專利名稱：光波導(dǎo)及其制造方法
相關(guān)申請本申請要求于2000年11月14日提交的美國臨時申請第60/249,034號的優(yōu)先權(quán)。
因為相干檢測系統(tǒng)例如零差和外差的需要(J.M.Senior，OpticsFiber Communications，N.Y.，1992，908p)，偏振的維持(或模的選擇)是光傳輸裝置中的一個重要特征。
在另一些情形下，在非均勻平面波導(dǎo)或光纖內(nèi)，光學(xué)參數(shù)的結(jié)合限制了某些模的存在或能量占有率，并且造成了波導(dǎo)或光纖的有用性質(zhì)。工業(yè)上在制造在光纖芯中具有雙折射特定結(jié)構(gòu)的可選擇性光纖方面投入了大量的費用。這些光纖被命名為偏振保持光纖(Ivan.P.Kaminow，“Polarization In Opitcal Fibers”，IEEE Journal ofQuantum Electronics，Vol，QE-17，No.1，January 1981，15-221)。該光纖保持了特定的傳輸模或模的結(jié)合，該模具有在波導(dǎo)或光纖內(nèi)電磁場特定空間和場矢量的分布。在本申請中將使用在描述光傳輸模結(jié)構(gòu)的論文和專利中公認(rèn)的術(shù)語(J.D.Dai，C.K.Jen，Analysis ofcladded uniaxial single-crystal fibers.J.Optical Soc.Am.A.2022-2026；A.Tonning，Circularly symmetrical optical waveguidewith strong anisotropy.IEEE Trans.Microwave Theory Technol.MTT-30，790-794，1982 John A.Buck，“Fundamentals of OpticalFibers”，John Wiley & Sons，New York，p.259)，從我們的視點來看，使用這些術(shù)語描述本發(fā)明最合適的。另兩篇和本發(fā)明緊密相關(guān)的公開是Sorin等人的美國專利第4,721,352號以及R.A.Bergh，H.C.Lefevre，H.J.Shaw，“Single-mode fiber-optic polarizer”，Optics Letters，1880，vol.5，No.11，479-481。
本發(fā)明中對光傳輸器件或波導(dǎo)的定義非常廣泛。它包括所有在一個偏振光源和一個如外差或零差的檢測器之間傳輸光的器件或波導(dǎo)。偏振光源被理解為一個激光器或帶有偏振控制器的非偏振光源。非偏振光源可以是任何的發(fā)光源，例如發(fā)光二極管、燈、日光或陽光。
在通常的光學(xué)系統(tǒng)中，通過在該系統(tǒng)采用如偏振保持光纖不對稱芯的雙折射元件來保持偏振。但是，它產(chǎn)生了另一個問題，即信號的偏振色散。本發(fā)明提供了在光學(xué)系統(tǒng)中沒有偏振色散固有問題的偏振保持。本發(fā)明抑制了光波導(dǎo)中一個模(TE或TM)的傳輸，并且提供了用于傳輸一種偏振態(tài)的偏振信號同時消除另一種偏振態(tài)的光的部件。這些部件可被用作偏振控制器，偏光鏡和偏振保持傳輸波導(dǎo)，如平面扁平波導(dǎo)和光纖。
從文獻(xiàn)(R.A.Bergh等人，“Single-mode filber optic polarizers”，Optics Letters，vol.5，No.11，1980，pp.479-481)中可知，晶體材料可以在如光纖的波導(dǎo)中產(chǎn)生特定的偏振特性。類似的特性可由芯和包層的不對稱提供，該芯和包層的不對稱可通過光纖自身如被光子晶體和“偏振保持光纖”(A.Ferrando等人，“Vector description ofhigher-order modes In photonic crystral fibers”，J.Opt.Soc.Am.A/Vol.17，No.7，July 2000，1333-1340)所示的設(shè)計產(chǎn)生。同時也可知(P.Yeh和C.Gu，“Optics of Liquid Crystal Displays”，N.Y.，1999，427)某些晶體具有偏振性能并且能保持光的偏振。
本發(fā)明提供了一種光波導(dǎo)，其中通過該波導(dǎo)傳輸?shù)墓獾钠癖槐３只虮黄窕Ｔ摴獠▽?dǎo)可以是平面的或圓柱的。該波導(dǎo)包括一個芯、一個包層和一層雙軸或單軸晶體材料膜或涂層，該晶體材料沿不同的方向具有不同的折射率。按照使該膜沿不同的軸具有不同的光學(xué)性質(zhì)的方式沉積該材料。在一個實施例中，該膜材料是由一種經(jīng)過改良的扁平分子有機組合物構(gòu)成，該扁平分子具有在水中形成的并基于疏水性-親水性相互作用的液晶相結(jié)構(gòu)。該溶致液晶材料可在剪力的作用下被涂覆在包層上作為一層分子定向薄膜。在美國專利第5,739,926號和第6,049,428號中描述了該類型的材料。其它的偏振模，如在美國專利第2,400,877號、第2,481,830號和第2,524,286號中描述的，也可用于本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明帶有一層涂層或膜的平面波導(dǎo)一部分的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明帶有一層膜的圓柱波導(dǎo)的橫剖面圖；圖3是示出帶有根據(jù)本發(fā)明涂層膜的階躍型光纖中一些模的本征值的圖表；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圓柱波導(dǎo)的透視圖；圖5是帶有另一種涂層膜結(jié)構(gòu)的光纖的透視圖；圖6是帶有分子在膜中被螺旋定向的光纖的透視圖；圖7是帶有繞光纖圓周分裂的膜的光纖的透視圖；圖8是向光纖涂晶體膜的一個機器的示意圖；圖9是圖8涂層單元的橫截面視圖；圖10是另一種適當(dāng)?shù)哪Ｍ繉訂卧氖疽鈭D；圖11是帶有被活性等離子刻蝕變細(xì)了的包層的光纖的透視圖；圖12是從光纖的一側(cè)被處理以使包層變細(xì)的光纖的透視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及新的偏振保持和偏振光波導(dǎo)，如扁平的平面波導(dǎo)或圓柱波導(dǎo)或光纖。同時也描述了一種制造模選擇型光波導(dǎo)的方法，例如平面多層波導(dǎo)或圓柱波導(dǎo)或光纖的制造方法。該波導(dǎo)的設(shè)計具有一個重要的特性其中的一層是由涂覆有沿不同方向折射率也不同的高各向異性晶體材料制成。利用沉積技術(shù)，可以控制最后一層內(nèi)晶體結(jié)晶軸的方向。結(jié)晶層的光學(xué)性能沿結(jié)晶軸各不相同，從而就可通過選擇材料和沉積的方向或圖案來影響光波導(dǎo)的性能。
圖1的平面波導(dǎo)是透射光的材料層。透射層11夾在包層12之間。一個或數(shù)個各向異性層13對光發(fā)生作用使得一種偏振模沿層11進(jìn)行傳輸而另一種偏振模被層13吸收或分離導(dǎo)出波導(dǎo)。例如，假定在單軸各向異性層的情形下。
光波點場矢量為Eexp[i(ωt-k·r)]磁場矢量為Hexp[i(ωt-k·r)]，其中E＝(E1，E2，E3)和H＝(H1，H2，H3)是一些常矢量；r＝(x，y，z)；k＝(k，0，β)-波導(dǎo)矢量。
假定兩個各向異性層13和具有界面x＝a的包層12之間的相互作用使得單軸介質(zhì)的層位于x＞a、包層12位于x＜a。其公共的表面在x＝a。波傳播的方向是z。
首先假定單軸介質(zhì)的非常方向是z軸。介電張量ε的第一坐標(biāo)系與(x，y，z)相符。對于單軸各向異性介質(zhì)，εx＝εy＝ε0n02，其中n0是層13的一般折射率，ne是層13的非常折射率。
如果((ω/c)2n02-β2)E1+kβE3＝0，((ω/c)2n02-k2-β2)E2＝0，kβE1+((ω/c)2ne2-k2)E3＝0.
就滿足了麥克斯韋方程。
該方程有兩個解。
第一個解是E＝(0，1，0)；k2＝((ω/c)2n02-β2).
第二個解是E＝α(β，0，-(1/k)((ω/c)2n02-β2))；α2＝1/((n0/ne)4k2+β2)，α＞0；k2＝(ne/n0)2((ω/c)2n02-β2).
很明顯，這兩個解是正交的矢量。因此，x＞a的任意層內(nèi)解的一般形式為Ex＝αβ(C1Exp[-ix(ne/n0)k-izβ+iωt]+C2Exp[ix(ne/n0)k-izβ+iωt])；Ey＝D1Exp[-ixk-izβ+iωt]+D2Exp[ixk-izβ+iωt]；Ez＝-α(n0/ne)k(C1Exp[-ix(ne/n0)k-izβ+iωt]-C2Exp[ix(ne/n0)k-izβ+iωt]).此處，C1，C2，D1，D2都是任意常數(shù)，并且a=1no2ne2(ω2c2no2-β2)+β2,k=ω2c2no2-β2.]]>此時磁場的矢量分量是Hx＝-(1/ωμ)β(D1Exp[-ixk-izβ+iωt)+D2Exp[ixk-izβ+iωt])；Hy＝(1/ωμ)(ω2n02/c2)α(C1Exp[-ix(ne/n0)k-izβ+iωt]+C2Exp[ix(ne/n0)k-izβ+iωt])；Hz＝(1/ωμ)k(D1Exp[-ixk-izβ+iωt]-D2Exp[ixk-izβ+iωt]).在各向同性介質(zhì)(層12)的情形下，任意層的解如下Ex＝αβ(N1Exp[-ixk-izβ+iωt]+N2Exp[ixk-izβ+iωt])；Ey＝M1Exp[-ixk-izβ+iωt]+M2Exp[ixk-izβ+iωt]；Ez＝-αk(N1Exp[-ixk-izβ+iωt]-N2Exp[ixk-izβ+iωt])；Hx＝-(1/ωμ)β(M1Exp[-ixk-izβ+iωt]+M2Exp[ixk-izβ+iωt])；Hy＝(1/ωμ)(ωn/c)(N1Exp[-ixk-izβ+iωt]+N2Exp[ixk-izβ+iωt])；Hz＝(1/ωμ)k(M1Exp[-ixk-izβ+iωt]-M2Exp[ixk-izβ+iωt])，其中α=cωn,k=ω2c2n2-β2]]>并且n是各向同性包層介質(zhì)(層12)的折射率。
在界面x＝a處包層介質(zhì)和單軸介質(zhì)之間連續(xù)的狀態(tài)致使Ey＝M1Exp[-iak1]+M2Exp[iak1]＝D1Exp[-iak2]+D2Exp[iak2];
Ez＝-α1k1(N1Exp[-iak1]-N2Exp[iak1])＝-α2(n0/ne)k2(C1Exp[-ia(ne/n0)k2]-C2Exp[ia(ne/n0)k2])；Hy＝(1/ωμ)(ωn/c)(N1Exp[-iak1]+N2Exp[iak1])＝(1/ωμ)(ω2n02/c2)α2(C1Exp[-ia(ne/n0)k2]+C2Exp[ia(ne/n0)k2])；Hz＝(1/ωμ)k1(M1Exp[-iak1]-M2Exp[iak1])＝(1/ωμ)k2(D1Exp[-iak2]-D2Exp[iak2])此處，k2和α2是單軸介質(zhì)的常數(shù)k和α；k1和α1是各向同性介質(zhì)的常數(shù)k和α。
應(yīng)當(dāng)注意，被稱作TE的模對應(yīng)于{M1，M2，N1＝0，N2＝0}，TM的模對應(yīng)于{M1＝0，M2＝0，N1，N2}。設(shè)法使各向同性介質(zhì)的TE模只與單軸介質(zhì)的TE模耦合，各向同性介質(zhì)的TM模只與單軸介質(zhì)的TM模耦合。對于理想的界面，這兩種模之間并不相互作用。
因此，對于TE模Ey＝M1Exp[-iak1]+M2Exp[iak1]＝D1Exp[-iak2]+D2Exp[iak2]；Hz＝k1(M1Exp[-iak1]-M2Exp[iak1])＝k2(D1Exp[-iak2]-D2Exp[iak2])
對于TM模Ez＝-α1k1(N1Exp[-iak1]-N2Exp[iak1])＝-α2(n0/ne)k2(C1Exp[-ia(ne/n0)k2]-C2Exp[ia(ne/n0)k2])；Hy＝(ωn/c)(N1Exp[-iak1]+N2Exp[iak1])＝(ω2n02/c2)α2(C1Exp[-ia(ne/n0)k2]+C2Exp[ia(ne/n0)k2])可以看出，盡管TM模依賴于非常折射率和一般折射率，但是TE模只依賴于一般折射率。
結(jié)論1如果假定單軸材料的涂覆方向是z軸，并且單軸材料對通常的方向x和y具有高吸收系數(shù)，那么TE模將會是一種消逝波，而且在各向同性介質(zhì)TE模中偶然出現(xiàn)的任何波都會因為與單軸材料的相互作用而衰減。TM模的消光系數(shù)依賴于β和比值ne/n0。
現(xiàn)在假定另一種設(shè)計，其中單軸介質(zhì)的非常方向是y軸。介電張量ε的第一坐標(biāo)系與(x，y，z)相符。對于單軸各向異性介質(zhì)，εx＝εz＝ε0n02，εy＝ε0ne2，如果((ω/c)2n02-β2)E1+kβE3＝0，((ω/c)2ne2-k2-β2)E2＝0，kβE1+((ω/c)2n02-k2)E3＝0.
就滿足了麥克斯韋方程。
該系統(tǒng)有兩個解。
第一個解是E＝(0，1，0)；ke2＝((ω/c)2ne2-β2).
第二個解是E＝α(β，0，-k0)；α＝c/ωm0；k02＝((ω/c)2n02-β2).
很明顯，這兩個解是正交的矢量。因此，x＞a的任意層內(nèi)解的一般形式是Ex＝αβ(C1Exp[-ixk0-izβ+iωt]+C2Exp[ixk0-izβ+iωt])；Ey＝D1Exp[-ixke-izβ+iωt]+D2Exp[ixke-izβ+iωt]；Ez＝-αk0(C1Exp[-ixk0-izβ+iωt]-C2Exp[ixk0-izβ+iωt]).
此處，C1，C2，D1，D2都是任意常數(shù)，并且k0=ω2c2n02-β2,ke=ω2c2ne2-β2]]>磁場的矢量分量是Hx＝-(1/ωμ)β(D1Exp[-ixke-izβ+iωt]+D2Exp[ixke-izβ+iωt])Hy＝(1/ωμ)(ωn0/c)(C1Exp[-ixk0-izβ+iωt]+C2Exp[ixk0-izβ+iωt])Hz＝(1/ωμ)ke(D1Exp[-ixke-izβ+iωt]-D2Exp[ixke-izβ+iωt])
在界面x＝a處各向同性介質(zhì)和單軸介質(zhì)之間連續(xù)的狀態(tài)致使Ey＝M1Exp[-iak]+M2Exp[iak]＝D1Exp[-iake]+D2Exp[iake]；Ez＝-α1k(N1Exp[-iak]-N2Exp[iak])＝-α2k0(C1Exp[-iak0]-C2Exp[iak0])；Hy＝(1/ωμ)(ωn/c)(N1Exp[-iak]+N2Exp[iak])＝(1/ωμ)(ωn0/c)(C1Exp[-iak0]+C2Exp[iak0])；Hz＝(1/ωμ)k(M1Exp[-iak]-M2Exp[iak])＝(1/ωμ)ke(D1Exp[-iake]-D2Exp[iake])此處，α2是單軸介質(zhì)的常數(shù)α；α1是各向異性介質(zhì)的α。
設(shè)法使各向同性介質(zhì)的TE模只與單軸介質(zhì)的TE模耦合，各向同性介質(zhì)的TM模只與單軸介質(zhì)的TM模耦合。對于理想的界面，這兩種模之間并不相互作用。
因此，對于TE模Ey＝M1Exp[-iak]+M2Exp[iak]＝D1Exp[-iake]+D2Exp[iake]；Hz＝k(M1Exp[-iak]-M2Exp[iak])＝ke(D1Exp[-iake]-D2Exp[iake])對于TM模Ez＝-α1k(N1Exp[-iak]-N2Exp[iak])＝-a2k0(C1Exp[-iak0]-C2Exp[iak0])；Hy＝(ωn/c)(N1Exp[-iak1]+N2Exp[iak1])＝(ωn0/c)(C1Exp[-iak0]+C2Exp[iak0])
可以看出，盡管TM模僅依賴于一般折射率，但是TE模卻只依賴于非常折射率。
結(jié)論2如果假定單軸材料的涂覆方向是y軸，并且該單軸材料對于通常的方向x和z具有高吸收系數(shù)，那么TE模將會穿過各向同性介質(zhì)(芯)而不會衰減，盡管TM模將會是一種消逝模。任何偶然出現(xiàn)在各向同性介質(zhì)TM模中的模將會因為與單軸材料的相互作用而衰減。
因此，從上面的結(jié)論1和2來看，通過正確的定向單軸介質(zhì)，就能在消除其它的模的同時使TM和TE偏振模透射。
在根據(jù)圖1的平面波導(dǎo)內(nèi)，涂層是由單軸材料組成并與包層相互作用。相互作用率和因此的衰減依賴于包層的厚度。
考慮如圖2所示的具有圓柱形橫截面的波導(dǎo)。就圓柱形對稱而言，對這一設(shè)計的模擬是更加復(fù)雜的，但是最后的結(jié)果接近對平面設(shè)計的模擬。該波導(dǎo)包括了一個芯17，包層18和單軸或雙軸各向異性膜19。
根據(jù)圖2，包層的厚度是h＝a1-a0。主要的參數(shù)是芯半徑-a0，厚度h，芯層的折射率-nc，包層的折射率-nc1，涂覆層的折射率no＝no1-i*no2和ne＝ne1-i*ne2。現(xiàn)在設(shè)想此情形；nc＞nc1，nc＞no1(即是光傳播的必要情形)，并且涂覆層的非常方向是沿光纖的方向。
其目的在于找到最終的傳播模、截止?fàn)顟B(tài)和對輸入?yún)?shù)的依賴條件。假定{Er(r)，Eθ(r)，Ez(r)，Hr(r)，Hθ(r)，Hz(r)}eiωtei(nθ-βz)
本征值β的方程具有形式det(M)[β]＝0 (1)其中det(M)是對應(yīng)于此情形的矩陣M的行列式。該矩陣具有下表1表示的形式?？梢源_定，無量綱變量中行列式det(M)并不依賴于c、μ、ε0。將符號ak記作ak*(ω/c)，k＝0，1；將β記作βc/ω；pa02＝nc2-β2，pa12＝no2-β2，pa22＝ncl2-β2，p1=β2-n02;q1=ne2n02β2-ne2]]>p0=q0=nc2-β2]]>p2=q2=β2-ncl2]]>表1中函數(shù)I、J、K和Y是貝塞爾函數(shù)。
表1
方程(1)的每一個解β都對應(yīng)于一種傳播模。對于每個整數(shù)n，僅有有限數(shù)目的本征值βn，k。如果β是一個實數(shù)，則傳播的模就沒有吸收損耗。在本發(fā)明的情形下，涂覆層具有復(fù)雜的折射率，因此方程(1)的每個解β都是復(fù)數(shù)。
如果波數(shù)β的虛數(shù)部分足夠小(以至于吸收損耗足夠小)，那么這樣的模就是一種傳播模。
波數(shù)Im[β]虛數(shù)部分的大小基本上依賴于包層的厚度h和吸收系數(shù)no2和ne2。不同的模具有不同的吸收率，該吸收率是模選擇(偏振選擇)的基礎(chǔ)。此外，高雙折射率Δn＝no1-ne1(大約是0.6-0.9)和高折射率no1(大約是2.5)確保了高模選擇性。
如果本征值βn，k是由方程(1)確定，那么就能從麥克斯韋方程得出電場和磁場的分布。從這些場分布又可得出芯中模強度ηn，k的分式。ηn,k=∫0a(ErHθ-EθHr)rdr∫0a(ErHθ-EθHr)rdr+∫a∞(ErHθ-EθHr)rdr]]>其中Er，Eθ，Hr，Hθ是對應(yīng)于本征值βn，k的場分布。
模強度ηn，k的分式實質(zhì)上依賴于折射率no＝no1-i*no2和ne＝ne1-i*ne2，從而在波導(dǎo)的橫截面內(nèi)不同的模具有不同的模強度和不同的分布。圖3是具有附加的單軸涂覆層的階躍型光纖一些最低模的截止?fàn)顟B(tài)的數(shù)字舉例。圖3示出了帶有涂覆層的階躍型光纖的一些最低模的本征值。芯折射率nc＝1.51；包層折射率nc1＝1.505；涂覆層的一般折射率no＝1.5-i*0.01；非常折射率ne＝2.5-i*0.5；包層半徑為15微米，波長-1.31。部分涂覆的TCF可以改變特定模的模強度的分式。
因此，像傳統(tǒng)光導(dǎo)一樣，該波導(dǎo)、平面或圓柱的(光纖)包括了一層各向同性中心層或芯和一包層。但是，根據(jù)本發(fā)明，在包層上施加了一層偏振膜或涂層。該膜或涂層包括平行分子或晶體，這些分子或晶體被排列以使對于沿芯傳輸?shù)墓獾膬煞N正交偏振能呈現(xiàn)出不同的折射率。該涂層傳播或吸收一種偏振光而反射另一種偏振光，從而就使沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓饩哂袉我坏钠瘛Ｒ簿褪钦f，保持了它的偏振態(tài)。
圖4示出了帶有包層18的光纖波導(dǎo)芯17，包層18沿其整個長度被施加了一層均勻的偏振膜或涂層19，以使傳輸光的偏振能被繼續(xù)保持。
圖5示出了包括有芯22和包層23的波導(dǎo)21。偏振膜24被間隔施加以選擇保持偏振，同時使用較少的偏振材料。
圖6示出了帶有芯27和包層28的波導(dǎo)26，在包層28中施加了膜29，其分子軸線是沿箭頭31所示的螺旋。
圖7示出了帶有芯33和包層34的波導(dǎo)32。沿光纖沿平行的隔開段36的縱向涂敷偏振膜。
在所有的實施例中，該偏振膜被應(yīng)用在具有一般和非常折射率的包層上，以將一方向的偏振光反射回芯中，并且將其他方向的光透過或吸收，從而保持被傳輸光的偏振狀態(tài)。很顯然，也可采用其它膜結(jié)構(gòu)。該膜最重要的特點在于其保持了膜中晶體或分子的定向，從而就保持了折射率的方向。
實際上，薄的晶體覆蓋層引起了TM或TE模的指數(shù)增長邊界層。由于吸收系數(shù)的差別，其中一種模將成為消逝模。如果將雙折射晶體用作晶體的一般和非常折射率，那么通過正確的定向該晶體，偏振中的一個將會“看到”指數(shù)比有效指數(shù)低的涂覆層，因此，將被導(dǎo)入。其它的偏振就會“看到”涂覆層指數(shù)高于有效指數(shù)，因此，將被漏出。
通過涂覆包含分子的一層液體溶液薄層來向包層的表面涂覆該膜。在涂覆層時，分子就被適當(dāng)?shù)呐帕?。通過沿所需排列的方向施加摩擦力，也可將分子進(jìn)行力學(xué)排列。作為選擇，分子可通過施加電場或磁場來進(jìn)行排列。在分子被排列后，膜被干燥成固態(tài)膜，該固態(tài)膜保持了分子或晶體的排列，從而就提供偏振膜。該物質(zhì)可以是例如美國專利第2,400,877號和第2,481,830號描述的一種非晶體定向分子膜，也可以是美國專利第5,739,296號和第6,049,428號描述的各向異性晶體型涂層。
該涂層是通過涂覆包括以分子或晶體形式的有機化合物的液體溶液來形成的。該分子或晶體在液體狀態(tài)時作為一薄膜被定向在包層內(nèi)，然后通過該液體的蒸發(fā)來對該溶液進(jìn)行干燥，從而形成具有定向分子或晶體的固態(tài)膜，該定向分子或晶體沿形成偏振膜的兩個方向提供了不同的折射率。
圖8示意性地圖解了一個涂覆機。要被涂覆偏振分子的光纖41被拖拉穿過一個液晶材料槽42。該光纖和液晶材料被拖拉穿過一個涂覆單元43，該涂覆單元43帶有例如圖9中所示的細(xì)紋44。多余的材料被該涂覆單元移除。與此同時，涂覆單元向分子施加剪力，從而排列它們。帶有定向分子的光纖接著穿過一個干燥單元46。于是就形成了一個具有帶有定向分子的固態(tài)膜的光纖41。
圖10示意性地圖解了一個包括有圓周細(xì)紋48的涂覆單元47。液晶材料被提供進(jìn)光纖和涂覆單元之間的空隙49內(nèi)。在光纖被拖拉穿過該單元時，該涂覆單元旋轉(zhuǎn)。這就提供了顆粒的螺旋定向。
圖11示出了帶有芯54、包層52和變細(xì)的包層51的一個波導(dǎo)，該變細(xì)了的包層51準(zhǔn)備用于涂覆偏振膜。
圖12示出了帶有芯57、包層59和變細(xì)了的包層58的一個波導(dǎo)，該變細(xì)了的包層58準(zhǔn)備用于涂覆偏振膜。
在涂覆之前，光纖被處理以使包層變細(xì)，如圖11所示(參看，例如，H.Kamazaki等人，“Tunable wavelength filter with asinglemode grating fiber thinned by plasma etching，”Technical Digest，OFC2001，Anaheim，California，MC5)，和圖12所示(參看，例如，美國專利第4,795,233號，其中，移除了包層的一部分)。對于標(biāo)準(zhǔn)光纖，該處理是重要的，用以增強光與涂層的相互作用。
偏振膜也可以用美國專利第2,481,830號和第5,739,296號描述的方式來涂覆在平面波導(dǎo)上。
因此，本發(fā)明描述了一種光波導(dǎo)，其中，穿過該波導(dǎo)傳輸?shù)墓獾钠癖槐３只虮黄窕?。該光波?dǎo)可以是平面或圓柱的。該波導(dǎo)包括一個芯、一個包層和一層膜或涂層材料，該涂層材料沿不同的方向具有不同的折射率。該材料被沉積使得膜沿不同的結(jié)晶軸或分子軸具有不同的光學(xué)性能。該膜材料是由改良的有機化合物分子組成，該分子具有液晶相結(jié)構(gòu)。該液晶材料是在剪力作用下被涂覆在包層上，并被干燥成一層分子定向薄膜。該薄膜作用于穿過波導(dǎo)的光波以保持該光波的偏振面。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)，包括一個光傳輸芯；一個在所述芯上的包層，以及至少一個附加層，包括一層分子或晶體被永久定向的膜，所述分子或晶體的至少一個光軸與所述芯的軸形成一個介于零度和九十度之間的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述芯、包層和附加層是平面的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述芯、包層和附加層是柱面的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，該包層被處理使其一部分被移除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的光波導(dǎo)，其中，所述芯是光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)，其中，所述波導(dǎo)是單模波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)，其中，所述波導(dǎo)是多模波導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層具有各向異性吸收系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述芯和包層沿波導(dǎo)具有不變的橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述分子或晶體的光軸平行于芯軸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層沿波導(dǎo)被涂在包層的整個表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層沿波導(dǎo)被以隔開的間距進(jìn)行涂覆。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層繞波導(dǎo)被以隔開的間距進(jìn)行涂覆。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)，其中，所述分子或晶體的軸沿波導(dǎo)被螺旋定向。
15.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層包括一種易溶材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述芯沿垂直于波導(dǎo)的方向具有比附加層更高的折射率。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層具有高于0.001的雙折射。
18.一種用于制造光波導(dǎo)的方法，所述方法能保持穿過光導(dǎo)管中光偏振，包括步驟選擇一種具有芯和包層類型的光波導(dǎo)，形成至少一個雙軸或單軸材料的附加層，通過用各向同性或各向異性材料涂覆所屬包層，該雙軸或單軸材料具有在所屬包層至少一個部分上的任何給定的定向的至少一個光軸，定向所述分子或晶體的光軸，以及接著進(jìn)行永久保持所述定向的處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，當(dāng)涂覆涂層時，所述分子或晶體的定向是通過施加的剪力來實現(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，當(dāng)涂覆涂層時，所述分子或晶體的定向是通過施加的磁場來實現(xiàn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，當(dāng)涂覆涂層時，所述分子或晶體的定向是通過施加的溫度梯度來實現(xiàn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，當(dāng)涂覆涂層時，所述分子或晶體的定向是通過施加的電場來實現(xiàn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18、19、20、21或22所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，所述包層具有細(xì)紋，用于所述附加層的優(yōu)先定向。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造波導(dǎo)的方法，其中，被涂覆在所述包層表面上的所述附加層是選自各向同性液晶或聚合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光波導(dǎo)，其中，所述附加層具有介于0.001和1.200之間的雙折射。
全文摘要
本發(fā)明提供了光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)包括一個光傳輸芯和一個在所述芯上的包層。該光波導(dǎo)可以是平面或圓柱的，例如光纖。該光波導(dǎo)被設(shè)置上一層雙軸或單軸晶體材料附加層，該附加層沿不同的方向具有不同的折射率。
文檔編號G02B6/036GK1439108SQ01803735
公開日2003年8月27日 申請日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月14日
發(fā)明者帕維爾·I·拉扎列夫, 邁克爾·V·?？耸餐?申請人:奧普逖娃公司