TWI292835B - Fiber bragg grating - Google Patents

Description

r 1292835 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光纖布拉格光柵，尤其係關於一種 反射率可於一連續範圍内調整之可調光纖布拉格光栅。 【先前技術】 常規光纖布拉格光柵係通過雙紫外光束互相干涉或一 紫外光束通過相位光柵罩產生一週期性之紫外光明暗相間 條紋’利用該週期性之明暗相間紫外光條紋對光纖進行曝 光。該光纖纖芯係由感光材料製成，其吸收紫外光子以 後’折射率n將提高。故利用週期性之明暗相間紫外光條 紋對光纖纖芯進行曝光處理以後，紫外光亮條紋所照射之 區域吸收紫外光，從而折射率提高，未被紫外光亮條紋照 射到之區域折射率則不變。當一入射光通過光纖布拉格光 柵時，波長滿足布拉格條件（λ二2neff Λ，其中，neii為光 纖纖芯之有效折射率，Λ為光纖布拉格光柵之折射率變化 週期）之入射光被反射，其他波長之光則不受光栅影響而 通過。光纖布拉格光柵之反射率由光纖布拉格光柵之長度 及被ί紫外光亮條紋照射到之區域之折射率與沒有被紫外光 壳條紋照射到之區域之折射率差來決定。 惟，通過上述曝光處理所形成之光纖纖芯之折射率是 恒定的，因此此類光纖布拉格光柵之反射率是固定、不可 調的，亦即此類光纖布拉格光柵是固定的。且此類光纖布 拉格光栅要求光纖纖芯由感光材料製成，從而限定了此類 光纖布拉格光栅之纖芯必須是由含矽元素之材料製成。 上述光纖布拉格光柵廣泛應用於光分束器、分波多工

1292835 五、發明說明（2) 器、光分插復用器等，其應用於某些光學器件時則需要其 反射率可調’如應用於光分束器要求反射率可調以實現光 分束器之分光比可調。當複數光纖布拉格光柵應用於分波 多工器或光分插復用器時要求反射率可於〇或1 Q 〇 %之二狀 怨可切換’以調整分波或上/下載之光訊號波長，而常規 之光纖布拉格光栅尚無法實現。 有鑑於此，提供一種反射率可於一連續範圍内調整且 原材料豐富之可調光纖布拉格光柵實為必需。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種反射率可於一連續範圍内 調整之光纖布'拉格光柵。 本發明之另一目的在於提供一種原材料豐富之光纖布 拉格光栅。 本發明光纖布拉格光栅包括一光纖、一恆溫裝置及— 加熱器。其中該光纖之纖芯由折射率隨溫度變化而變化之 材料製成，該恆溫裝置緊貼於光纖，以使該光纖保持一預 定深度，該加熱器進一步包括複數電阻器，其排列在該光 纖之外表面，以使該光纖形成週期之”熱點"。該”熱點”之 溫度隨著通過該加熱器之電流之變化而變化，從而控制該 光纖纖芯位於，，熱點之折射率，進而於一連續範圍内調整 該光纖布拉格光柵之反射率。 與現有技術相比較，本發明通過調節通過加熱器的電 流值使該光纖布拉格光栅的反射率可於一連續範圍内調 整；且本發明使用折射率隨溫度變化而變化的材料，較常

第6頁 1292835 五、發明說明（3) 規的光纖布拉格光栅須使用的感光材料豐含。 【實施方式】 丑田。 ^發明光纖布拉格光栅i採用折射率隨溫度變化而變 類材料包括含石夕元素之原材料及各種光學聚 口物寺。其中，矽之折射率"遺著溫度升高而提高。 ，參閱第-圖至第三圖’本發明光纖布拉格光桃）包 :-圓柱狀光纖2、：怪溫裝置3及一加熱器4。其中，光 壯署^ ^段之一側面被加工成—平面（圖中未標示），怪溫 : = 面’且與該平面具良好之物理接觸。恆 =置3具致冷作用’ I可保持光纖2與其接觸 預疋之溫度範圍内。 請一併參閱第四圖，加埶哭4台紅# i + …态4包括稷數電阻器40及複 J :阻器40之導線42。複數電阻器4〇通過沈積或光蝕 式均勾地排列於光纖2之外表面，各電阻器40均 广C子形，其開口面對恆溫裝置3 ,且包圍光夂 =可以係非常薄之金屬層或其他導電材料。該複數電 阻益40通過導線42串聯起來，即，一個電阻器仙之一端通 j —根導線42連接到其前面之相鄰之一個電阻器4〇，而另 =則通過另一根導線4 2連接到其後面之相鄰之另一個電 ::=40(如第四圖所示）。因此，通過所有電阻器之電流 阻二。n因各電阻器40具有相同電阻值，所以當電流通過電 F且為4 0時將產生相同熱量。 立 當無電流通過加熱器4時，光纖2與恆溫裝置3接觸之 邻h保持與恆溫裝置3相同溫度，因此光纖2之纖芯2 〇各部

第7頁 1292835 五、發明說明（4) 射：此狀：：光於光纖2中傳輸時不會發生布拉格反 狀心％為全通過”狀態。 阻器Ί :加熱^通以一恆定電流1時，加熱器4之各電 4〇内 ：以恆疋之功率產生熱量。光纖2位於各電阻哭 遠大於。因恒溫裝置3與光纖2之接觸面積 之卹 從尤缄2位於兩電阻器4 0之間 、-w卢二f f持與恆溫裝置3基本相同之溫度。因此光纖2之 :;:2VL份形成一系列相同的、均句分佈的''熱點"。由 光纖2^Ϊ、ΐ芯20之折射率隨著溫度之變化而變化，因此 之緘420之週期性"熱點,，之折射率提高，而未被加 或之折射率不[形成折射率的週期性變化。折射率 f ^性變化構成光纖布拉格光柵。相鄰"熱點”之間之距 曰^ :，·，光纖布拉格光柵丨之週期八，光纖布拉格光柵丨反射 取強之波長由該週期Λ決定。 、不同之電流值將該"熱點”加熱至不同之溫度，—而使 ㈣纖?2之熱點”具不同折射率，而其他部份之折射率不 =，且因為光纖布拉格光栅之反射率由光纖2中高低折射 :ς之差及光拇之長度決定，則通過選擇恆溫裝置3之溫度 及光柵之長度，則可以找到一合適之驅動電流Lx，其能 4吏j足布拉袼條件之波長1 〇 Q %反射。以該驅動電流驅動之 光纖布拉格光栅之狀態稱為”全反射，，狀態。隨著驅動電流 值之減小將導致滿足布拉格條件之入射光部份反射而其餘 部份通過。

$ 8頁 1292835 五、發明說明（5) 因此’滿足布拉格條件之波長，當I = Imax時，本發明 之光纖布拉格光栅能實現”全反射，，，即100%反射；當卜0 時’則π全通過”，即100%通過；當〇<I<Imax時，則，，部份反 射” ’即部份通過。因此本發明之光纖布拉格光柵之反射 率是可調的。 可以理解，本發明光纖布拉格光柵之電阻器亦可藉由 導線並聯連接，藉由控制施加於該複數電阻器之電壓而控 制"熱點"溫度達成該光纖布拉格光柵之反射率可調。 綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專 利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例’舉凡 熟悉本案技藝之人士，在援依本案發明精神所作之等效修 飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍内。

第9頁 1292835 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明光纖布拉格光栅之側視圖。 第二圖係本發明光纖布拉格光栅之俯視圖。 第三圖係沿第一圖I I I - I I I剖面之剖視圖。 第四圖係本發明光纖布拉格光柵之加熱器之電阻器之連接 圖。 【主要元件符號說明】 光纖布拉格光柵 1 光纖 2 纖芯 20 悝溫裝置 3 加熱器 4 電阻器 40 導線 42

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Claims (1)

1292835 六、申請專利範圍 1 · 一種光纖布拉格光栅，其包括： 一光纖，其中該光纖之纖芯由折射率隨溫度變化而變 化之材料製成； 一恆溫裝置，該怪溫裝置與上述光纖具良好之物理接 觸，以使該光纖保持〆預定之溫度，及 一加熱器，該加熱器進〆少包括複數電阻器，該複數 電阻器排列在上述光纖之外表面。 2 ·如申請專利範圍第丨項所述之光纖布拉格光柵’其中 上述光纖之一段之一侧面被加工成一平面，上述恆溫 裝置緊貼於該平面。 3·如申請專利範圍第2項所述之光纖布拉格光柵’其中 該複數電阻器均呈” C，，字形，其開口面對該恆溫裝 置，且包圍上述光纖。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之光纖布拉格光栅’其中 該複數電阻器係均勻地排列於上述光纖之外表面。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之光纖布拉格光柵，其中 ?該加熱器進一步包括複數導線以連接該複數電阻器。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之光纖布拉格光柵，其中 該加熱器通以電流時，上述光纖位於各該電阻器内之 部份之溫度將升高，從而形成複數”熱點”。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之光纖布拉格光柵，其中 該光纖位於各該電阻器内之部份之折射率將隨通過該 加熱器之電流之變化而變化。 8 · —種製造光纖布拉格光柵之方法，其包括以下步驟·

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、申請專利範圍 (1 )提供一光纖，其中該光纖之纖芯由折射率隨溫度 變化而變化之材料製成； (2) 提供一恆溫裝置； (3) 將該恆溫裝置緊貼於該光纖，以使该光纖保持一 預定溫度；以及 @ (4) 在該光纖之外表面形成一加熱為’該加熱器包括 複數電阻器，該複數電卩旦器均勻地排列於該光纖之 外表面，以使電流通過該複數加熱為時形成週期 之π熱點π。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之製造光纖布拉格光栅之 方法，其中步驟（3)進〆少包括將該光纖之一段之一 側面加工成一平面，並將上述悦溫裝置緊貼於該平 面〇 I 0 ·如申請專利範圍第9項所述之製造光纖布拉格光柵之 方法，其中步驟（4)之該複數電卩且器均呈” c，’字形，其 咕口面對該忮溫裝置，且包圍上述光纖。 ’ II ·丨如申請專利範圍第1 0項所述之製造光纖布拉格光栅之

數電阻器。 方法’其中步驟（4 )之該複數電阻器係通過沈積或光 勻地排列於上述光纖之外表面。 圍第11項所述之製造光纖布拉格光柵之 力Π熱器進一步包括複數導線以連接該複 如申請專利範圍 方法，其中讀，·， 方法， 】第8項所述之製造光纖布拉格光柵之 熱點”之溫度隨通過該加熱器之電流之 1292835 六、申請專利範圍 變化而變化，從而控制該光纖位於各該電.阻器内之部 份的折射率。 liB 第13頁 1292835 m發3_要（發明之名稱：光纖布拉格光柵） -~— 種光纖布拉格光栅’其包括一光纖、_怪溫裝置 Γ ί Ξ f °其中該光纖之纖芯由折射率隨溫度變化^變化 士’該恆溫裝置緊貼於該光纖，以使該光纖保持 恤度，該加熱器進一步包括複數電阻器，其排列於 遠光纖之外表面，以使該光纖形成週期之，，熱點"。該，，熱、 點”之溫度隨著通過該加熱器之電流之變化而變化 控制該光纖纖芯位於"熱點"之折射率，進而於一連續範圍 内調整該光纖布拉格光柵之反射率。 【本案指定代表圖及說明】 (一）、本案指定代表圖為：第一圖 (一）、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 英文發明摘要（發明之名稱：FIBER BRAGG GRATING) A/iber Bragg grating includes an optical fiber having an optical fiber core made of a material whose index of refraction varies with temperature, a thermal electric cooler mounted on the optical fiber for maintaining 丨,cold spots”， and a resistor including a plurality of micro heating elements arranged on the optical fiber for forming periodic 丨丨 hot spots'* . A temperature of the "hot spots" varies with a current flowing through the resistor, thereby controlling an index of

1292835 f、中文發明摘要（發明之名稱：光纖布拉格光柵) 光纖布拉格光柵 1 光纖 2 纖芯 20 怪溫裝置 3 加熱器 4 電阻器 40 導線 42 英文發明摘要（發明之名稱：FIBER BRAGG GRATING) refract i on of narrow cross sections of the optical fiber core. Therefore, a state of ref lection of the fiber Bragg grating can be tuned over a continuous range.