專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維和平面波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光導(dǎo)纖維和一種平面波導(dǎo)，用于衰減光通信系統(tǒng)中接收的光信號(hào)。
在光通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)損失隨光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度而增加，所以遠(yuǎn)接收端接收信號(hào)如此變?nèi)?，以致難以有效地檢測(cè)這些信號(hào)。
為了解決這樣的信號(hào)損失問(wèn)題，在發(fā)送器與接收器之間布置一個(gè)放大裝置，用于放大光信號(hào)，并且發(fā)送器加強(qiáng)輸出信號(hào)，以便補(bǔ)償這樣的信號(hào)損失。然而，如果一個(gè)接收設(shè)備例如光導(dǎo)纖維放大器安裝在產(chǎn)生高電平輸出的信號(hào)的發(fā)送器附近，它就不能適當(dāng)?shù)貦z測(cè)這樣的信號(hào)。因此，已經(jīng)提出各種使接收設(shè)備的前端所接收的光信號(hào)衰減的方法。這些方法將使箍(ferule)相互偏移，以引起一些量的光漏過(guò)箍之間的間隙，以使光導(dǎo)纖維的芯具有不同的直徑，或在箍之間插入過(guò)濾器。
然而，過(guò)濾器型光衰減器具有的衰減區(qū)太小，以致不能精確地控制吸收率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光導(dǎo)纖維，用于均勻地衰減特別波長(zhǎng)帶的光信號(hào)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種平面波導(dǎo)，用于均勻地衰減特別波長(zhǎng)帶的光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維包括一個(gè)芯層和一個(gè)覆層，其中芯層共摻雜有第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或多種的離子，第一金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，第二金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)。
優(yōu)選地，第一金屬是Fe、Cr、Mn和V，并且第二金屬是Co和Ni。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種具有一個(gè)芯層和一個(gè)覆層的用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維包括第一光導(dǎo)纖維，它具有一個(gè)摻雜有第一金屬的離子的芯層，第一金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)；和第二光導(dǎo)纖維，它具有一個(gè)摻雜有第二金屬的離子的芯層，第二金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)，其中第二纖維與第一纖維串聯(lián)連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的平面波導(dǎo)包括一個(gè)芯和一個(gè)覆層，其中芯共摻雜有第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或多種的離子，第一金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，第二金屬在特別波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)。
優(yōu)選地，第一金屬是Fe、Cr、Mn和V，并且第二金屬是Co和Ni。
由以下連同附圖所作的說(shuō)明，本發(fā)明的以上目的和其他特點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)。
圖4至圖7是曲線圖，表示根據(jù)波長(zhǎng)的第一金屬離子的光吸收特性；圖8和圖9是曲線圖，表示根據(jù)波長(zhǎng)的第二金屬離子的光吸收特性；

圖10是曲線圖，表示根據(jù)波長(zhǎng)的摻雜Fe的光導(dǎo)纖維的光吸收特性；圖11是曲線圖，表示根據(jù)波長(zhǎng)的摻雜Co的光導(dǎo)纖維的光吸收特性；圖12和圖13是曲線圖，表示共摻雜有Fe和Co的光導(dǎo)纖維的光衰減特性；圖14是曲線圖，表示根據(jù)共摻雜有Fe和Co的光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度的光衰減特性；圖15是曲線圖，表示在將摻雜有Fe的第一光導(dǎo)纖維和摻雜有Co的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接的情況下的光衰減特性；圖16說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于光衰減的平面波導(dǎo)；以及圖17A至圖17F是斷面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于光衰減的平面波導(dǎo)的制造過(guò)程。
首先，在一個(gè)管的內(nèi)部用SiC14、POC13和CF4淀積一個(gè)覆層(ST1)，然后用SiC14和GeC14淀積一個(gè)芯層(ST2)。
此后，將芯層部分燒結(jié)，并且摻雜特別金屬離子(ST3)。然后使其干燥，并且燒結(jié)伴隨氧化(ST4)。
然后，使其緊裹和密封，以獲得光導(dǎo)纖維預(yù)型件(ST5，ST6)，最終將其抽出，以生產(chǎn)包含金屬離子的光導(dǎo)纖維(ST7)。
以下，參考圖2A至圖2D，將敘述使芯層摻雜金屬離子的過(guò)程。
首先，如圖2A至圖2D所示，在管11的內(nèi)部淀積覆層12和芯層13(圖2A)，然后部分地?zé)Y(jié)，以形成多孔層(圖2B)。
隨后，將多孔層滲入含有預(yù)定量金屬離子的溶液14，并且保持約1小時(shí)(圖2C)。
此后，從管11中排出溶液14。此時(shí)，溶于溶液14的有些金屬離子保留在多孔芯層中。也就是，芯層13摻雜有金屬離子(圖2D)。
在這種情況下，以上溶于溶液14的金屬離子包括第一金屬例如Fe、Cr、V和Mn中的至少一種或多種的離子，和第二金屬例如Co和Ni中的至少一種或多種的離子，以及Al離子，其中第一金屬在光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，而第二金屬在光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)。Al用來(lái)防止金屬離子在熱緊裹步驟期間蒸發(fā)。
在這種情況下，第一金屬離子、第二金屬離子和Al的克分子比是1到3∶4到6∶1到3。由于克分子比的最終值可能隨過(guò)程的溫度和氣體壓力而改變，所以克分子比必須確定在較高和較低限值之內(nèi)。
因此，芯部分共摻雜有第一金屬離子和第二金屬離子，它們的光吸收系數(shù)在光信號(hào)波長(zhǎng)帶下分別具有負(fù)斜率和正斜率，所以本發(fā)明的光導(dǎo)纖維可能使輸入光信號(hào)充分均勻。
此外，通過(guò)將摻雜有第一金屬離子的第一光導(dǎo)纖維和摻雜有第二金屬離子的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接，也能獲得用于實(shí)現(xiàn)均勻光衰減的光導(dǎo)纖維。圖3A至圖3C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)均勻光衰減的光導(dǎo)纖維。
圖3A是第一光導(dǎo)纖維的預(yù)型件，其多孔芯層13摻雜有第一金屬離子21，以及圖3B是第二光導(dǎo)纖維的預(yù)型件，其多孔芯層13摻雜有第二金屬離子22。如圖3C所示，在第二實(shí)施例中，摻雜有第一金屬離子21的第一光導(dǎo)纖維23和摻雜有第二金屬離子22的第二光導(dǎo)纖維24分別地插入普通光導(dǎo)纖維的部分25之間，形成一條傳輸線。
第一光導(dǎo)纖維Ll與第二光導(dǎo)纖維L2的長(zhǎng)度比是L1∶L2＝1∶2，其中第一光導(dǎo)纖維摻雜有0.125克分子的Fe離子，并且第二光導(dǎo)纖維摻雜有0.3克分子的Co離子。
當(dāng)然，如前所述，芯層共摻雜有Al，并且第一金屬離子、第二金屬離子與Al的克分子比是1到3∶4到6∶1到3。
以下，參考圖4至圖15，將敘述第一金屬離子和第二金屬離子的光吸收系數(shù)。
圖4至圖7說(shuō)明第一金屬離子隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
圖4說(shuō)明含有Fe的石英玻璃，它在約1100nm到1900nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按負(fù)斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
圖5說(shuō)明含有V的石英玻璃，它在約700nm到1800nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按負(fù)斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
圖6說(shuō)明含有Cr的石英玻璃，它在約600nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按負(fù)斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
圖7說(shuō)明含有Mn的石英玻璃，它在約450nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按負(fù)斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
也就是，如圖4至圖7所示，第一金屬例如Fe、V、Cr和Mn的離子在約1100nm到1600nm的特別波長(zhǎng)帶內(nèi)，具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)。
同樣，圖8和圖9說(shuō)明第二金屬離子的光吸收系數(shù)。圖8說(shuō)明含有Co的石英玻璃，它在約900nm到1800nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按正斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
圖9說(shuō)明含有Ni的石英玻璃，它在約1000nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有按正斜率隨波長(zhǎng)變化的光吸收系數(shù)。
也就是，如圖8和圖9所示，第二金屬例如Co和Ni的離子在約1100nm到1600nm的特別波長(zhǎng)帶內(nèi)，具有正斜率的光吸收系數(shù)。
同樣，圖10說(shuō)明摻雜有Fe離子的光導(dǎo)纖維的光吸收系數(shù)，它在約1150nm到1650nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有隨波長(zhǎng)的負(fù)斜率。
并且，圖11說(shuō)明摻雜有Co離子的光導(dǎo)纖維的光吸收系數(shù)，它在約900nm到1650nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)具有隨波長(zhǎng)的正斜率。
也就是，在圖4與10之間、圖8與圖11之間作比較，雖然表示稍微不同，光吸收系數(shù)在1200nm到1600nm的光信號(hào)傳輸帶內(nèi)具有隨波長(zhǎng)的負(fù)斜率。
圖12和圖13說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光導(dǎo)纖維的光衰減特性，該實(shí)施例按特別克分子比，例如1∶4.4∶1.6共摻雜有Fe離子、Co離子和Al離子。
圖12說(shuō)明用白光源作為輸入光，摻雜有Fe和Co的光導(dǎo)纖維的光衰減特性，其中光衰減偏差在1200nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)約為±0.4dB。在這種情況下，光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度選擇為1nm。
圖13說(shuō)明用寬帶光源作為輸入光，摻雜有Fe和Co的光導(dǎo)纖維的光衰減特性，其中光衰減偏差在1450nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)約為±1dB。
如圖14說(shuō)明，光衰減水平隨光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度變化，該圖表示使用1550nm的輸入波長(zhǎng)，光衰減隨共摻雜有Fe離子和Co離子的光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度而變化的特性。
在這種情況下，衰減率對(duì)每1mm的共摻雜有Fe離子和Co離子的光導(dǎo)纖維約為5dB，以便光衰減水平隨光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度增加。
此外，圖15說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光導(dǎo)纖維的光衰減特性，其中將5cm的摻雜有Fe離子的第一光導(dǎo)纖維和10cm的摻雜有Co離子的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接。在這種情況下，F(xiàn)e離子∶Co離子的克分子比是0.125∶0.3。這表示在1300nm到1600nm的波長(zhǎng)帶內(nèi)充分均勻的光衰減。
因而，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)用第一金屬中的一種的離子和第二金屬中的一種的離子共摻雜芯層，能提供用于均勻光衰減的光導(dǎo)纖維，第一金屬在特別光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，而第二金屬在特別光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)。具體地說(shuō)，共摻雜物對(duì)可以是Fe離子和Co離子、Cr離子和Co離子、Mn離子和Co離子、Fe離子和Ni離子、V離子和Ni離子、Cr離子和Ni離子、Mn離子和Ni離子等等。通過(guò)將摻雜有以上第一金屬中的一種的離子的第一光導(dǎo)纖維，和摻雜有以上第二金屬中的一種的離子的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接，也能提供該光導(dǎo)纖維。
雖然已經(jīng)說(shuō)明和敘述了被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明不限于其具體實(shí)施例，并且在不違反本發(fā)明的真正范圍下，可以用各種各樣的改變、變更和等效來(lái)替代其要素。
例如，芯層可能共摻雜有一種混合物，它由包括Fe離子、V離子、Cr離子和Mn離子的第一金屬中的至少兩種或多種按特別比率組成，和一種混合物，它由Co和Ni按特別比率組成，因而產(chǎn)生一種用于均勻光衰減的光導(dǎo)纖維。
或相反，通過(guò)將摻雜有以上第一金屬中的至少兩種或多種按特別比率組成的混合物的第一光導(dǎo)纖維，和摻雜有以上第二金屬中的至少兩種或多種按特別比率的混合物的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接，能獲得用于均勻光衰減的光導(dǎo)纖維。
此外，使用根據(jù)上述實(shí)施例的用于光衰減的光導(dǎo)纖維，能獲得一種衰減器。
而且，上述本發(fā)明的概念能等同地適合一種用于光衰減的平面波導(dǎo)。也就是，通過(guò)用以上摻雜物共摻雜芯，能獲得一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的平面波導(dǎo)。
圖16說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于光衰減的平面光路。本發(fā)明的用于光衰減的平面波導(dǎo)具有一個(gè)芯33，它共摻雜有第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或兩種的離子。32是覆層，并且31是Si襯底。
本發(fā)明的用于光衰減的平面波導(dǎo)可能具有多個(gè)芯。因此，本發(fā)明的平面波導(dǎo)可能具有多個(gè)波導(dǎo)，它們由芯和包圍芯的覆層構(gòu)成。
圖17A至圖17F是斷面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于光衰減的平面波導(dǎo)的制造過(guò)程。
首先，如圖17A所示，用火焰水解淀積(FHD)法在Si襯底31上形成一個(gè)緩沖覆層32a。緩沖覆層32a可能是Si02-P205、Si02-B203或Si02-P205-B203。
此后，如圖17B所示，用FHD法在緩沖覆層32a上形成一個(gè)芯層33。芯層可能是Si02-Ge02-P205、Si02-Ge02-B203或Si02-Ge02-P205-B203。
此后，如圖17C所示，將芯層33部分地?zé)Y(jié)形成一個(gè)多孔層33a。
其后，如圖17D所示，用金屬離子摻雜多孔層33a，形成一個(gè)摻雜多孔層33b。摻雜過(guò)程包括步驟將多孔層浸入含有預(yù)定量的金屬離子的溶液中，保持約1小時(shí)，然后使多孔層干燥。在這種情況下，以上溶于溶液中的金屬離子包括第一金屬例如Fe、Cr、V和Mn中的至少一種或多種的離子，和第二金屬例如Co和Ni中的至少一種或多種的離子，以及Al離子，其中第一金屬在光信號(hào)波長(zhǎng)帶內(nèi)具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，而第二金屬在該光信號(hào)波長(zhǎng)帶內(nèi)具有正斜率的光吸收系數(shù)。并且，第一金屬離子、第二金屬離子和Al的克分子比是1到3∶4到6∶1到3。
此后，如圖17E所示，用光刻術(shù)和蝕刻過(guò)程形成芯33c。
此后，如圖17F所示，用FHD法在芯33c和緩沖覆層32a上面形成一個(gè)上面覆層32b，因而形成一個(gè)覆層32。上面覆層可以是Si02-P205或Si02-P205-B203。
因此，本發(fā)明的用于衰減的平面波導(dǎo)的芯的光吸收系數(shù)可能在光信號(hào)波長(zhǎng)帶下對(duì)于輸入光信號(hào)具有均勻衰減。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)用第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或多種的離子共摻雜芯層，提供用于均勻光衰減的光導(dǎo)纖維和平面波導(dǎo)，第一金屬在特別光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，而第二金屬在特別光信號(hào)波長(zhǎng)帶下具有正斜率的光吸收系數(shù)。具體地，第一金屬是Fe、Cr、Mn和V，而第二金屬是Ni和Co。并且，通過(guò)將摻雜有上述第一金屬中的至少一種或多種的離子的第一光導(dǎo)纖維，和摻雜有上述第二金屬中的至少一種或多種的離子的第二光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接，提供用于均勻光衰減的光導(dǎo)纖維。
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維，具有一個(gè)芯層和一個(gè)覆層，其中所述芯層共摻雜有第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或多種的離子，所述第一金屬在特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，所述第二金屬在所述特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有正斜率的光吸收系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1限定的用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維，其中所述第一金屬是Fe、Cr、Mn和V，并且所述第二金屬是Co和Ni。
3.如權(quán)利要求1限定的用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維，其中所述芯層共摻雜有Al。
4.一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維，具有一個(gè)芯層和一個(gè)覆層，包括第一光導(dǎo)纖維，具有一個(gè)摻雜有第一金屬的離子的芯層，所述第一金屬在特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)；和第二光導(dǎo)纖維，具有一個(gè)摻雜有第二金屬的離子的芯層，所述第二金屬在所述特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有正斜率的光吸收系數(shù)，其中所述第二光導(dǎo)纖維與所述第一光導(dǎo)纖維串聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求4限定的光導(dǎo)纖維，其中所述第一金屬包括Fe、V、Cr和Mn中的至少一種或多種，并且所述第二金屬包括Co和Ni中的至少一種或兩種。
6.一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的平面波導(dǎo)，具有一個(gè)芯和一個(gè)覆層，其中所述芯共摻雜有第一金屬中的至少一種或多種的離子，和第二金屬中的至少一種或多種的離子，所述第一金屬在特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，而所述第二金屬在所述特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有正斜率的光吸收系數(shù)。
7.如權(quán)利要求6限定的用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的平面波導(dǎo)，其中所述第一金屬是Fe、Cr、Mn和V，并且所述第二金屬是Co和Ni。
8.如權(quán)利要求6限定的用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的平面波導(dǎo)，其中所述芯共摻雜有Al。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于實(shí)現(xiàn)充分均勻的光衰減的光導(dǎo)纖維和平面波導(dǎo)，包括一個(gè)芯層，其中所述芯層共摻雜有第一金屬離子和第二金屬離子，所述第一金屬離子在特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有負(fù)斜率的光吸收系數(shù)，所述第二金屬離子在所述特別波長(zhǎng)帶內(nèi)具有正斜率的光吸收系數(shù)。
文檔編號(hào)C03B19/14GK1455880SQ02800215
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月2日
發(fā)明者韓元澤, 金鎮(zhèn)杏 申請(qǐng)人:奧普托內(nèi)斯特公司, 光州科學(xué)技術(shù)院