NL8304128A - Vervaardiging van een optische inrichting en voorvorm. - Google Patents

Description

VO 5177

Titel: Vervaardiging van een optische inrichting en voorvorm.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een optische inrichting en een optische vezelvoorvorm.

Er zijn verschillende technieken bekend voor het fabriceren van een geïntegreerde optische inrichting en een optische vezel. Zo kaïn 5 bijvoorbeeld een geïntegreerde optisch gerichte koppeling worden vervaardigd met behulp van een gelijkvormige maskeerbelichtingstechniek. Cto evenwel hoge schakelsnelheden te verkrijgen moeten zeer kleine inrich-r tingen worden toegepast, met afstanden in de orde van grootte van 1 micron. Om deze geringe afstanden te realiseren dienen de maskers 10 gemaakt te worden met een zeer hoge graad van nauwkeurigheid.

Een voorbeeld voor het vervaardigen van een optische vezelvoor-vorm, van waaruit de optische vezels worden getrokken, is de zogenoemde "gemodificeerde chemische dampneerslag" (verder genoemd MCVD) proces waarbij een voorloper in de vorm van een gas met glasvormend materiaal 15 en met een geschikt indexdoteermateriaal, een stroom tot stand brengt in een voorvormsubstraatbuis waarin het wordt verwarmd. Er ontstaat derhalve een neerslag van glas op het binnenoppervlak van de buis. De dikte van een dergelijke neerslaglaag, en de concentratie van doteer-materiaal in elke laag zijn functies van een aantal parameters, die 20 alle zeer nauwkeurig onder controle moeten worden gehouden, teneinde een vezel te verkrijgen met het gewenste indexprofiel.

Een andere specifieke methode is de zogenoemde "naar beneden gerichte axiale dampfaseneerslagmethode" (verder genoemd DAVD) en is specifiek bestand voor het vervaardigen van roetvormen. Een dergelijke 25 vorm, wanneer geconsolideerd door verwarming, produceert een glasvoor-vorm met behulp waarvan optische vezels kunnen worden getrokken. Dit DAVD proces geeft een zeer goede, cirkelvormige cilindrische roetvorm met een vlak aangroeiend oppervlak. Volgens de uitvinding verandert het brekingsindexprofiel van de aangroeiende roetvorm door het verdampen van 30 het indexdoteermateriaal vanuit geselecteerde gedeelten van de vorm. In een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding, die onderstaand nader zal worden beschreven, wordt het aangroeiend oppervlak van de roetvorm plaatselijk verwarmd met behulp van een gefocusseerde laserbundel die het gewenste indexprofiel "inschrijft" in de groeivorm. Door de beweging 83 C 4 1 2 8 - 2 - van de laserbundel en zijn intensiteit te regelen, kan elk gewenst index-profiel worden verkregen.

De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een uitvoeringsvoor-beeld en onder verwijzing naar de tekening nader worden uiteengezet.

5 Hierin toont: fig. 1 een opstelling voor het regelen van het indexprofiel van een roetvorm; fig. 2 een werkwijze voor het vormen van een onderste indexgebied in een groeiroetvorm; 10 fig. 3 een opstelling voor het fabriceren van een meer complex indexprofiel met behulp van een aantal laserbundels; fig. 4 het fabriceren van een optisch gerichte koppeling; fig. 5 het verwijderen van een microplaatje van een geconsolideerde roetvorm; 15 fig. 6 en 7 driedimensionale optische ketens; fig. 8 een microplaatje met een aantal lagen waarbij de brekingsindexen van aangrenzende microplaatjes verschillend zijn; fig. 9 een algemene opstelling.

De in fig. 1 getoonde opstelling voor het regelen van het index-20 profiel van een roetvorm zal nader worden beschreven met behulp van de eerdergenoemde DAVD werkwijze. Volgens deze werkwijze groeit de vorm 10 aan op een siliciumelement ll,dat om zijn vertikale as ronddraait overeenkomstig de pijl 12. Het element 11 wordt naarmate de roetvorm aangroeit in een benedenwaartse richting verplaatst met behulp van niet 25 nader aangegeven middelen, teneinde er voor te zorgen dat het groei- oppervlak 16 van deze roetvorm op een vaste plaats blijft met betrekking tot de .vlam 14 van een fakkel 15.

Aan de fakkel 15 worden materialen toegevoerd, zoals SiCl4, GeCl^, POCl^, zuurstof en stikstof die door de hydrolysereactie van de vlam 30 fijne glasdeeltjes leveren. Deze glasdeeltjes worden op het einde van het element 11 neergeslagen. Naarmate de roetvorm aangroeit, worden deze glasdeeltjes neergeslagen op het bovenoppervlak van de zich naar beneden verplaatsende axiale groeivorm.

Om het brekingsindexprofiel van de groeivorm te regelen, wordt een 35 laserbundel 17 gericht op het groeioppervlak 16 van de vorm. Deze laser- 8304128 '3.

- 3 - bundel is afkomstig van een geschikte laserbron 18, bijvoorbeeld een CO2 bron, en wordt met behulp van een oscillerende spiegel 19 die vrij rond zijn Z-Z-as kan draaien, en gelegen is in het vlak van de spiegel, gericht op het oppervlak 16. Met behulp van deze oscillerende spiegel 5 kan de laserbundel een bepaald patroon over het oppervlak 16 volgen.

Daar waar de laserbundel het oppervlak treft,wordt het doteennateriaal verdampt. Het gevolg is dat de brekingsindex met betrekking tot die van het omgevende gebied verandert. Om bijvoorbeeld een optische vezelvoorvorm te vervaardigen met een stapindexprofiel met behulp van het genoemde 10 MCVD-proces, wordt een eerste aantal lagen met een eerste brekingsindex neergeslagen, gevolgd door een aantal lagen met een tweede hogere index. De startbuis wordt vervolgens ineengedrukt voor het vormen van een massieve buis. Zoals bekend resulteert een geringe variatie in de neerslag van de opeenvolgende lagen, plus de gebruikelijke centrale dip in 15 een relatief onregelmatig indexprofiel. Volgens de uitvinding is de voorvorm zodanig dat deze bestaat uit een massief uniform geheel. De onderste indexbekleding wordt vervolgens verkregen'door het verdampen van een deel van het indextoenemende doteermateriaal, zoals aangegeven - in fig. 2. Volgens deze figuur 2 wordt de laserbundel 17 via de spiegel 20 19 gericht op het groeioppervlak 16 van de roetvorm 10. De bundel wordt met behulp van een lens 20 gefocusseerd op een punt gelegen op een afstand R van het midden van de vorm 10. De intensiteit van de bundel en derhalve de mate van het verdampte doteermateriaal, wordt geregeld met behulp van een verzwakker 21 die aangebracht is in de baan van de 25 laserbundel. De breedte, w, van de bekleding wordt geregeld met behulp van het bewegen van de spiegel 19 als gevolg waarvan de bundel zich verplaatst in het interval tussen R en R+t. Wanneer nu de vorm ronddraait, zal deze laserbundel een ring bestrallen voor het vormen van een ringvormige bekleding met een kern met de straal R en een bekledingslaag 30 met de breedte w.

Een meer gecompliceerd profiel, bijvoorbeeld van een viervoudige klasse vezel, kam worden verkregen door het gelijktijdig toepassen van een aantal laserbundels en spiegels. Een dergelijke opstelling is in fig. 3 aangegeven, waarbij een laserbundel 9 wordt verdeeld in vier 35 bundels 9-1, 9-2, 9-3 en 9-4 met behulp van bundelsplitsers 30, 31 en 32.

8304128

"I

- 4 - i *v

De bundels worden gericht op vier oscillerende spiegels 19-1, 19-2, 19-3 en 19-4 met behulp van spiegels 34, 35 en 36. De oscillerende spiegels richten de vier laserbundels op het roterende aangroeiende oppervlak 16 van de roetvorm 10. In het bijzonder wordt de bundel 9-1 5 gericht op de roetvorm teneinde een ringvormig gedeelte tussen de stralen en af te tasten. De laserbundel 9-2 tast het gedeelte tussen de stralen R£ en R^ af. De laserbundel 9-3 tast het gedeelte tussen de stralen R^ en af, terwijl de bundel 9-4 het gedeelte aftast tussen R^ en Rj. De intensiteit van elke laserbundel wordt geregeld met een.: 10 daarbij, behorende verzwakker 21-1, 21-2, 21-3 en 21-4, teneinde het gewenste indexprofiel tot stand te brengen.

De uitvinding kan eveneens worden toegepast voor het fabriceren van geïntegreerde optische ketens, zoals een gerichte koppeling, Y-ver-bindingen en andere nieuwe ketenconfiguraties. Om bijvoorbeeld een ge-15 richte koppeling te vormen tast de laserbundel 17 een tweetal boogvormige gedeelten 40 en 41 af over de roetvorm, zoals in fig. 4 is aangegeven. Nadat het gewenste patroon in de roetvorm is ingeschreven en geconsolideerd is, wordt de resulterende staaf hetzij in plakjes gesneden, tenminste wanneer deze de gewenste fysische afmetingen heeft, of kan 20 eerst worden getrokken teneinde zijn afmetingen te verminderen om vervolgens in plakjes te worden gesneden,teneinde het geïntegreerde optische microplaatje te verkrijgen. Een en ander is nader aangegeven in fig. 5, waarin de geconsolideerde en, indien noodzakelijk, getrokken roetvorm 60 in plakjes is gesneden teneinde een microplaatje 61 te verkrijgen.

25 In fig. 6 is nader aangegeven, dat gelijktijdig driedimensionale optische ketens van verschillende vormen kunnen worden gefabriceerd.

Deze figuur toont een microplaatje 70 waarop een eerste gerichte koppeling 71 en een tweede gerichte koppeling 72 zijn gevormd, en welke beide koppelingen van elkaar gescheiden zijn door een substraat met een dikte t.

30 De beide koppelingen kunnen identiek of verschillend zijn van alle andere koppelingen, en elk van de vier golfgeleidingsstrippen kunnen in een koppelingsrelatie ten opzichte van elkaar zijn. Door het aanbrengen van elektrodenparen 73-1, 73-2 en 74-1, 74-2 aan het microplaatje, kan een driedimensionale schakelaar worden verkregen. Het is duidelijk dat 35 deze techniek kan worden toegepast om andere typen driedimensionale 8304128 * % - 5 - ketenconfiguraties te vervaardigen. In fig. 7 is een voorbeeld gegeven hoe een inwendig optische baan kan worden verkregen, (d.w.z. ingebed).

Dit kan tot stand worden gebracht met een driedimensionaal geïntegreerd optisch microplaatje SO op het bovenvlak 84 waarvan een gerichte koppe-, 5 ling 81 is gevormd en met een optische baan 82, die door het substraat van het microplaatje gaat van het ene einde van een van de koppelings-golfbanen 83 naar het buitenoppervlak 85 van het microplaatje.

Fig. 8 toont een microplaatje 90 waarin de verschillende lagen 91, 92 en 93 verschillende brekingsindices of verschillende samenstel-10 lingen hebben, welke worden verkregen door het veranderen van het dope-materiaal tijdens de neerslag. De2e worden bovendien selectief afgetast om optische lagers, versterkers en LED's te fabriceren.

Fig. 9 toont een algemene opstelling voor het vervaardigen van een optische inrichting en een voorvorm en bestaat uit een tweetal spie-15 gels 100 en 101, die beide kunnen oscilleren ten opzichte van onderling orthogonale assen met behulp van de motoren 110 en 111. Verder is voorzien in een laserbundelbron 104 en een groèiroetvorm 103 die ronddraait ten opzichte van zijn vertikale as met behulp van een derde motor 112.

De positie van de laserbundel, de snelheid waarmee de roetvorm 20 ronddraait en de besturing van de laserbundel worden geregeld met behulp van een regelinrichting 113, die, in zijn algemene vorm, computergestuurd is teneinde de gewenste indexpatronen te realiseren. (Een laserbundel-positie inrichting is commercieel verkrijgbaar, en wordt geleverd door General Scanning Inc. of Watertown, Maine). Afhankelijk van het aan te 25 brengen patroon, kan het proces continu voortgang vinden of stapsgewijs. Opgemerkt dient te worden, dat het genoemde DAVD-proces zonder enige moeilijkheid kan starten en stoppen, zodat de laserbundel het roetvorm-oppervlak kan aftasten waarbij het niet uitmaakt of dit oppervlak in beweging is of niet. Wanneer dit oppervlak stilstaat kan het DAVD-proces 30 opnieuw worden gestart voor het aanbrengen van een nieuwe roetneerslag, terwijl het aftasten stapsgewijs of continu voortgang vindt.

Het vermogen van de laserstraal, die vereist is voor het verdampen van. het materiaal uit de roetvorm, hangt af van het toegepaste materiaal.

Zo kan bijvoorbeeld germanium gedoteerd silicium worden neergeslagen in 35 het temperatuurbereik van 300 tot 800°F. Evenwel verdampt germanium bij 8304128 - 6 - een temperatuur van 900°Fzodat in dit geval een temperatuurstijging van 900°F niet is vereist.

8304128

Claims (13)

1. Werkwijze voor het fabriceren van een glasroetvorm met een voorgeschreven brekingsindexprof iel,, omvattende het richten van een roet op het groeiëindoppervlak van de roetvorm waarbij het roet geschikt is om in een glas geconsolideerd te worden, gekenmerkt door het 5 richten van ten minste één laserbundel op het eindoppervlak,teneinde geselecteerde materialen te verdampen uit de vorm in bepaalde gebieden daarvan.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,waarbij het roet naar beneden wordt gericht op het groeiëindoppervlak,wanneer deze vorm wordt rondgedraaid 10 rond zijn vertikale as, met het kenmerk,dat de laserbundel ten minste een deel van het eindoppervlak aftast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laserbundel ringvormige gebieden over het eindoppervlak aftast,teneinde een eerste gebied met een lage brekingsindex te vormen, welke brekingsindex grenst 15 aan ëen tweede gebied met een hogere brekingsindex.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voorzien is in een aantal laserbundels die gericht zijn op het groeiend eindoppervlak.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elke bundel geschikt is voor het aftasten van een ringvormig gebied met een ver- 20 schillende straal en/of verschillende intensiteit die verschilt van de intensiteit van de andere bundels.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het roet en de laserbundel zijn gericht op het eindoppervlak, hetzij achtereenvolgens hetzij gelijktijdig.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de brekings index variëert in de richting van de groeivorm en/of in de richting loodrecht op de richting van de groeivorm.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de samenstelling van de roetvorm variëert in de richting van de groeivorm.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat langs de op pervlakken van het gedeelte en binnen het inwendige van het gedeelte* gebieden zich uitstrekken voor het vormen van driedimensionale optische ketens. 8304128 * V ’ -δ- ΙΟ. Driedimensionaal, geïntegreerd optisch microplaatje, gekenmerkt door een substraat met een eerste brekingsindex, en door golfgeleidende gebieden met een lagae brekingsindex, die zich uitstrekt langs ten minste twee oppervlakken van het microplaatje.

11. Microplaatje volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat ten minste één golfgeleidend gebied van één van de oppervlakken gekoppeld is met ten minste één golfgeleidend gebied van het andere oppervlak.

12. Microplaatje volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de golfgeleidende gebieden een eerste optische gerichte koppeling is langs een 10 eerste van de oppervlakken en een tweede optische gerichte koppeling langs een tweede van deze oppervlakken, en waarbij de golfgeleidende gebieden van de twee gerichte koppelingen met elkaar gekoppeld zijn voor het vormen van een driedimensionaal koppelingsstelsel.

13. Microplaatje volgens conclusie 12, gekenmerkt door middelen voor 15 het variëren van de brekingsindex langs de golfgeleidende gebieden teneinde de koppeling tussen deze gebieden te besturen.

14. Driedimensionaal geïntegreerd optisch microplaatje voorzien van een substraat met een eerste brekingsindex met het kenmerk, dat de golfgeleidende gebieden met de lagere brekingsindex zich langs een oppervlak 20 van het microplaatje uitstrekken en binnen het microplaatje ingebed zijn. 8304128