TWI362195B - Method of filtering optical signals with a capillary waveguide tunable optical device - Google Patents

Description

1362195 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光纖設備，且更明確地說，一種利用具有 導管波導之光纖設備過濾光學訊號之方法。 【先前技術】 光纖用於在基於稠密波長分割多工（DWDM)之網路内的 資料傳輸。基於DWDM之網路内之設備經由一單一光纖傳 輸多個訊號。此係藉由在不同波長下沿著該光纖之縱向軸 線傳輸每一訊號來完成<«因此，基於DWDM之網路亦包括 在光纖之末端處的過濾來自一組所接收之訊號的具有一特 定波長之訊號的設備。可調諧光學帶通過濾器常用於此目 的。一般而言，需要此等過濾器設備提供（1)寬的調諧範 圍’（2)可忽略的與鄰近通道之串音，（3)快的調諧速度， (4)低插入損耗，（5)極化不敏感性，及（6)相對於環境改變 之穩定性。 已知用於實施光學帶通過濾器之目的的各種技術。此― 技術使用一光纖光柵系統。光纖光柵系統過濾或散射沿著 光纖之長度傳播的特定波長之光。光纖光柵係藉由建立該 光纖之特性的一週期性擾動而形成。通常，該週期性擾動 係關於纖芯之折射率。舉例而言，一光纖光栅系統可包括 一具有沿著該光纖之長度變化的特定折射率之纖芯。 此項技術中已知之兩個基本類型的光柵系統包括長週期 光柵及短週期布拉格（Bragg)光柵。短週期光纖光柵通常表 徵為具有次微米週期。此等類型之設備藉由耦合自向前傳 125370.doc 播纖芯模式至向後傳播纖芯模式之光來操作。大體而言， 短週期光纖布拉格光柵將具有特定波長之選定的窄帶反 射。短週期光栅過濾器通常藉由將應力施加至該光柵而調 諧。 . 一相比而言，光纖中之長週期光栅通常具有數十微米至1 ' $米之範圍的週期°此等長週期光柵促進了向前傳播纖芯 模式與共傳播包覆層模式之間的搞合。長週期光柵通常使 % 某一波長衰減且提供比短週期光柵寬的頻寬。 如本文中描述，已提議用於調諧光學過濾器的各種技 術。舉例而言，特定材料已用以在光纖纖芯周圍形成包覆 層材料。此等材料與延伸至包覆層内之光能相互作用。改 變此等包覆層材料之折射率調諧設備之頻率回應。此設備 =一實例為在光纖之包覆層區域中具有空氣通道或導管之 光纖。導管t有一具有特定折射率之流體。長週期光栅經 刻雕（inscri_於纖芯中，胃、纖芯將某些波長的光自向前傳 • 制芯模式輕合為向前傳播包覆層模式。在此等波長下之 功率經衰減。藉由將流體移至提供該光拇之區域内或該區 料而調諧過遽器之回應。以此方式改變流體之位置已用 以改變农減及/或透射凹口之波長。 調咱光學過濾器之其他方法亦係已知的。舉例而言，可 實體地對-光纖施加應力以修改其頻率回應。聲光可調諸 過滤器使用沿著光纖之長度傳播的f曲波來調譜光拇之反 射波長。電光方法亦可用以修改過遽器回應。詳言之，長 週期光柵可形成於專用光纖之纖芯中。可將二氧切之薄 125370.doc 1362195 的内包覆層安置於纖芯上，且電光外包覆層可形成於内包 覆層上。所施加的電壓用以改變外包覆層之折射率。外包 覆層之折射率之此修改調諧經過濾的波長。 【發明内容】 提供一種過濾一導管波導可調諧光學設備中之光學訊號 之方法。該方法包括經由一安置於一光纖中之纖芯傳播光 學訊號。該光纖經耦合至一光學訊號源。藉由修改包含光 學訊號之經選擇的波長之傳播路徑而過濾該等光學訊號。 一可調諧波導形成自一纖芯材料及一安置於纖芯周圍之第 包覆層，該纖芯材料具有可回應於一高能刺激在—預 定值範圍上連續變化之折射率。藉由一安置於一在該纖芯 周圍安置之第一包覆層中的光柵，該等經選擇的波長之傳 播路徑得以修改。藉由選擇性地改變對纖芯之高能刺激以 用於調諧波導而判定該等經選擇的波長。 根據本發明之一較佳實施例，過濾光學訊號之方法包含 若干步驟。該方法可開始於提供一耦合至一光學訊號源之 光纖。該光纖包括一經安置於該光纖内之纖芯。該纖芯由 一纖芯材料形成’該纖芯材料經選擇以形成支援光大體上 在光纖之纖芯内傳播的波導。該方法亦包括將一光柵安置 於一在該纖芯周圍安置之第一包覆層中。利用以此方式形 成之光纖’該方法繼續進行在該纖芯内傳播一光學訊號之 步驟。其後’包含該光學訊號之經選擇的波長之傳播路徑 由該光柵修改◊藉由選擇性地改變一對該纖芯之高能刺激 而判定該傳播路徑經修改的經選擇之波長.因此，該高能 125370.doc 1362195 刺激有效地調諧該波導。 選擇一纖芯材料之步驟涉及選擇一具有一可回應於高能 刺激在一預定值範圍上連續變化的折射率之纖芯材料。改 變該高能刺激之步驟涉及選擇一諸如熱能、光子能、磁場 或一電位之高能刺激。

將一光柵安置於一在該纖芯周圍安置之第一包覆層中之 步驟涉及選擇一用於該第一光學包覆層之材料，該材料具 有一可回應於一至一高能刺激之曝露而永久地選擇性組態 之第一包覆層折射率。舉例而言，該高能刺激可為諸如紫 外（uv)光之光子能。

根據本發明之一較佳實施例，在光纖内提供一波導之步 驟涉及將一礼安置於該光纖中。該孔經軸向安置於該第一 光學包覆層内。該方法亦包括以一液體或流體填充該孔。 該液體或流體填充孔藉此形成該光纖之纖芯。根據本發明 之一較佳實施例，選擇一流體來填充該孔之步驟包括選擇 該流體以具有可在一預定值範圍上連續變化之折射率〜。 詳言之，該折射率經選擇以可回應於諸如熱能、光子能、 磁場或一電位之高能刺激而變化。該折射率之值範圍經選 擇以產纟一導管波導，纟在整個所要的波長調諧範圍上支 援—單一傳播纖芯模式。 :據本發明之一實施例，將一光柵安置於一在該纖芯周 :置之第-包覆層中之步驟涉及若干步驟。該等步驟可 =括形成-刻雕於該第一包覆層中之光柵。藉由在該第一 匕覆層中提供-沿著該光纖之長度按一週期性圖案調變之 125370.doc -10· 1362195 折射率而形成該光柵。根據本發明之另一實施例，此步驟 進一步涉及選擇該週期性圖案以包括該折射率之一正弦變 化根據本發明之又—實施例，此步驟進一步包括選擇該 光栅以為一切趾週期性光柵、一線性調頻脈衝光柵、一炫 耀光栅（blazed grating)或一幅度調變光栅。 根據本發明之另一態樣，該方法包括將一第二光學包覆 層安置於該第一光學包覆層上及選擇該第二光學包覆層之 小於該纖芯之折射率的折射率之步驟。 利用此過濾光學訊號之方法，包含光學訊號之某些經選 擇之波長自由地傳播穿過形成設備之波導的纖芯。作為與 光柵之相互作用的結果，其他經選擇之波長得以過濾。該 等經選擇之波長由光栅週期及纖芯與包覆層尺寸及折射率 判定。藉由選擇性？文變對該纖过、之高能刺㉟來調諸該波 導。過據光學訊號之方法包括修改光學訊號之傳播路徑的 步驟。在-實施例中’此係藉由設計該光柵以引起經選擇 之波長至向前傳播包覆層模式之耦合來完成。或者，該光 柵經設計以藉由改變光學訊號之經選擇的波長正傳播的方 向來修改經選擇之波長的傳播路徑。舉例而言，此步驟可 包括將經選擇之波長的行進方向自一向前傳播行進方向改 變為一反向傳播行進方向。 【實施方式】 圖1A為用於在-導管波導可調諧光學設備中過據光學訊 號之方法中的光纖100A之截面圖。光纖1〇〇A為一細長結 構’其包含—圓柱形纖芯102、-第-光學包覆層104及i 125370.doc • 11 - 第二光纖包覆廣106β在本發明之較佳實施例中，纖芯102 為圓柱形。然而，應理解，芯102之截面可具有任何形 狀包括圓形、橢圓形、正方形、矩形及八邊形。纖芯 102包含-纖芯材料1〇5以提供—用於所要的光學訊號經由 光纖100Α之傳播的波導。此等纖芯材料包括具有可回應於 高能刺激（諸如，熱能、光子能、電位或磁場）變化之折射 率及/或光損失之任何介質。 根據圖1Α中所示的本發明之一較佳實施例，纖芯丨包 含一軸向安置於該第一光學包覆層1〇4内之孔1〇3。孔1〇3 進一步填充有一具有折射率ηι之工作流體或液體1〇5，該 折射率ηι可回應於熱能（溫度）而在一預定值範圍上連續變 化。在工作流體105經安置於孔内之情況下，可將光纖 100A視為一導管波導。光可以一將易於由熟習此項技術者 理解之方式在纖芯102内傳播。根據一特定光纖應用，工 作流體可選擇為具有一折射率ηι。舉例而言，該工作流體 經有利地選擇為在室溫（大約攝氏25度）下具有自14至18 之折射率〜。此等工作流體包括可購自New Jersey2 Cedar Grove的CargiUe Labs，Inc.之A系列流體、B系列流體及M 系列流體。儘管如此，本發明不限於此方面。可不受限制 地使用具有可回應於熱能而變化之折射率⑴之任何工作流 體。. 本發明之另一實施例揭示於圖1B中，其展示光纖 125370.doc -12· 1362195 100B。光纖1〇〇B可用於在一導管波導可調諧光學設備中 過濾光學訊號之方法中。纖芯102包含一軸向安置於該第 一光學包覆層104内之孔丨03。孔1〇3進一步填充有一具有 折射率η!之電光工作流體或液體1〇5，該折射率〜可回應於 電位而在一預定值範圍上連續變化。如圖1B中所示，可利 用一連接至一對電極121_丨、121_2之外部電源12〇而施加電 位。電極之位置經有利地選擇以將一電場施加至電光工作 流體，而並不干擾光學訊號在纖芯1〇2内之透射。舉例而 言，定位如圖1B中所示的在第二光纖包覆層1〇6外之電極 可為有利的。然而’本發明不限於此方面。電極之任何配 置可用於此目的，限制條件為其可有效地改變施加至纖芯 102之電場》 根據一特定光纖應用，電光工作流體1〇5可選擇為具有 一折射率m。根據本發明之一態樣，該電光工作流體經選 擇為在室溫（大約攝氏25度）下具有自1.4至1.8之折射率ηι。 此等電光工作流體包括液晶及/或電光聚合物。儘管如 此’本發明不限於此方面。可不受限制地使用具有可回應 於電位而變化之折射率〜之任何電光材料。 本發明之另一實施例揭示於圖1(：中，其展示可用於在一 導管波導可調諧光學設備中過濾光學訊號之方法中的光纖 100C之截面圖。纖芯102包含一軸向安置於該第一光學包 覆層104内之孔1〇3。孔1〇3進一步填充有一具有折射率… 或吸收性之工作流體或液體105，該折射率]!!或吸收性可 回應於光子能而在一預定值範圍上連續變化。如圖1C中所 125370.doc •13· 1362195 示’可利用一外部光源122施加光子能。應瞭解，該外部 光源122可自如圖1C中所示之側照明光纖1〇〇c。或者，外 部光源122可自光纖1〇〇c之一端13〇照明光纖1〇〇c，在該

端130處，光由光纖100c導引且利用一正被過濾之訊號傳 播。然而，本發明不限於此方面。此項技術中已知之任何 合適的照明構件可用於此目的。根據一特定光纖應用，工 作流體可選擇為具有一折射率〜。在此方面，該工作流體 經選擇為在室溫（大約攝氏25度）下具有自14至18之折射 率〜。此等工作流體包括經摻雜之流體或展現出克爾 (Kerr)非線性之流體。儘管如此，本發明不限於此方面。 可不支限制地使用具有可回應於光子能之施加而變化的折 射率η!或吸故性的任何工作流體。

本發明之另一實施例揭示於圖1D中，其展示纖芯ι〇2包 含一軸向安置於該第一光學包覆層1〇4内之孔1〇3。孔1〇3 進步填充有一具有折射率⑴之工作流體或液體1〇5，該 折射率h可回應於一磁場而在一預定值範圍上連續變化。 ^圖1D中所示’可利用一外部磁體124-1、124_2施加該磁 場。然而，本發明不限於此方面。此項技術中已知之任何 合適的機射詩此㈣。減—特U纖應用，工作流 =可選擇為具有-折射率^舉—言，社作流體經有 1地選擇為在室溫（大約攝氏25度）下具有自14至18之折 儘管如此，本發明不限於此方面。可不受限制地 更用具有可回應於磁場變化之折射率〜的任何卫作流體。 再次參看圖iA至圖1D，可觀察到，纖芯1〇2且有直炉 125370.doc •14- 1362195 ⑽。可根據-特定光纖應用而選擇直徑⑽。應瞭解，所 要的共振模式之數目將大體傾向於規定纖芯ig2之定大 j牛例而β在本發明之較佳實施例中，纖芯102具有 一直徑⑽’該直徑經選擇以產生—在整個所要的波長調 ‘ 肖範圍上支援―單—傳播纖芯模式之導管波導。纖芯直徑 • 1〇8亦經有利地選擇以使光纖對高能刺激（諸如，熱能、光 子能、磁場及電位）之敏感性最佳化。應理解，纖芯直徑 • ⑽與纖芯102及包覆層材料之折射率-起衫在光纖麵 至100D中載運之與纖芯材料1〇5重疊之光部分。在此方 面，應進一步理解，纖芯直徑1〇8愈大，存在於纖芯1〇2中 之光部分愈大，且對高能刺激之敏感性愈大。 該第一光學包覆層104經安置於纖芯1〇2上。該第一光學 包覆層104由一具有一第一包覆層折射率之材料形成，該 第一包覆層折射率可回應於至一高能刺激（諸如，光子能） 的曝露而永久地選擇性組態。此等材料包括播雜有感光化 鲁 學元素之玻璃（例如，矽石玻璃、氟鍅酸鹽玻璃、氟鋁酸 鹽玻璃及硫屬化物玻璃）、摻雜有感光化學元素之聚合物 及/或摻雜有感光化學元素的電光材料。根據本發明之一 較佳實施例，將該材料選作矽石玻璃，其摻雜有提供紫外 (UV)光感光性之鍺及使其折射率稍低於第二光學包覆層 106之折射率的氟。儘管如此，本發明不限於此方面。可 不爻限制地使用任何合適材料來形成第一光學包覆層 104，限制條件為其對高能刺激敏感。然而，應理解，根 據一特定過濾操作，用以形成第一光學包覆層1〇4之材料 125370.doc •15· 1362195 經選擇為具有折射率n2。舉例而言，該材料經選擇為具有 小於纖芯1G2之折射率〜的折射率〜。此架構提供具有導引 极式之光纖，該導引模式大體上限於流體或液體填充纖怒 1〇2及最靠近纖芯102之第—光學包覆層1〇4的區域。 一或多個光柵有利地形成於光纖1〇〇入至1〇〇D上。在圖 Μ、圖1B及圖1D中，展示一單一光栅114_丨。在圖1C中， 展示具有兩個光柵114-丨、U4_2之光纖。使用此項技術中 已知之任何製造技術使光栅114-1、114-2刻雕於第一光學 包覆層刚中。此等技術包括使用紫外雷射之光刻雕技術 及/或此項技術中已知之任何其他刻雕技術。在一較佳實 施例中，紫外光用以建立光柵。紫外雷射經定位於光纖之 外部。該雷射經由一自矽石板形成之相位光罩照明該光 纖，在該相位光罩中，存在細平行凹槽或溝槽之圖案。該 相位光罩繞射光，藉此產生一干擾圖案。結果為高及低強 度UV光之區域，其在光柵待形成之區域中沿著光纖之長 度父替。作為此過程之結果，折射率變化之程度將視若干 因素而定。舉例而言，此等因素可包括第一光學包覆層 104之組合物及紫外光之曝露時間與強度。 根據本發明之一實施例，光栅114_丨、114_2經刻雕於第 一光學包覆層104中，使得光柵、114_2經轴向安置於 纖芯102周圍》此組態產生第一光學包覆層1〇4沿著其縱向 軸線之週期性變化的折射率k。儘管如此，本發明不限於 此方面。可以線性調頻脈衝方式使光柵114_1、U4_2刻雕 於第一光學包覆層中。此組態產生具有沿著縱向軸線變化 125370.doc •16· 的光拇週期之光柵U4·1、114·2。亦可以-使得光柵114. 1、 U4_2為切趾週期性光柵之方式刻雕光柵114_丨、114_ 2、 亦可以—使得光栅Π4-1、114-2為炫耀光栅之方式刻雕 光拇 114_1、ii4_2。 每一光柵114_丨、114·2可經設計，使得第一光學包覆層 104之折射率得以調變或以一週期性方式沿著光纖之長度 的一部分變化。為了方便起見，此週期性變化在圖^至圖 1D中被說明為一系列交替的環狀結構U6i、ιΐ62、ιΐ6_ 3、 116-4、116_5、116_6、116_7及116 8。然而應理解， 第一光學包覆層104中的折射率之實際週期變化通常並不 以此不連貫方式變化。實情為，折射率係按一較連續的方 式變化《舉例而言，在所示之實施例中，折射率之值較佳 地係按一正弦方式變化。折射率之變化幅度沿著光柵之長 度為可恆定的，或可沿著光栅之長度經調變。此項技術中 熟知，藉由沿著一光栅之長度調變折射率之變化幅度可 能達成對沿著光纖之長度傳播的光能之各種不同效應。此 等已知幅度調變技術中之任一者可與本發明一起使用。

在圖1Α、圖1Β及圖1D中，可將光纖1〇〇A、1〇〇BA 1〇〇D 組態為一可調諧凹口過濾器，其耦合向前傳播纖芯模式與 向後傳播纖芯模式之間的光，從而藉由使用等式（1 )選擇一 光栅週期（Agrating)而展現出在波長^(布拉格波長）下之透射 最小值： (1) 八 g r a t i n g - λ B / ( 2 X H e f f) 125370.doc •17- 1362195 其中neff為由光纖100A、10〇8及1〇〇D之纖芯1〇2導引之 模式的有效折射率。有效的折射率為由佔據纖芯102及包 覆層104、106的模式之光功率之分數加權的彼等區域之折 射率之平均值。在如圖丨八至圖10中提供之流體填充導管 中’布拉格波長將作為流體之折射率的函數而改變，因為 有效的折射率部分視流體之折射率而定。若可藉由高能刺 激（例如’熱能）之應用而改變流體之折射率，則可以此方 式選擇性地控制布拉格波長或凹口波長。 輕合模式理論（CMT)可用以模擬圖1A至圖1D中所示之光 栅114-1、114-2的光譜回應。大體而言，cMT展示光柵強 度及長度’以及導引模式之模式場與光柵擾動之重疊將判 定在透射光譜中的凹口之頻寬及深度（衰減）。應瞭解，光 柵114-1、114-2與沿著光纖100A至100D之縱向轴線傳播之 光波相互作用。此相互作用視每一光柵114_丨、U4_2之光 柵週期而定。舉例而言，每一光柵114-1、114-2具有短的 光柵週期。此等光柵114-1、114-2與由纖芯1 〇2導引之光波 之間的相互作用使某些波長之光波輕合至向後傳播纖芯模 式。在本發明之一替代態樣中，每一光柵114-1、114-2具 有長的光栅週期。此等光栅114-1、114-2與由纖芯1〇2導引 之光波之間的相互作用使某些波長之光波耦合至向前傳播 包覆層模式。 仍參看圖1A，第一光學包覆層104具有一直徑11〇。可根 據一特定光纖100A應用而選擇直徑110»根據本發明之一 較佳態樣，第一光學包覆層104有利地具有一直徑110，其 125370.doc -18， 1362195 使利用光柵114- 1、114-2在導引模式下傳播的光與佔據孔 1 03之纖芯材料105的相互作用最佳化β然而，本發明不限 於此方面。根據特定過；慮應用’可使用任何合適的直徑 110 ° 第二光學包覆層106經安置於第一光學包覆層1〇4上。第 一光學包覆層106包含具有折射率&之介電材料。此等材 料可包括熔融石夕石及/或溶融石英。根據本發明之一較佳 態樣’形成第二光學包覆層106之材料經選擇為具有小於 佔據纖芯1 02之流體之折射率ηι的折射率。應瞭解，折射 率ns可小於或大於第一光學包覆層1〇4之折射率n2。 如圖1A中所示’第二光學包覆層ι〇6具有一直徑112。可 根據一特定光纖100A應用而選擇直徑112。根據本發明之 一較佳態樣，第二光學包覆層106具有一等於125微米之直 徑112。此直徑112提供與標準125微米直徑光纖及相關聯 的組件及工具的相容性。直徑112亦提供複數個包覆層模 式（亦即，允許在紅外光譜上之多個共振帶）β然而，本發 明不限於此方面。可根據特定過濾應用使用任何合適的直 徑112 ,且直徑112可經有利地選擇以選擇某些包覆層模式 (需要與其之共振相互作用）。 儘管圖1Α中未展示保護層’但熟習此項技術者應瞭解， 可將一保護層安置於第二光學包覆層1〇6上，用於保護第 二光學包覆層106免受歸因於環境條件及外力之損壞。該 保護層可包含一聚合物塗層或此項技術中已知之任何其他 塗層。 125370.doc -19· 1362195 熟習此項技術者應進一步瞭解，可將光纖1〇〇Α至i〇〇D 用於各種基於DWDM之網路應用中。舉例而言，將光纖 100A至100D實施於一可調諧光學過濾器中，該可調諧光 學過濾器用於過濾來自一組沿著光纖傳播的光學訊號之具 有一特定波長的訊號。 熟習此項技術者應瞭解’圖1A至圖1D中之光纖架構為 光纖架構之代表性實施例。然而’本發明不限於此方面， 且可不受限制地使用任何其他光纖架構。舉例而言，在本 發明之一替代實施例中’光纖100八至100〇可經設計為排 除第一光學包覆層106。在此情形中，可將第一光學包覆 層104設計為一包含流體或液體填充纖芯1 〇2之相當厚的層 (例如’ 125微米）。在此情形中’可將一保護層安置於第一 光學包覆層104上。 圖2為光纖ιοοΑ至i〇〇D之製造過程的流程圖。根據本發 明之較佳實施例，製造過程2〇〇開始於步驟2〇2且繼續進行 步驟204。在步驟2〇4中，藉由在一經界定之時間週期（例 如4天）内’在一經界定之廢力（例如，6 9兆帕）及一經界 〆 定之溫度（例如’攝氏75度）下，利用一氣體吸收方法载入 一諸如氫或氘之氣體至具有一孔103、一第一光學包覆層 104及一第二光學包覆層106的光纖100A至100D而使光纖 100A至1 〇〇d敏感。氣體吸收方法在此項技術中係熟知 的°因此’本文中將不會更詳細地描述此等方法。在將光 纖曝路至紫外光前利用氫或氘處理該光纖可增加材料之光 敏感性（關於修改第一光學包覆層104之折射率），以刻雕光 125370.doc • 20- 1362195 然而，如此項技術中所熟知，並不總是 除了氫載入之外’存在使包覆層敏感之其 以硼摻雜》 在載入氫至第一光學包覆層 a 04及第二光學包覆層106 後，控制轉至步驟2〇6。在步驟2 隹7騍206中，使至少一短及/或 長週期光柵刻雕於第—光學包覆層⑽中。可藉由孰習此 項技術者已知之任何方法來完成此步驟。舉例而言刻雕

栅114-1 、 114-2 需要敏感化，且 他手段，諸如， 短週期光辆之方法涉及將辞笛 ^ 乂及將该第一光學包覆層104定位於一 相位光罩後，及利用草一：古4 系，皮長（例如，244奈米）之光照明該 相位光罩。在—給定時間量（例如，㈣秒）及-給线通量 (例如，糊千焦耳/平方公分）内執行此過程。Λ過程將使 第-光學包覆層曝露至在強度上根據由該相位光罩界定之 -些圖案而變化之光。如上提到，第一光學包覆層由折射 率可回應於至經選擇之光波長的曝露而永久地選擇性組態 之材料形成。因此’第一包覆層至此具有變化之強度的光 之曝露將引起第一包覆層之折射率的變化，在移除了光源 後，該折射率保持。折射率之變化的精確圖案將由相位光 罩所界定之圖案判定。該圖案可經選擇以形成如本文中所 描述之光栅。 在步驟208中，在一經界定之時間量（例如，十二（12)天） 内，在一給定溫度（例如，攝氏5〇度）下對光纖進行退火， 以自第一光學包覆層104及第二光學包覆層1〇6移除氫。 在步驟210中，孔1〇3填充有一具有隨著一高能刺激（諸 如，熱能、光子能、磁場及電位）而改變之經界定之折射 125370.doc 1362195 率（例如’ n=1.5)的纖芯材料i〇5。此步驟涉及將光纖之第 一端置放於—填充有該纖芯材料105之經加壓的儲集層 中。朝向環境空氣敞開光纖之第二端。儘管如此，本發明 不限於此方面，因為存在以纖芯材料105填充光纖100A至 100D之孔1〇3的其他已知方法。在步驟21〇完成後，控制轉 至步驟212，在步驟212處，光纖之第一端及第二端經接合 至另一光纖（例如，Corning SMF-28®光纖）之端部。在此 步驟後，控制轉至步驟214’在步驟214處，製造過程2〇〇 結束。 熟習此項技術者應瞭解，製造過程2〇〇僅包括製造光纖 100A至100D之主要步驟。在此方面，製造過程2〇〇僅為一 製造過程之一實施例。本發明不限於此方面，且可不受限 制地使用任何其他製造過程。 現參看圖3至圖6,提供說明在複數個纖芯材料溫度下之 光纖100 A之所計算的透射光譜之多個曲線圖。在圖3至圖6 中，咼能刺激為熱能（例如，改變設備之溫度），且纖芯材 料經選擇使得其具有一回應於溫度而變化之折射率。然 而，應理解，可利用具有回應於不同類型之高能刺激而變 化之折射率的不同纖芯材料而達成類似結果。用以計算透 射光譜之數學模型假定諸如將由以上描述（關於圖2)之製造 過程200產生之結構。光纖1〇〇A具有下列參數：纖芯材料 折射率πι = 1·5(在攝氏25度之溫度下）、纖芯材料折射率溫 度敏感性（1：11/(1丁=-4.0卜1〇-4(攝氏度）-1、纖芯直徑1〇8 1 = 1.4微米、第一光學包覆層1〇4折射率〜=1 4料、第一光 125370.doc •22- 1362195 學包覆層直徑1 1 Ο 1=40微米、第二光學包覆層1〇6折射率

組成之群的不同溫度下的具有一 度、攝氏50度及攝氏75度 纖芯材料之光纖100A之所 計算的透射光譜。 如圖3至圖6中所示，纖芯材料1〇5之溫度特徵判定光纖 100A之透射光譜。光學過濾器之凹口波長可藉由改變佔據 孔103之纖芯材料1〇5的溫度而調諧。藉由使用回應於其他 類型之高能刺激而變化之纖芯材料，可使用替代類型之高 能刺激達成類似結果。 熟習此項技術者亦應瞭解，光纖！ 00A可經設計以在電磁 波譜之近紅外區域中於不同帶（例如，^帶^川奈米至1565 奈米及L帶1565奈米至1625奈米）下操作。舉例而言，導引 模式之一有效的折射率等於1.45。光柵週期等於535.28奈 米。此處，光自向前傳播纖芯模式耦合至反向傳播纖芯模 式時的波長等於1 552.3奈米（χΒ=2χ 1.45x535.28 ;見以上等 式Π))’其駐留於電磁波譜之C帶近紅外區域中。或者，導 引模式之一有效的折射率等於1.5 ^光柵週期等於535.28奈 米。此處，光自向前傳播模式耦合至反向傳播纖芯模式時 的波長等於1605.8奈米（λΒ=2χ1.5x535.28 ;見以上等式 125370.doc •23· 1362195 (1))，其駐留於電磁波譜之L帶近紅外區域中。鐾於前述内 容，應瞭解，纖芯材料105之折射率、第一光學包覆層ι〇4 之折射率、第二光學包覆層1〇6(假設第一光學包覆層薄）之 折射率、孔103之直徑108、第一光學包覆層1〇4之直徑 no、第二光學包覆層106之直徑U2及光栅週期規定光纖 100A-D於裏面操作之帶。 根據本發明之另一態樣，圖7中之流程圖中所示，提供 一種在一導管波導可調諧光學設備（諸如，圖1之光纖 100Α)中過濾光學訊號的方法3〇〇。一在一導管波導可調譜 光學設備中過濾光學訊號之類似方法亦可利用諸如圖⑺至 圖1D中所示之光纖100Β至1〇〇D中之一者的光纖。在本發 明之較佳實施例中’過濾光學訊號之方法3〇〇包含過濾在 光纖100A中傳播之光學訊號。將光纖100 A耦合至一可包 括所論述的基於DWDM之網路之光學訊號源。如先前所論 述’藉由修改包含光學訊號之經選擇的波長之傳播路徑而 過渡該等光學訊號。一可調諳波導係藉由利用一纖芯材料 105而形成於光纖10〇A中，該纖芯材料1〇5具有一可回應於 一高能刺激在一預定值範圍上連續變化之折射率。藉由一 安置於一在該纖芯1〇2周圍安置之第一包覆層1〇4中之光柵 114-1 ’該等經選擇的波長之傳播路徑得以修改。藉由選 擇性地改變對纖芯1 〇2之高能刺激藉此調諧波導來判定該 等經選擇的波長。 在本發明之較佳實施例中，過濾光學訊號之方法3〇〇開 始於步驟302且繼續進行提供一耦合至一光學訊號源的光 125370.doc -24- 1362195 纖100A之步驟304)。該方法300包括額外步驟：306)將一 由一纖芯材料105形成之纖芯102安置於光纖100A中；308) 選擇一纖芯材料105以在該光纖100A内提供一波導；310) 將一光柵114-1安置於一在該纖芯1〇2周圍安置之第一包覆 • 層104中；3 12)在該光纖iOOA内傳播一大體上在該纖芯1〇2 . 内導引之光學訊號’ 314)利用光拇114-1修改包含該光學訊 號之經選擇之波長的傳播路徑；及步驟3 1 6)判定經選擇之 鲁 波長，藉由選擇性地改變對纖芯102之高能刺激藉此調諧 波導來修改該等經選擇之波長的傳播路徑。方法結束 於步驟318。 另外，將纖芯102安置於光纖ιοοΑ中之步驟306涉及選擇 纖芯直徑108。選擇一纖芯材料1〇5之步驟3〇8涉及選擇一 具有一可回應於一高能刺激在一預定值範圍上連續變化的 折射率之纖芯材料105。所選擇之高能刺激包括熱能、光 子能、磁場或電位β # 將第一光學包覆層104安置於纖芯102周圍之步驟包括選 擇第一光學包覆層104之直徑110及選擇第一光學包覆層 1 04之材料，該材料具有一可回應於至一高能刺激之曝露 而永久地選擇性組態之第一包覆層折射率。所選擇之高能 刺激可包括選擇光子@。所選擇之光子能包括f外（UV) 光。 根據本發明之一較佳實施例，將纖芯102安置於光纖 100A中之步驟進一步涉及將一轴向安置於第一光學包覆層 104内之孔1G3安置於光纖嶋中及選擇—液體或流體來填 125370.doc •25· 1362195 充孔103。該液體或流體填充孔1〇3形成光纖i〇〇a之纖芯 102。該步驟進一步涉及選擇孔1〇3之直徑ι〇8。根據一特 定光纖應用（諸如，光纖對—高能刺激之敏感性）來選擇直 徑⑽。根據本發明之較佳實施例，選擇液體或流體來填 . 充孔之步驟包括選摆左a 隹至溫下具有1.40與1_80之間的折 射率之流體。 根據本發明之-實施例，將一光柵114-1安置於在纖芯 • 102周圍安置之第一包覆層1〇4中之步驟涉及選擇在該第一 光學包覆層104中之光柵丨丨扣丨，該光柵1141具有一沿著該 光纖100Α之長度按一週期性圖案調變的折射率。在本發明 之3 -實施存J中，&步驟進—步涉及選擇該週期性圖案以 包括該折射率之一正弦變化。在本發明之其他實施例，此 步驟涉及選擇光柵114-1以為一切趾週期性光柵' 一線性 調頻脈衝光柵、一炫耀光柵或一幅度調變光栅。 根據本發明之另一態樣，過濾光學訊號之方法3〇〇包括 • 將一第二光學包覆層106安置於第一光學包覆層1〇4上。此 步驟進一步涉及選擇第二光學包覆層之一小於光學纖芯之 折射率的折射率。該步驟亦涉及選擇第二光學包覆層1〇6 之直# 112。 利用此過濾光學訊號之方法3〇〇，包含光學訊號之某些 經選擇之波長自由地傳播穿過纖芯1〇2，同時其他經選擇 之波長得以過濾。藉由光柵114_丨之週期、纖芯材料1〇5之 折射率、孔103之直徑108、第一光學包覆層1〇4之折射 率、第一光學包覆層104之直徑110、第二光學包覆層1〇6 125370.doc •26- 1362195 之折射率及第二光學包覆層106之直徑112的選擇而判定該 等經選擇之波長。所選擇之纖芯材料105具有可回應於一 高能刺激在一預定值範圍上連續變化之折射率。藉由選擇 性地改變對該纖芯1〇2之高能刺激來調諧波導。因此，過 濾光學訊號之方法300包括藉由將經選擇之波長耦合至向 洳傳播模式來修改傳播路徑或者藉由改變該等光學訊號之 該等經選擇之波長正傳播的方向來修改經選擇之波長的傳 播路徑；例如，將經選擇之波長的行進方向自一向前傳播 行進方向改變為一反向傳播行進方向的步驟。 【圖式簡單說明】 圖1A為可用於理解本發明之光纖之截面圖。 圖1B為可用於理解本發明之光纖之截面圖。 圖1C為可用於理解本發明之光纖之截面圖。 圖1D為可用於理解本發明之光纖之截面圖。 圖2為可用於理解本發明之光纖之製造過程的流程圖。 圖3為說明可用於理解本發明的在第一溫度下之包括一 具有一纖芯材料之光纖的光學過濾器之所計算的透射光譜 之曲線圖。 圖4為說明可用於理解本發明的在第二溫度下之包括一 具有一纖芯材料之光纖的光學過濾器之所計算的透射光譜 之曲線圖。 圖5為說明可用於理解本發明的在第三溫度下之包括一 具有一纖芯材料之光纖的光學過濾器之所計算的透射光譜 之曲線圖。 125370.doc •27· 1362195 圖6為說明可用於理解本發明的在第四溫度下之包括一 具有一纖芯材料之光纖的光學過濾器之透射光譜之曲線 圖。 圖7為可用於理解本發明的過濾光學訊號之方法的流程 圖0

【主要元件符號說明】 100A 光纖 100B 光纖 100C 光纖 100D 光纖 102 圓柱形纖芯 103 孔 104 第一光學包覆層 105 纖芯材料/工作流體或液體 106 第一光學包覆層 108 直徑 110 直徑 112 直徑 114-1 光柵 114-2 光栅 116-1 環狀結構 116-2 環狀結構 116-3 環狀結構 116-4 環狀結構 125370.doc -28- 1362195 116-5 環狀結構 116-6 環狀結構 116-7 環狀結構 116-8 環狀結構 120 外部電源 121-1 電極 121-2 電極 122 外部光源 124-1 外部磁體 124-2 外部磁體 130 端 125370.doc -29-

Claims (1)

1362195 __ '月叫日修正本·第〇%ΐ37336號專利申請案 - -----J 中文申請專利範圍替換本(1〇〇年9月） 十、申請專利範園： r ^ 一種過濾光學訊號之方法，其包含： ^ 提供一光纖，該光纖包含一纖芯，該纖芯由一種具有 回應一第一高能刺激而可改變之一纖芯折射率之材料而 形成，一第一包覆層安置於該纖芯周圍，其具有回應一 曝路至一第二高能刺激而永久選擇性地可組態之一第— 包覆層折射率，以及一第二包覆層安置於該第一包覆層 周園，其具有一大於該第一包覆層折射率之一固定折 率； 在該纖芯内傳播一光學訊號； 利用一刻雕於該第一包覆層中的光栅而修改包含該光 學訊號之經選擇之波長的一傳播路徑； 藉由選擇性地改變施用至該纖站之該第一高能刺激而 選擇性地減少該傳播路徑經修改的該等經選擇之波長。 2.如請求項1之方法，其中該選擇性地改變進一步包含修 改回應於該第—高能刺敖的該纖芯之該纖芯折射率。 3·如請求们之方法，其進—步包含選擇為—流體之該材 料用於該纖芯。 4·如請求項1之方法，其中該傳播步驟進一步包含傳播一 包含複數個波長之光學訊號。 5.如清求項1之方法，其中該修改步驟進一步包含將該等 經選擇之波長耦合至向前傳播包覆層模式。 6·如叫求項1之方法，其中該修改步驟進一步包含改變該 光學訊號之該等經選擇之波長正傳播的一方向。 7.如請求項6之方法，其中該等經選擇之波長的該方向係 125370-l0009l4.doc 丄 @則傳播行進方向改變至一反向傳播行進方向。 8. 如請求項1 之方法，其進一步包含自由熱能、光子能、 Φ yju 电位組成之群選擇該第一高能刺激。 9. 如請求項1$ 士 <方法’其進一步包含利用刻雕於該第—勺 覆層中之複數個該等光柵來修改該傳播路徑。 125370-1000914.doc