en utilisant un balayage à la flamme ou une charge d'hydrogène et ? par une radiation actinique de 193 nm, par exemple qui peut être produite avec un laser XCIMER. La gaine de la fibre optique ou d'un autre It has also been found that the method described in this application would make a low photosensitive waveguide highly phtosensitive if the waveguide consisted of phosphorus-doped silica. we can make, for example, Bragg gratings with optical fibers comprising a phosphor doped core, photosensitized using a flame sweep or a hydrogen charge and? by actinic radiation of 193 nm, for example which can be produced with an XCIMER laser. The sheath of optical fiber or another
guide doit être pratiquement transparente à la radiation. guide must be practically transparent to radiation.
Suivant un autre exemple de réalisation de l'invention, au lieu de balayer à la flamme le guide d'onde optique faiblement photosensible, on peut le placer dans un plasma qui est engendré par un gaz d'hydrogène ou de dentérium. Le plasma maintient le guide d'onde à une température plus faible que celle que l'on a localement dans un balayage à la flamme, ce qui réduit avantageusement la probabilité de diffusion de dopant pendant le procédé de According to another exemplary embodiment of the invention, instead of scanning the weakly photosensitive optical waveguide with a flame, it can be placed in a plasma which is generated by hydrogen or denterium gas. The plasma keeps the waveguide at a lower temperature than that locally obtained in a flame sweep, which advantageously reduces the probability of dopant diffusion during the
photosensibilisation.photosensitization.
A noter que l'invention peut être appliquée à divers guides d'ondes optiques, tels que les guides d'ondes planaires ou à canaux Note that the invention can be applied to various optical waveguides, such as planar or channel waveguides
et qu'elle n'est pas limitée à des guides d'ondes à fibre optique. and that it is not limited to fiber optic waveguides.
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