專利名稱：非熱的光波導(dǎo)光柵器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)光柵器件。這種器件包括諸如光纖等光波導(dǎo)，并在光波導(dǎo)上形成光柵，從而影響波導(dǎo)的光學(xué)特性。本發(fā)明尤其適于提供一種溫度變化性能受控的非熱化光波導(dǎo)光柵。
背景技術(shù)：
通過改變光纖布拉格光柵的溫度，可以改變諸如光纖布拉格光柵等光波導(dǎo)的中心波長。也可以通過改變包含布拉格光柵的光纖中的應(yīng)力/應(yīng)變，來改變中心波長。為了使溫度變化引起的任何不希望有的波長偏移最小，可以在適當(dāng)?shù)膹埩ψ饔孟?，將光纖布拉格光柵器件剛性固定在一個襯底材料上，該襯底材料具有合適的負熱膨脹系數(shù)。已經(jīng)使用充滿焦磷酸鹽玻璃陶瓷的軟化溫度較低的磷酸鹽玻璃粉，將光纖與負膨脹的β鋰霞石襯底固定。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，盡管這種玻璃粉可以起作用，但會在制作器件的工藝步驟期間因膨脹差而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力在各部件中累積，這是不希望有的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)器件，它能基本上解決因相關(guān)技術(shù)的限制和缺點所引起的一個或多個問題。本發(fā)明提供了一種改進的非熱的光波導(dǎo)光柵器件。
在一個方面，本發(fā)明的改進減小了因制造和后續(xù)使用期間各部件中不同的膨脹所引起的應(yīng)力累積。
在以下描述中敘述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點將部分通過描述顯現(xiàn)出來，或者通過實施本發(fā)明而學(xué)到。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可以用說明書和權(quán)利要求書以及附圖特別指出的設(shè)備、工藝和成份來實現(xiàn)和獲得。
如實施和一般描述的，為了獲得這些和其它優(yōu)點，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明包括一光波導(dǎo)器件，該器件包括受張力作用的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件。光柵構(gòu)件與支撐件固定，使得當(dāng)器件溫度升高時，支撐件減小光柵構(gòu)件所受的張力。用一種定位玻璃將光柵構(gòu)件與支撐件固定，其中在0℃-300℃的溫度范圍內(nèi)，定位玻璃的線性熱膨脹系數(shù)在1×10-7/℃-10×10-7/℃范圍內(nèi)。
在另一方面，本發(fā)明包括一種非熱化的光波導(dǎo)器件，該器件包括一光波導(dǎo)反射型布拉格光柵構(gòu)件和一負熱膨脹支撐件，其中光柵構(gòu)件通過銅鋁硅酸鹽玻璃與支撐件固定。
在另一方面，本發(fā)明包括一光波導(dǎo)器件，該器件包括負熱膨脹的、縱向體襯底，襯底具有第一端和遠離第一端的第二遠端(離開一段距離)，并且將第一固體插件接受孔限定在第一端附近，而將第二固體插件接受孔限定在第二端附近。器件還包括容納在第一固體插件接受孔內(nèi)的第一固體插件以及容納在第二固體插件接受孔內(nèi)的第二固體插件；以及縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，所述光柵構(gòu)件受張力作用，并且與第一固體插件和第二固體插件固定，當(dāng)器件溫度升高時，負熱膨脹襯底減小光柵構(gòu)件所受的張力。
在另一方面，本發(fā)明包括一種制造光波導(dǎo)器件的方法，該方法包括以下步驟提供光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，提供負熱膨脹支撐件，拉緊光柵構(gòu)件，以及用銅鋁硅酸鹽玻璃將光柵構(gòu)件與負熱膨脹支撐件固定。
本發(fā)明的另一方面包括一種光波導(dǎo)器件的制造方法，該方法包括以下步驟提供光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；提供負熱膨脹襯底；在負熱膨脹襯底上形成第一和第二插件接受孔；將第一固體插件插入第一插件接受孔內(nèi)，而將第二固體插件插入第二插件接受孔內(nèi)。該方法還包括以下步驟拉緊光柵構(gòu)件，并且將光柵構(gòu)件與第一固體插入插件和第二固體插入插件固定，其中當(dāng)器件溫度升高時，負熱膨脹襯底減小光柵構(gòu)件的張力。
本發(fā)明的另一方面包括一種光波導(dǎo)器件，該器件包括受張力作用的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，光柵構(gòu)件通過銅鋁硅酸鹽玻璃與負熱膨脹襯底粘結(jié)。
應(yīng)該懂得，上述一般描述以及以下詳細描述都只是例舉性和說明性的，它們試圖進一步說明所要保護的發(fā)明。
附圖被包括用于進一步理解本發(fā)明，它們包含在說明書中，作為說明書的一部分。附圖例示了本發(fā)明的實施例，它們與文字部分一起用于說明本發(fā)明的原理。
附圖概述

圖1是一側(cè)視圖，示出了實施本發(fā)明的器件。
圖2是圖1所示器件的頂視圖。
圖3是圖1所示器件的底視圖。
圖4是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖5是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖6是實施本發(fā)明的器件的透視圖。
圖7是圖6所示器件的底視圖。
圖8是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖9是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖10是圖9所示器件的底視圖。
圖11是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖12是圖11所示器件的底視圖。
圖13是實施本發(fā)明的器件的側(cè)視圖。
圖14是圖13所示器件的頂視圖。
圖15是圖13所示器件的底視圖。
圖16是圖13所示器件的底視圖。
詳細描述光波導(dǎo)器件包括一個光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，該光柵構(gòu)件受張力作用，并且與一支撐件固定。當(dāng)光柵構(gòu)件的溫度升高時，本發(fā)明的器件可以減小張力。在本發(fā)明的實施例中，光柵構(gòu)件通過定位玻璃件與支撐件固定，而定位玻璃件的線性熱膨脹系數(shù)在1×10-7/℃至10×10-7/℃的范圍內(nèi)(溫度在0℃-300℃范圍內(nèi))。
現(xiàn)在詳細描述本發(fā)明的較佳實施例，附圖對此作了例示。
圖1-3例示了依照本發(fā)明一實施例的光波導(dǎo)器件20。
參照圖1，這里實施的光波導(dǎo)器件20包括光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22。光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22宜為光纖24，光纖中折射率的變化在該光纖上形成光柵26。光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22最好是反射型光纖布拉格光柵。
光波導(dǎo)器件20還包括支撐件28和定位玻璃件30，使得光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22在最大使用溫度下至少能夠承受100psi的張力，并且光柵構(gòu)件22與支撐件28固定，當(dāng)器件20的溫度升高時，支撐件28可以減小光柵構(gòu)件22所受的張力。光柵構(gòu)件22通過定位玻璃件30與支撐件28固定，而定位玻璃件30在0℃-300℃的溫度范圍內(nèi)的線性熱膨脹系數(shù)在1×10-7/℃至10×10-7/℃的范圍內(nèi)。第一和第二定位玻璃件30最好由具有這種線性熱膨脹特性的銅硅酸鋁玻璃構(gòu)成。銅硅酸鋁玻璃最好包括必要的Cu2O、Al2O和SiO2。定位玻璃30的線性熱膨脹系數(shù)宜從2×10-7/℃至9×10-7/℃(溫度為0℃-300℃)，較好的是從3×10-7/℃至8×10-7/℃(溫度為0℃-300℃)。更進一步較好的是從4×10-7/℃至8×10-7/℃，更好的是從5×10-7/℃至7×10-7/℃(0℃-300℃)。定位玻璃30最好是玻璃質(zhì)的。如此選擇定位玻璃，使得定位玻璃的膨脹特性在低于設(shè)定溫度的情況下非常接近于光波導(dǎo)器件的膨脹特性，以便使熱應(yīng)力積累最小。最好，應(yīng)力小于3kpsi。
同時提交的美國臨時專利申請60/107,379揭示了一種可用于本發(fā)明的較佳的銅鋁硅酸鹽。該申請的名稱為“熔融密封制品及方法”，發(fā)明人為D.M.Young，其內(nèi)容通過引用包括在此。
支撐件28具有一個負的、實際或有效的熱膨脹系數(shù)，用以當(dāng)溫度升高時減小張力，并當(dāng)溫度下降時增大張力。如圖4所示，當(dāng)支撐件28由兩種或多種具有正熱膨脹的材料構(gòu)成，并且這些材料經(jīng)安排連接在一起，使得正熱膨脹的差提供一負的有效熱膨脹時，支撐件28具有負的有效熱膨脹系數(shù)。圖4中的支撐件28是一負膨脹的雙金屬帶32，其中不脹鋼金屬帶34固定在不銹鋼金屬帶36的上面，從而提供一負的有效熱膨脹。
支撐件28最好由一種具有負熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。鋯鎢酸鹽陶瓷體是一例這樣的材料。另一種熱膨脹系數(shù)在-30到-90×10-7/℃的材料是含Li2O、Al2O3和SiO2成份的微裂β鋰霞石玻璃陶瓷。支撐件28宜由一種負熱膨脹材料體38構(gòu)成，而負熱膨脹材料體38最好是熱膨脹系數(shù)在-60到-85×10-7/℃范圍內(nèi)、且最好在-65至-80×10-7/℃范圍內(nèi)的微裂β鋰霞石玻璃陶瓷。
參照圖1-3，支撐件28包括第一固體插件40、第二固體插件42和中央負熱膨脹構(gòu)件44，其中中央負熱膨脹構(gòu)件44限定了第一插件接受孔46和第二插件接受孔48。第一固體插件40被容納和包含在第一插件接受孔46內(nèi)，而第二固體插件42被容納和包含在第二插件接受孔48內(nèi)。第一和第二固體插件40和42最好是線性熱膨脹系數(shù)范圍為1×10-7/℃到10×10-7/℃(0℃-300℃)的固體。插件40和42最好由玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成。插件40和42可由銅鋁硅酸鹽玻璃或諸如熔融石英的石英玻璃構(gòu)成。
最好，用定位玻璃30將光柵構(gòu)件22與第一和第二固體插件40和42固定。第一和第二插件40和42基本上包含在中央負熱膨脹構(gòu)件44內(nèi)，并且第一插件接受孔46包括一個用于容納定位玻璃30的定位玻璃孔50，第二插件接受孔48包括一個用于容納定位玻璃30的定位玻璃孔52。最好，用不與中央負熱膨脹構(gòu)件44接觸的定位玻璃30將光柵構(gòu)件20與第一和第二插件40和42固定。
參照圖5，定位玻璃件30包括定位錨定件54。錨定件54位于光柵構(gòu)件22上且被約束在粘結(jié)體56內(nèi)，而粘結(jié)體56與支撐件28固定和粘合。粘結(jié)體56可以由諸如焊料或環(huán)氧樹脂等粘性物質(zhì)形成，并且最好是由低熔點玻璃粉形成的熔融密封物，其中低熔點玻璃粉具有負的CTE球磨機添加物料。將Cu2O-Al2O3-SiO2玻璃件30熔化在光纖24的周圍，并且允許玻璃30冷卻成容易束縛在后來形成的粘結(jié)體56內(nèi)的固體錨定件形狀，從而在光柵構(gòu)件22上形成定位錨定件54。中間定位錨定件54提供了一個用定位玻璃30將光柵構(gòu)件22與支撐件28固定的手段，定位玻璃30不與支撐件28直接接觸。
本發(fā)明還包括一非熱化的光波導(dǎo)器件20，該器件包括帶反射型布拉格光柵26的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22以及負熱膨脹的支撐件28，而光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22通過銅鋁硅酸鹽玻璃30與支撐件28固定。最好，銅鋁硅酸鹽玻璃基本上包含Cu2O、Al2O3和SiO2。最好，光柵構(gòu)件22與銅鋁硅酸鹽玻璃30之間形成的最大應(yīng)力小于3Kpsi。銅鋁硅酸鹽玻璃的配料成份基本上宜包含48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，并且最好包含50-65％wt.SiO2、12-16％wt.Al2O3、24-34％wt.CuO。同樣，最好能夠?qū)⒅渭?8與粘結(jié)體56之間的膨脹不匹配性降至最低。
如圖1-3、6-7、9-12所示，本發(fā)明的光波導(dǎo)器件20包括負熱膨脹的縱向體襯底38，它具有第一端58和第二遠端60，并且第一固體插件接受孔46限定在第一端58的附近，而將第二固體插件接受孔48限定在第二端60的附近。第一固體插件40容納在第一固體插件接受孔46內(nèi)，第二固體插件42容納在第二固體插件接受孔48內(nèi)。固體插件由低膨脹的材料制成，固體插件材料的膨脹系數(shù)最好是1×10-7-10×10-7/℃范圍內(nèi)(0℃-300℃)?？v向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22受張力作用，并與第一固體插件40和第二固體插件42固定。當(dāng)光波導(dǎo)器件20的溫度升高時，負熱膨脹的襯底38減小光柵構(gòu)件22的張力。
如圖1-3所示，在一個實施例中，第一和第二固體插件40和42包含諸如熔融石英等石英玻璃或銅鋁硅酸鹽玻璃。第一和第二固體插件40和42是固體圓柱體的形式，其大小使得它可以插入固體插件接受孔并包含在其中。最好用一種線性熱膨脹系數(shù)在1×10-7-10×10-7/℃范圍內(nèi)(0℃-300℃)的定位玻璃將光柵構(gòu)件22與第一和第二固體插件40和42固定，定位玻璃最好由銅鋁硅酸鹽玻璃構(gòu)成。
縱向體襯底38包括第一上表面62，該表面限定了第一縱向通道64，縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22與第一縱向通道64對準(zhǔn)并最好容納在通道64內(nèi)。
參照圖1-3，第一端58包括第一端面68，第二端60包括第二端面70。第一端面68限定了第一固體插件接受孔46，第一固體插件接受孔46包括一個大體上為圓柱形的、內(nèi)直徑為D的孔。第一固體插件40包括一固體圓柱體，其外直徑大體上等于D，致使第一固體圓柱體插件可以容納在大體上為圓柱形的固體插件接受孔內(nèi)。
參照圖6，第一上表面62進一步限定了第一固體插件接受孔46，使得第一固體插件接受孔46包括第一固體插件接受通道，而該接受通道位于第一端58內(nèi)并基本上垂直于第一縱向通道64。第一上表面62限定了第二固體插件接受孔48，該接受孔包括第二固體插件接受通道，第二接受通道位于第二端60內(nèi)并基本上垂直于第一縱向通道64。第一和第二固體插件46和48宜包含熱膨脹系數(shù)在0-10×10-7/℃范圍內(nèi)(0℃-300℃)的玻璃、陶瓷或者玻璃陶瓷，并且最好包含摻鈦的石英玻璃，諸如ULE牌玻璃，該玻璃可以向New York州，Corning鎮(zhèn)的Corning股份有限公司購買。另一種較佳的玻璃陶瓷是β-石英固溶體鋁硅酸鹽玻璃陶瓷，諸如含ZrTiO4的LiO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷。VisionTM牌炊具是其中一例，可以向NewYork州，Corning鎮(zhèn)的Corning股份有限公司購買。最好，第一和第二固體插件40和42以及第一和第二插件接受孔46和48具有一錐狀的梯形截面，并且插件可以從一側(cè)滑入接受孔。
如圖7所示，第一和第二固體插件40和42可以包括槽72，波導(dǎo)光柵構(gòu)件22與固體插件40固定，并容納在槽72中，最好，第一和第二固體插件40和42都包括槽72，槽72與縱向通道64對準(zhǔn)。最好，槽72的尺寸與光柵構(gòu)件22的直徑相關(guān)，以便可以用薄膜粘結(jié)劑將光柵構(gòu)件22與固體插件40固定，其中薄膜粘結(jié)劑可以包含膠結(jié)劑、熔接密封物、環(huán)氧樹脂或定位玻璃30。
參照圖9-12，如參照圖6-7對固體插件所描述的，第一和第二固體插件40和42最好包含玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷。在圖9-16中，縱向通道64包括一中心通道，負熱膨脹的縱向體襯底38從中心通道中通過，致使襯底38呈一管狀結(jié)構(gòu)。在圖9-10、13-16中，通過切割槽提供縱向中心通道64。在圖11-12中，通過在襯底38中開孔提供縱向中心通道64。槽式中心通道64的優(yōu)點在于，不需要穿光纖。同樣，在圖9-16，光纖接受槽72包括一個通過固體插件的中心通道。
在圖9-10中，固體插件接受孔46和48具有一多邊形截面，用于接納固體梯形插件40和42。固體梯形插件40和42的形狀最好是錐形的。錐形的多邊形基底及幾何形狀有利地提供了梯形對準(zhǔn)和固定。在圖9-10中，如圖7中所使用的，沿中心通道槽72的長度方向，用薄膜粘結(jié)劑將光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22與固體梯形插件固定。粘結(jié)劑最好是沿光纖和中心通道流動/芯吸的毛細粘結(jié)劑。在圖9-10中，插件42的中心通道72是一個槽式的中心通道，而插件40的中心通道72是一個孔狀的中心通道。
在圖11-12中，固體插件40是具有中心通道的固體圓柱體，而固體插件42是具有中心通道的固體球。如針對圖9-10所描述的，在圖11-12中，光柵構(gòu)件22可以與固體插件粘結(jié)，但最好用固體定位錨定件154固定至少一個固體插件。如圖11-12所示，第一固體插件40包括中心通道槽72以及與光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22粘結(jié)的第一固體定位錨定件154。固體定位錨定件154鄰接插件40并且大于中心通道72的直徑，因此受張力作用的光柵構(gòu)件22與第一固體插件40機械固定。同樣，用固體定位錨定件154將第二固體插件42與光柵構(gòu)件22固定。固體定位錨定件154可以包括一個具有中心孔的珠子，珠子與光柵構(gòu)件22粘結(jié)。固體定位錨定件154還可以包含一種固化的粘結(jié)劑。用類似圖5中形成定位錨定件54的固化粘結(jié)劑可以在光柵構(gòu)件22上形成這種固化粘結(jié)劑。由于光柵構(gòu)件22受張力作用，所以固體定位錨定件154與固體插件機械固定。光柵構(gòu)件22與固體插件的這種機械固定允許對裝配器件進行強度和可靠性試驗，在試驗中對光柵構(gòu)件22施加附加張力。在一較佳實施例中，光柵構(gòu)件22與一個固體插件粘結(jié)，并且在另一個固體插件處與固體定位錨定件154機械固定。使用固體定位錨定件154允許拉光柵構(gòu)件22，致使錨定件154移離其固體插件。通過對光柵構(gòu)件22施加附加張力(張力超過正常使用器件時所受的張力)，為測試完全裝配好的器件20的強度和可靠性提供了一種無損傷的方法。
本發(fā)明還包括一光波導(dǎo)器件，該器件包括單體的負熱膨脹縱向體襯底，襯底具有第一端、第二遠端、和中心通道；帶中心通道的第一固體構(gòu)件；帶中心通道的第二固體構(gòu)件。所述第一固體構(gòu)件與第一端相鄰，所述第二固體構(gòu)件與第二端相鄰。一縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件被容納在所述襯底中心通道、所述第一固體構(gòu)件中心通道和所述第二固體構(gòu)件中心通道內(nèi)。所述縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件受張力作用并且與第一固體構(gòu)件和第二固體構(gòu)件固定。因此，當(dāng)器件溫度升高時，負熱膨脹的襯底可以減小所述張力。如圖13-16中器件所示，襯底38包括第一端58、第二端60和中心通道64。第一固體構(gòu)件40與襯底38的第一端58相鄰并鄰接。第二固體構(gòu)件42與第二端60相鄰并鄰接。球形第一固體構(gòu)件40包括一個容納光纖用的中心通道72。平面型第二固體構(gòu)件42包括一個容納光纖用的中心通道72。縱向光纖布拉格光柵構(gòu)件22被收納在中心通道64以及固體構(gòu)件40和42之中心通道72中。光柵構(gòu)件22受張力作用并與固體構(gòu)件40和42固定。用固體定位錨定件154使光柵構(gòu)件22與第一固體構(gòu)件40機械固定。用諸如銅鋁硅酸鹽玻璃等粘結(jié)劑，最好是薄膜粘結(jié)劑，在中心通道72內(nèi)將光柵構(gòu)件22與第二固體構(gòu)件42粘結(jié)。固體構(gòu)件40和42壓縮襯底38的兩端，并且在最終裝配/固定之前，在第一端58和第二端60對器件20進行復(fù)核試驗。在試驗之后，將粘結(jié)劑施加在固體構(gòu)件42和襯底38之間的界面202以及固體構(gòu)件40和襯底38之間的界面201上。界面201和202上的粘結(jié)劑(例如，環(huán)氧樹脂)保護器件，并且將固體構(gòu)件40和42粘結(jié)到襯底38上。本發(fā)明包括一種制造光波導(dǎo)器件20的方法，該方法包括以下步驟提供光柵構(gòu)件22；提供具有第一端58和第二端60的縱向負熱膨脹襯底38；在襯底38中形成中心通道64；用具有中心通道72的第一固體構(gòu)件40使第一固體構(gòu)件40與第一端58鄰接，用具有中心通道72的第二固體構(gòu)件42使第二固體構(gòu)件42與第二端60鄰接；拉緊光柵構(gòu)件22；使光柵構(gòu)件22與第一固體構(gòu)件40機械固定；使光柵構(gòu)件22與第二固體構(gòu)件42粘合。
本發(fā)明還包括用于制造光波導(dǎo)器件20的方法。本發(fā)明包括一種制造光波導(dǎo)器件20的方法，該方法包括以下步驟提供光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22；提供負熱膨脹支撐件28；拉緊光柵構(gòu)件22；以及用銅鋁硅酸鹽玻璃將光柵構(gòu)件22與負熱膨脹支撐件28固定。將光柵構(gòu)件與支撐件固定的方法可以包括用銅鋁硅酸鹽玻璃形成中間錨定件，然后將銅鋁硅酸鹽玻璃包含在與支撐件固定的粘合體中。將光柵構(gòu)件與支撐件固定的方法可以包括用固體定位錨定件作機械固定。
另外，本發(fā)明包括一種光波導(dǎo)器件，該器件包括受張力作用的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件。所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件通過銅鋁硅酸鹽玻璃與負熱膨脹襯底粘結(jié)。Cu2O-Al2O3-SiO2定位玻璃件與負熱膨脹的β鋰霞石支撐件直接固定。定位玻璃件與負熱膨脹支撐件的這種直接粘結(jié)可以用來代替將定位玻璃件與中間插件粘結(jié)。銅鋁硅酸鹽玻璃的高強度特性特別有利于光纖光柵與諸如β鋰霞石玻璃陶瓷等負熱膨脹襯底直接粘結(jié)。如圖8所示，用銅鋁硅酸鹽玻璃30將光纖24與β鋰霞石玻璃陶瓷的負熱膨脹襯底38直接粘結(jié)。
本發(fā)明還包括一種制造光波導(dǎo)器件20的方法，該方法包括以下步驟提供光波導(dǎo)光柵構(gòu)件22，提供負熱膨脹襯底38，在負熱膨脹襯底中形成第一和第二插件接受孔。該方法還包括將第一固體插件插入第一插件接受孔內(nèi)以及將第二固體插件插入第二插件接受孔內(nèi)；拉緊光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；以及將光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與第一固體插入插件和第二固體插入插件固定。當(dāng)光波導(dǎo)器件溫度升高時，負熱膨脹襯底會減小光波導(dǎo)光柵構(gòu)件的張力。形成第一插件接受孔的步驟最好包括在襯底的第一端鉆第一孔。形成第二插件接受孔的步驟包括在襯底的第二端鉆第二孔。插入第一固體插件的步驟包括將石英圓柱體插入第一孔。將光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與第一固體插入插件固定的步驟還包括用銅鋁硅酸鹽玻璃將光柵構(gòu)件與第一固體插入插件固定。將光柵構(gòu)件與固體插入插件固定的步驟還包括用固體定位錨定件將光柵構(gòu)件與插件機械固定。
以下述方式提供定位玻璃30首先在與光纖24接觸時，熔化玻璃質(zhì)的Cu2O-Al2O3-SiO3密封玻璃；然后允許熔化的玻璃冷卻，形成定位玻璃件30。用銅鋁硅酸鹽定位玻璃30將光纖與熔融石英襯底固定。用諸如CO2激光器或聚焦的高強度燈泡等熱源進行熔化，以糊狀(frit paste)形式提供銅鋁硅酸鹽定位玻璃前體。在一個實施例中，所用的銅鋁硅酸鹽定位玻璃從Ohio州，Toledo市的SEM-COM公司獲得，其玻璃代碼為SCY-2(銅玻璃RZ-2)，熱膨脹系數(shù)大約為4.8×10-7/℃。
如下面表1和2中所揭示的，較佳的銅鋁硅酸鹽玻璃的配料成份范圍為48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，0-4％wt.B2O3，并且最好的成份范圍為50-65％wt.SiO2、12-16％wt.Al2O3、24-34％wt.CuO；并且熱膨脹系數(shù)的范圍大約為6.8-8.7×10-7/℃。諸如51.4％wt.SiO2、14.5％wt.Al2O3、34％wt.CuO(玻璃試樣#A7)以及60％wt.SiO2、12％wt.Al2O3、28％wt.CuO(玻璃試樣#B3)的配料成份特別有利。
表1玻璃試樣#

熱膨脹(×10-7/℃)表1的試樣成份是Ball Mill配料。在1550℃溫度下，將該物料放在鉑坩堝中混合并熔化6小時，然后將其制成正方形厚片，在750℃下退火。
表2玻璃試樣#

熱膨脹(×10-7/℃)表2的試樣成份是Ball Mill配料。在1550℃溫度下，將該物料放在鉑坩堝中混合并熔化6小時，然后將其制成小餅，不退火。
如表1所示，配料中存在MgO可以增大玻璃的熱膨脹特性。玻璃試樣A7示出了由SiO2、Al2O3和CuO形成的三組份玻璃的熱膨脹特性優(yōu)點。玻璃試樣A8證明了加入少量B2O3(大約2％wt.)會使熱膨脹特性只有適量的增加。增加少量B2O3(0-3％wt.)可以為所得到的玻璃提供諸如較低密封溫度等有利的加工特性，但不會明顯增加熱膨脹。利用玻璃粉處理步驟、設(shè)備和供給，可以將具有表1和表2中有利的熱膨脹特性的成品玻璃成份制成玻璃粉。
通過熔化CU2O-Al2O3-SiO2玻璃粉來制備定位玻璃。用定位玻璃使受張力作用的光纖與熔融石英襯底固定。在63倍放大鏡下觀察定位玻璃，并且在石英襯底、光纖或者定位玻璃件中觀察不到裂縫。光纖與定位玻璃之間的應(yīng)力經(jīng)計算小于3Kpsi。
用銅鋁硅酸鹽定位玻璃將受張力作用的光纖與由β鋰霞石玻璃陶瓷制成的負膨脹襯底固定。對β鋰霞石玻璃陶瓷襯底的兩端進行空心鉆，并且將一些石英莖切段插入空心鉆得到的孔中，以允許將光纖與石英莖切段粘結(jié)。銅鋁硅酸鹽定位玻璃將受適當(dāng)張力作用的光纖與石英莖切段固定，并且負膨脹的β鋰霞石材料控制光纖中布拉格光柵隨溫度變化的光學(xué)特性。石英莖切段以機械方式連鎖在襯底孔中，其中尺寸相應(yīng)接近，并且光纖受到張力，阻止石英莖移動。
對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，不脫離本發(fā)明的精神或范圍，對本發(fā)明光波導(dǎo)器件及其制造方法進行各種改變和變化將是顯而易見的。因此，本發(fā)明試圖覆蓋各種變化和改變，只要它們落在后附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述光波導(dǎo)器件包括受張力作用的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與一支撐件固定，當(dāng)所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件和所述支撐構(gòu)件的溫度升高時，所述支撐件減小所述張力，所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件通過線性熱膨脹系數(shù)在大約1×10-7/℃至10×10-7/℃范圍內(nèi)(0℃-300℃)的定位玻璃件與所述支撐件固定。
2.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述定位玻璃包括銅鋁硅酸鹽玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述定位玻璃包含48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，和0-4％wt.B2O3。
4.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述定位玻璃的線性熱膨脹系數(shù)在2×10-7/℃至9×10-7/℃(0℃-300℃)的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與所述定位玻璃之間的應(yīng)力小于3Kpsi。
6.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述支撐構(gòu)件具有負的熱膨脹系數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述支撐件包括第一插件和第二插件，以及限定了第一插件接受孔和第二插件接受孔的負熱膨脹中央構(gòu)件，其中所述第一插件被容納和包含在所述第一插件接受孔內(nèi)，所述第二插件被容納和包含在所述第二插件接受孔內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件通過所述定位玻璃與所述第一和第二插件固定。
9.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述定位玻璃包括一中間定位錨定件，該定位錨定件被約束在一粘結(jié)體內(nèi)，所述粘結(jié)體與所述支撐件固定和粘合。
10.一種制造光波導(dǎo)器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟提供一光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；提供一負熱膨脹的支撐件；拉緊所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；用銅鋁硅酸鹽玻璃將所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與所述負熱膨脹支撐件固定。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，固定步驟包括用所述銅鋁硅酸鹽玻璃形成一中間的錨定件。
12.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述器件包括單體的負熱膨脹的縱向體襯底，它具有第一端和第二遠端，并且將第一固體插件接受孔限定在所述第一端的附近，而將第二固體插件接受孔限定在所述第二端附近；第一固體插件，它被容納在所述第一固體插件接受孔內(nèi)；第二固體插件，它容納在所述第二固體插件接受孔內(nèi)；縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，它受張力作用并且與所述第一固體插件和所述第二固體插件固定，其中當(dāng)所述光波導(dǎo)器件的溫度升高時，所述負熱膨脹襯底減小所述張力。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，形成第一插件接受孔的步驟包括在所述襯底的第一端鉆第一孔，而形成第二插件接受孔的步驟包括在所述襯底的第二端鉆第二孔，并且插入第一固體插件的步驟包括將石英圓柱體插入所述第一孔中，并且將所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與所述第一固體插入插件固定的步驟包括用銅鋁硅酸鹽玻璃將所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與所述第一固體插入插件固定。
14.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述器件包括受張力作用的光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件通過銅鋁硅酸鹽玻璃與負熱膨脹襯底粘結(jié)。
15.如權(quán)利要求14所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述負熱膨脹襯底包括β鋰霞石玻璃陶瓷。
16.如權(quán)利要求14所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述負熱膨脹襯底包括鋯鎢陶瓷。
17.如權(quán)利要求14所述的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述銅鋁硅酸鹽玻璃包括48-67％wt.SiO2、10-19％wt.Al2O3、20-38％wt.CuO，0-4％wt.B2O3。
18.一種光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述器件包括單體的負熱膨脹的縱向體襯底，它具有第一端和第二遠端，并且限定一中心通道；第一固體構(gòu)件，它與第一端相鄰并且限定一中心通道；第二固體構(gòu)件，它與第二端相鄰并且限定一中心通道；縱向光波導(dǎo)光柵構(gòu)件，它被容納在所述襯底中心通道、所述第一固體構(gòu)件中心通道和所述第二固體構(gòu)件中心通道中，所述光柵構(gòu)件受張力作用并與所述第一固體構(gòu)件和第二固體構(gòu)件固定，其中當(dāng)所述光波導(dǎo)器件的溫度升高時，所述負熱膨脹襯底減小所述張力。
19.一種制造光波導(dǎo)器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟提供光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；提供縱向負熱膨脹襯底，該襯底具有第一端和第二端；在所述負熱膨脹襯底中形成一中心通道；將第一固體構(gòu)件與所述第一端相鄰鄰接，而將第二固體構(gòu)件與所述第二端相鄰鄰接，所述第一固體構(gòu)件具有一中心通道，所述第二固體構(gòu)件具有一中心通道；拉緊所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件；使所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件與所述第一固體構(gòu)件機械固定；將所述光柵構(gòu)件與所述第二固體構(gòu)件粘結(jié)，其中當(dāng)所述光波導(dǎo)器件的溫度升高時，所述負熱膨脹襯底減小所述光波導(dǎo)光柵構(gòu)件的張力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非熱的光波導(dǎo)光柵器件(20)。光波導(dǎo)光柵器件(20)包括與支撐襯底構(gòu)件(28)固定和粘結(jié)的光纖布拉格光柵構(gòu)件(22),其中所述支撐件具有諸如銅鋁硅酸鹽玻璃的低熱膨脹定位玻璃(30)。本發(fā)明的器件及其制造方法包括在光纖(24)和負熱膨脹襯底(38)之間使用中間的固體插件(40,42)。
文檔編號C03C8/24GK1335941SQ99812980
公開日2002年2月13日 申請日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
發(fā)明者D·C·布克班德, J·P·卡伯里, P·S·丹尼爾森, S·E·德馬提諾, H·E·哈吉, B·M·韋丁 申請人:康寧股份有限公司