TW518436B - Method for forming a grating in an optical waveguide - Google Patents

Description

518436 五 、發明説明（ A7 B7 發明領域： =㈣=於光纖組件之t造。_是，本發明係關 於形級agg聽光柵料料導巾之 造過程巾戦麵科。 _九截在氣 發明背景： 光學波導纖維對特定波長以及強度之靈敏性自顧年 為已知的。人們發現波導纖維特性以及折鱗藉由將波導 暴露於已知的波長以及強度光線下永久性地受到改變使 -段光纖之折射率產生週雛變化。沿著波導長向中心轴 波導折射率性變化為光學波導光柵。光娜哪光拇 為波導纖維巾光學波導光柵，其將選擇㈣過濾傳播光線 其波長為光柵週期兩倍。該光纖此卿光柵使用作為波長 遽波器。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 光纖Bragg光柵能夠藉由多個步驟處理過程形成，其包 含利用化學光_記，侧，或其他職週雛擾動之機制 。側邊劃記為形成光柵於光學波導纖維中一種方式，其中 例如為產生化學作用之光線促使形成一系列週期性明線及 暗線條紋沿著波導長向中心軸。該週期性系列之一個範例 為形成於波導纖維上以及沿著部份波導纖維長向中心軸之 干涉條紋。由光線干涉產生之週期性光線強度圖案導致沿 著部份波導纖維中心軸之折射率產生變化。 人們了解在光纖光柵處理步驟過程中，裸露光纖暴露 於污染物將導致光纖光柵裝置之破壞以及減小可靠性。除 此，固疋光纖為相當穩定以防止由於光纖滑動導致品質惡 518436 經濟部中夬標準局員工消費合作杜印製 A7 -------B7_ 五、發明説明（） - ；- 化為相當困難的。該滑動可能會發生，因 用少量張力之聚合性塗膜而固定光纖。 、f此’提，、種處理程以製造光纖此卿光栅處理過 程為高度有益的，其在劃記光柵處理過程中將保護以及固 定將被剝除之光纖。 發明大要： ^本發明提供-種有益的方法以在光學波導+形成光柵 。藉由在劃記光柵光學波導内之前放置光敏性光學波導進 入包裝内，本發明能夠使光學波導牢固地固定以及受到保 濩以避免在製造處理過程中受到污染。本發明方法包含放 置光學波導於閉合結構中，將結構密封將使波導固定於結 構内，以及形成光柵於部份波導内。 另外一面，本發明實施例包含下列步驟··使光學波導產 生光敏性，測試光柵之頻譜性能，在密封結構内調整光柵， 以及對光柵以及結構進行退火。 光學波導能夠具有許多特定形式，其包含例如單模或 多模光纖，多心蕊光纖，溝槽波導，或平面波導。 為了更完整地了解本發明，以及本發明其他特性及優 點，其將由下列詳細說明以及附圖呈現出。 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為本發明光柵包裝斷面圖。 第二圖（圖2)為本發明形成光纖光栅方法之流程圖。 第三圖（圖3)為依據本發明所形成光纖光柵反射性之 曲線圖。

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 項再填一 裝· 訂 豐 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 518436 A7 s~s~_____五、發明説明（） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第四圖（圖4)為依據本發明所形成光纖光栅透射性之 曲線圖。 第五圖（圖5)為依據本發明在多個時間間隔處光纖光 柵傳送頻譜之曲線圖。 附圖元件數字符號說明： 光柵包裝10;光纖12;管狀結構14;光柵18;密封 2〇, 21;管件端部22, 23;蓋子24, 25;光纖光敏化犯;放 置光纖於管件内以形成光栅包裝34;劃記光柵於包含於 包裝中光纖内36;測試光纖光柵頻譜性能38;調整光纖 光柵40;對光纖光柵進行退火42;測試光纖光柵頻譜特 性44;調整光纖光柵46;對光纖光柵進行退火處理48。 詳細說明： 本發明針對附圖詳細加以說明，附圖中顯示多個優先 實施例。·不過，本發明能夠以各種形式實施及並不受限於 所揭示之範例性實施例。這些代表性實施例詳細加以說 明使得該揭示為完整的，及將含蓋整個範圍，結構，操作，功 能，及本發明可能之應用，其能夠為熟知此技術者了解。 現在參考附圖，圖1顯示出光柵包裝10,其藉由下列所 說明方法形成。為了說明目的，所顯示實施例中波導為光 學波導纖維以及包裝為管狀。人們了解本發明方法亦能夠 利用適當改變包裝形狀以及處理步驟使用於其他形式波導 。光纖12通常部份由管狀結構14包圍著，其由對產生化學 作用光線例如為紫外線為透明之材料所構成。對紫外線為 透明之換雜獨石夕石或其他玻璃為適當材料之結構。管狀 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝· 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 518436 A7 --—___B7五、發明説明（） 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 形狀結構14具有内部紐”a”（例如為挪-麵微米），外側 直徑nb”（例如為3·_以及長度？（例如觸刪）。包含 塗膜16之光纖12外徑為，，d”（例如為微米）。塗膜16由一 段光纖12剝除，其包含於巾空管件丨納。规12沿著一段 被剝除塗膜部份劃記為光纖光栅18。 、位於中空管件14每一端部22, 23處兩個密封20, 21保持 為張力狀態以及支撐含有光纖光栅18之光纖區域。密封2〇 ，21為玻璃料，其包含銅玻璃或其他適當材料。包裝1〇亦包 含兩個環氧樹脂或其他適當材料之蓋子24, 25位於管狀形 狀結構14每一端部22, 23。結構14端部22, 23為45度角度之 漏斗狀使放置蓋子24, 25以及插入光纖12變為容易。 優先地材料以及尺寸在此揭示出，熟知此技術者了解 本發明光柵包裝10包含各種材料以及尺寸，及不受限實施 例或所顯示及所說明之尺寸，其只是為範例性。除此適合 使用於本發明其他光柵包裝以及包裝方法詳細說明於1999 年9月 16 日申請，’Method And Apparatus For Packing Long Period Fiber Grating”，其在此加入作為參考之用。 圖2顯示出本發明一種形成波導光柵於包裝（例如為光 栅包裝10)之方法。在形成靈敏性步驟中32,波導例如為光 纖為光敏性的。適合使用於本發明光纖之一種範例為高差 值摻雜鍺，階躍折射率之光纖，其折射率差值為2%。在此所 指折射率差值係指光纖心蕊與包層間相對折射率差值以百 分比表示。適合將光纖產生光敏性處理過程包含將光纖暴 露於100大氣壓力下歷時二週。一段光纖再暴露於充份紫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 6518436 經濟部中央檫準局負工消費合作社印裝 A7 --------- B7五、發明説明（） 外線下。操作於248mi紫外線雷射ι5Ηζ脈沖頻率適合作為 該照射。照射脈沖照度為75毫焦耳/平方公分歷^鐘 。光纖在125°C下精退火歷_辦。另外—個適合使 用於本發明之處理過程說明於本公司1999年2月18日^請 之第09/252, 151專利申請案中，其發明名稱為”〇扣^ Wave guide Photosensitization”，該專利之說明在此加 入作為參考。 其次，在包裝步驟34中，放置於中空管件(例如為中空 管件14)内光纖以及加以密封形成包裝。包裝牢固地固定 以及保護光纖避免在處理過程中受到污染。在光柵劃記步 驟36中，光柵劃記光纖上。能夠使用任何側邊劃記步驟以 劃記光柵於光纖内。在一項適合使用於本發明範例中，操 作於24 Onm激元泵運雙頻率染料雷射系統使用作為紫外線 光源。由雷射產生之240nm光束最先通過矽石細縫。適當 石夕石細縫詳細說明於1998年5月18日申請之美國第09/0819 12號專利中，該專利發明名稱為，，Spatial Fiiter F〇r High Power Laser Beam'該專利之說明在此加入作為參 考。在240nm光束通過矽石細縫後，光線通過相位遮罩以及 再到矽石管件内光纖上。相位遮罩為透射繞射光柵組件， 其構造以及特性為業界所熟知。相位遮罩為具有一系列週 期性分隔開孔之基板。在光栅劃記步驟36過程中，在所顯 示實施例中管件14位於距離相位遮罩約4毫米處。由激元 雷射發出週期為10Hz光束脈沖照射25分鐘。在光纖位置處 雷射光或照度約為75毫焦耳/平方公分。所形成光柵範例 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂

LP * —ϋ ^in 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4規格（210'乂297公釐） 518436 A7 B7 經濟部中央標率局員工消費合作社印製

五、發明説明（ 性反射性及it雜分麵播目3及4巾。暴綠f射光束 照射過程中平均折射率變化約為2xl〇-4。 其-人，在第一測试步驟38中，測試光柵之頻譜特性。在 第-調整步驟40中進行調整頻譜特性。在第_調整步驟4〇 中，光柵暴露於操作於248nro激元雷射系統供應之紫外線歷 時5分鐘赠合光柵所需要_目標。在賴示實施例中 光纖位置處，f賴度_75毫科/平方公分以及重複頻 率為15Hz。圖5顯示出在照射過程中在多個時間間隔處範 例性光纖劫^透射麵。在照射触巾，發生總波長偏移 約為0· 15nm。如圖5所示，當照射時間增加時透射最小值將 f加，此由於光柵調變振幅減小所致。光柵調變減小為先 m通過光柵和、射光線之折射率增加所致。在列舉實施例中 :该步驟後進行第一退火步驟42。在步驟42中，包裝在125 °C下進行退火歷時24小時。 、在一項實施例中，其接著進行更進一步測試，調整以及 退火步驟。在第二測試步驟44巾，測試光栅頻譜特性以觀 察光柵疋否付合頻譜目標。假如光柵並不符合頻譜目標， 在=二調整步驟46中光栅藉由操作於248nm激元雷射系統 之务、外線充份照射關整光柵。如圖所示，在光纖位置處 ，射照度料75·耳/平方公分及錢頻率為15Hz。在 最後退火步驟48巾，包裝在125°C下進行退火闕24小時。 /知此技術者能夠由本發明作出各種變化及改變而並 不一脫離本發明精神及範圍。下列t請專利範圍將含蓋這 些變化及改變。

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Claims (1)

1. 518436 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 L 一種形成光柵於光學波導中之方法，其包含下列步驟： 放置一段光學波導於圍蔽結構内； 將圍蔽結構密封以形成包裝使得該段光學波導固定於該 包裝内；以及 Λ 形成光柵於部份該段光學波導内。 2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中結構對紫外線為透 明的。 '3. 依據巾料纖圍奶項之方法，其暢構祕_之石夕 石破璃。 4·依據申請專利範圍第2項之方法，其中光學波導包含光纖 5·依據申請專利範圍第！項之方法，其中光學波導包含平面 波導。 6·依據申請專利範圍第2項之方法，其中光學波導包含溝槽 波導。 曰 的 •依據申請專纖圍第1項之方法，其中光學波導為光 敏性 &依據申請專利範圍第4項之方法，其中圍蔽結構為圓柱形 管件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝------訂-------線 趣濟部中央榡準馮員工消費合作社印製 ^依據申請專利範圍第2項之方法，其中包裝保護光學波導 區段避免受到污染。 予及V 5依據申請專利範圍第1項之方法，其中形成光栅步驟包 s下列步驟： ，位於包如部份光學波導區段«魅魏學作用之 光線 表紙張尺度適 (210X297公釐） 518436 A8 B8 C8 D8 經濟部中夾榡準局員工消費合作社印製 r、申請專利範圍 11. 依據申請專利範圍第1〇項之方法，其中紫外線波長為 240nm。 12. 依據申請專利範圍第i〇項之方法，其中紫外線通過石夕石 細縫。 13·依據申請專利範圍第1〇項之方法，其中紫外線通過相位 遮罩。 14·依據申請專利範圍⑽項之方法，其中紫外線形成頻率 為15Hz之脈沖歷時25分鐘。 15·依據申請專利範圍第㈣之方法，其中在形成光樹後更 進一步包含下列步驟： 調整光柵以改變光栅之頻譜特性。 16. 依據申請專利範圍第15項之方法，其中調整光拇步驟包 含將光柵充份暴露於紫外線。 17. 依射請專纖_15項之方法，其中在光拇後更 進一步包含下列步驟： 對光栅進行退火處理。 18. 依據申請專利範圍第17項之方法，其中在將光橋進行退 火後更進一步包含下列步驟： 弟一次5周整光拇以改變光柵之頻譜特性。 19. 依據申請專利範圍第18項之方法，其中第二次調整光栅 步驟包含將光栅充份暴露於紫外線。 20. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中紫外 240nm。 21. 依據申請專利範圍第20項之方法，其中紫外線形成頻率 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝------訂-------- ▼線·

   518436 A8 B8 C8 D8 、申請專利乾圍 為15Hz之脈沖歷時5分鐘。 22·依據申請專利範圍第18項之方法，其中第二次調整光栅 步驟後更進一步包含將光栅進行第二次退火處理。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝------訂---------線 1— 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ：297公釐）