專利名稱：濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種由形成于光纖內(nèi)部的布拉格光柵構(gòu)成的濾光器，用于制造這樣的濾光器的方法和設(shè)備，以及用于所述制造方法的纖維托座和相位罩(phase mask)。
背景技術(shù)：
纖維內(nèi)布拉格光柵，也簡(jiǎn)稱作纖維布拉格光柵或者FBG，可在光學(xué)通信領(lǐng)域用作濾光器，以實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和頻散補(bǔ)償?shù)哪康?。?367588號(hào)美國專利描述了一種制造纖維內(nèi)布拉格光柵的方法，這種方法是用紫外光通過一相位光柵罩照射一種光敏光纖。所述相位光柵罩由一種石英玻璃片構(gòu)成，對(duì)紫外光是透明的，并在其一側(cè)表面具有平行槽紋式的周期性起伏結(jié)構(gòu)。所述槽紋例如是具有矩形斷面的平行溝道。所述相位罩中產(chǎn)生的衍射以由柵線間距或柵距確定的周期對(duì)出射紫外光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
所述光敏光纖與所述相位光柵罩在與所述槽紋垂直的方向上相接觸或者近似接觸。紫外光的照射改變纖維芯的折射率，從而以與所述相位光柵罩相同的周期對(duì)纖維芯內(nèi)的折射率加上了調(diào)制特征。這種折射率調(diào)制即構(gòu)成了布拉格光柵。
通過調(diào)節(jié)相位光柵罩的柵距可以形成線性調(diào)頻布拉格光柵。通過沿光纖長度方向調(diào)節(jié)紫外光的強(qiáng)度，可以形成一種切趾(apodized)布拉格光柵。
所述相位光柵罩可以通過熔融石英基片的活性離子蝕刻來制造，例如如《電子學(xué)通訊》第29卷第6期(Electronics Letters，Vol.29，No.6)(1993年3月18日)第567頁所描述的那樣。
眾所周知，濾光器的性能參數(shù)比如反射帶寬和反射光譜的頂部平直度取決于被調(diào)制光柵的長度。當(dāng)纖維內(nèi)布拉格光柵用于頻散補(bǔ)償時(shí)，反射帶寬Δλ例如是由下式所確定的，式中，L是布拉格光柵的長度，c是光速，D是頻散值Δλ＝2L/(cD)這個(gè)公式表明，對(duì)于給定頻散D，反射帶寬Δλ與光柵長度L成正比。
但是，用上面所描述的類型的相位光柵罩來制造長的纖維內(nèi)布拉格光柵是不容易的，因?yàn)?，由于相位光柵罩本身要在真空室中制造，其尺寸就是有限的。可以采用一種分步重復(fù)處理方法，即，使纖維通過所述相位光柵罩。但這種方法費(fèi)時(shí)且在一步到下一步之間需要極為精確的對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)樯鲜鲈?，用傳統(tǒng)的相位光柵罩制造的纖維內(nèi)布拉格光柵的長度限制在最長約一百毫米(100mm)以內(nèi)。
因此，傳統(tǒng)相位光柵罩的受限制的長度就成為獲得寬反射帶寬及其它良好的濾光器特性的障礙。受限制的長度還妨礙了對(duì)纖維內(nèi)布拉格光柵進(jìn)行有效的旁瓣縮減。
使用長的纖維內(nèi)布拉格光柵的另一個(gè)障礙是，需要將含光柵的纖維以某種方式封裝起來，以保護(hù)光柵不受溫度變化和其它外部因素的影響。傳統(tǒng)的封裝方法不能輕易地應(yīng)用于長度大的纖維。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是制造一種濾光器，它具有長度在一百毫米以上的纖維內(nèi)布拉格光柵。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制造這種濾光器的設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可用于這種濾光器的制造的纖維托座。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可用于這種濾光器的制造的相位光柵罩。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種具有高精確度纖維內(nèi)布拉格光柵的濾光器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種具有長度大于一百毫米的旁瓣縮減布拉格光柵的濾光器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種具有長度大于一百毫米的線性調(diào)頻布拉格光柵的濾光器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種被有效封裝的濾光器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種被緊湊封裝的濾光器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種被良好保護(hù)的濾光器。
本發(fā)明的制造一種濾光器的方法包括下列步驟將一根具有光敏纖芯的光纖固定在一纖維托座上表面的平面螺旋結(jié)構(gòu)中；將一相位罩平行放置于所述纖維托座的上表面上，所述相位罩的具有螺旋衍射光柵的下表面正對(duì)所述光纖；和用紫外光透過所述相位罩照射所述光纖，從而得到纖維內(nèi)布拉格光柵。
照射步驟最好通過旋轉(zhuǎn)所述纖維托座及相位罩同時(shí)用紫外光束徑向掃描相位罩來進(jìn)行。所述掃描與旋轉(zhuǎn)彼此同步，以使得紫外光束能夠追蹤光纖的螺旋結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的纖維托座由一個(gè)具有螺旋槽的平板構(gòu)成，所述螺旋槽用來固定光敏光纖。
本發(fā)明的相位罩由一個(gè)對(duì)紫外光透明的平板構(gòu)成，在其一個(gè)表面具有周期性凹點(diǎn)螺旋光柵。
本發(fā)明的用來制造濾光器的設(shè)備包括本發(fā)明的纖維托座、本發(fā)明的相位罩、一個(gè)支承纖維托座及相位罩的旋轉(zhuǎn)臺(tái)和一個(gè)用紫外光透過相位罩照射光敏光纖的光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明的濾光器由本發(fā)明的纖維托座及光纖構(gòu)成。所述光纖固定在所述螺旋槽中，并具有經(jīng)過周期調(diào)制的折射率。
用本發(fā)明的方法，利用五寸光盤樣式的纖維托座和相位罩，可以制造長度多達(dá)約四米的纖維內(nèi)布拉格光柵。所述纖維托座和相位罩可以利用用來加工半導(dǎo)體晶片的傳統(tǒng)設(shè)備來制造。
由于使用連續(xù)不斷的制造方法而不是分步重復(fù)方法，可以制造出精確的纖維內(nèi)布拉格光柵。
通過在纖維托座上表面上的不同區(qū)域改變照射光纖的紫外光的劑量，可以形成一種旁瓣縮減纖維內(nèi)布拉格光柵。如果用紫外光束掃描所述相位罩，紫外光的劑量可以通過使用一脈沖光源并改變脈沖重復(fù)頻率而得到改變。另外，可以使用一種可變消光器，或者改變纖維托座的旋轉(zhuǎn)速度。
通過將相位罩劃分為同心的若干區(qū)域，并改變各區(qū)螺旋衍射光柵中的凹點(diǎn)間距，可制得線性調(diào)頻纖維內(nèi)布拉格光柵。
纖維內(nèi)布拉格光柵可以有效地被封裝于本發(fā)明的纖維托座和一個(gè)蓋子之間。這個(gè)蓋子也可以具有螺旋槽。
所述蓋子可以這樣形成在形成纖維內(nèi)布拉格光柵之后，向纖維托座上覆蓋一保護(hù)層。纖維托座則可以這樣制造在一基片上的聚合物層上刻圖，從而在該聚合物層上形成一條螺旋槽。另外，可以將一聚合物層刻圖，形成一纖維模，然后在該纖維模周圍覆蓋一層聚合物保護(hù)層，最后去除該纖維模，從而在所述聚合物保護(hù)層上形成一條螺旋槽。在所述基片上還可以覆蓋一個(gè)聚合物保護(hù)底層。用上述方法，可以制造出緊湊的、保護(hù)良好的濾光器模塊。


在附圖中圖1簡(jiǎn)要示出了實(shí)施本發(fā)明的用來制造一種濾光器的設(shè)備；圖2A是圖1中的纖維托座的平面圖；圖2B是圖1中的纖維托座和光纖的剖面圖；圖3A是一個(gè)放大的剖面圖，示出了圖1中的螺旋槽和光纖的一種最佳結(jié)構(gòu)；圖3B是一個(gè)放大的剖面圖，示出了圖1中的螺旋槽和光纖的另一種最佳結(jié)構(gòu)；圖4是圖1中的相位罩的平面圖；圖5A是一個(gè)放大平面圖，示出了圖4中的部分相位罩；圖5B是穿過示于圖5A中的凹點(diǎn)的剖面圖；圖6是圖5A的放大，用來說明光纖和凹點(diǎn)的尺寸；圖7A是具有線性調(diào)頻螺旋光柵的相位罩的局部平面圖；圖7B是圖7A中的線性調(diào)頻螺旋光柵的剖面圖；圖8是一個(gè)透視圖，用來說明本發(fā)明的制造濾光器的方法；圖9簡(jiǎn)要示出了一種用來制造旁瓣縮減濾光器的實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備；圖10是圖9中的纖維托座的平面圖；圖11是一個(gè)曲線圖，用來說明圖9所示設(shè)備中的脈沖重復(fù)頻率；圖12是一個(gè)圖解用圖9中的設(shè)備制造的濾光器的旁瓣縮減曲線的曲線圖。
圖13簡(jiǎn)要示出了另一個(gè)用來制造旁瓣縮減濾光器的實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備；圖14是一個(gè)曲線圖，用來說明圖13的設(shè)備中旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度；圖15A是可以用于封裝本發(fā)明的濾光器的蓋子的平面圖；圖15B是圖15A中的蓋子的剖面圖；圖16是一個(gè)剖面圖，用來說明利用圖15A中的蓋子對(duì)濾光器進(jìn)行的封裝；圖17A是另一個(gè)可以用于封裝本發(fā)明的濾光器的蓋子的平面圖；圖17B是圖17A中的蓋子的剖面圖；圖18是一個(gè)剖面圖，用來說明制造用于本發(fā)明的濾光器的蓋子的另一種方法；圖19A、20A、21A、22A和23A均為透視圖，用來說明制造濾光器的新方法的各個(gè)步驟；圖19B、20B、21B、22B和23B是圖19A、20A、21A、22A和23A所示各步驟的剖面圖；圖24A、25A、26A、27A、28A、29A和30A均為透視圖，用來說明制造濾光器的另一新方法的各個(gè)步驟；圖24B、25B、26B、27B、28B、29B和30B是圖24A、25A、26A、27A、28A、29A和30A所示各步驟的剖面圖；圖31A是一個(gè)放大剖面圖，用來說明圖27B中的纖維模的最佳形狀；圖31B是一個(gè)放大剖面圖，用來說明圖27B中的纖維模不宜采用的形狀；圖32A、33A、34A、35A、36A、37A、38A和39A均為透視圖，用來說明制造濾光器的另一新方法的各個(gè)步驟；圖32B、33B、34B、35B、36B、37B、38B和39B是圖32A、33A、34A、35A、36A、37A、38A和39A所示各步驟的剖面圖；圖40A是本發(fā)明的另一種形式的纖維托座的平面圖；圖40B是使用圖40A中的纖維托座的一濾光器模塊的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照所附的說明性附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施例。在不同的實(shí)施例中，相似的部分將用相同的標(biāo)號(hào)指示，不作重復(fù)的描述。
圖1示出了本發(fā)明的用來制造濾光器的設(shè)備的第一種實(shí)施例。其主要部件是一個(gè)纖維托座10、一個(gè)相位罩12、一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)14、一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)16和一個(gè)掃描控制器18。光敏光纖20放置在纖維托座10上表面10a的螺旋槽22中。纖維托座10放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)14上，相位罩12則固定在纖維托座10的上方。光學(xué)系統(tǒng)16發(fā)出一束紫外光，透過相位罩12照射光敏光纖20。掃描控制器18控制著光學(xué)系統(tǒng)16，以便在旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紫外光束掃描所述光敏光纖20。
纖維托座10的上表面10a是平的。盡管在附圖中纖維托座10和相位罩12之間留有一定的空間，如后面將要描述的，相位罩12的放置也可以與纖維托座10的上表面10a相接觸。無論在何情況下，相位罩12相對(duì)于纖維托座10的固定都要使得相位罩12的下表面12a與纖維托座10的上表面10a相平行。
相位罩12是由比如石英玻璃材料構(gòu)成的一個(gè)平板，對(duì)于紫外光基本上是透明的。相位罩12的下表面12a上具有一螺旋衍射光柵，后者由凹點(diǎn)構(gòu)成，使光學(xué)系統(tǒng)16發(fā)出的紫外光發(fā)生衍射。
旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)軸24垂直于纖維托座10的上表面10a。旋轉(zhuǎn)臺(tái)14由一其上放置纖維托座10的轉(zhuǎn)盤26及一旋轉(zhuǎn)軸控制器28構(gòu)成，后者使轉(zhuǎn)盤26繞旋轉(zhuǎn)軸24旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸控制器28例如由一個(gè)馬達(dá)和與之相連的驅(qū)動(dòng)電路(圖中未示出)構(gòu)成。
在旋轉(zhuǎn)軸24穿過轉(zhuǎn)盤26的上表面26a的地方，轉(zhuǎn)盤26最好有一個(gè)例如圓柱形狀的突出的輪轂，后者與纖維托座10的下表面上的一個(gè)類似形狀的孔相嚙合，以確保纖維托座10和相位罩12與旋轉(zhuǎn)軸24準(zhǔn)確地對(duì)正中心。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸控制器28轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤26時(shí)，纖維托座10和相位罩12也繞旋轉(zhuǎn)軸24旋轉(zhuǎn)。
光學(xué)系統(tǒng)16有一個(gè)激光源30、一個(gè)消光器32和一個(gè)由一面反射鏡34和柱面透鏡36構(gòu)成的可移動(dòng)的單元33。激光源30發(fā)出一束紫外光，該光束穿過消光器32，被反射鏡34直角反射，然后通過柱面透鏡36，最后照射到相位罩12上。適合所述激光源30使用的可以是德國Gottingen的Lambda Physik公司制造的氟化氪(KrF)激光器，后者可以發(fā)射波長為248am的紫外光脈沖。激光源30發(fā)出的紫外光束的強(qiáng)度被消光器32調(diào)節(jié)到一個(gè)合適的水平。其光束直徑則由柱面透鏡36調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)射出光學(xué)系統(tǒng)16的紫外光束38使之平行于旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)軸24。
掃描控制器18在平行于由激光源30發(fā)出的紫外光的傳播方向的箭頭40的方向，移動(dòng)由反射鏡34和柱面透鏡36構(gòu)成的可動(dòng)單元33。借此，射出光學(xué)系統(tǒng)16的紫外光束38就在徑向上掃描相位罩12的表面。由同時(shí)控制掃描控制器18和旋轉(zhuǎn)軸控制器28的主控制器(圖中未示出)協(xié)調(diào)掃描與旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)。相位罩12對(duì)紫外光束38的衍射產(chǎn)生出一衍射光束42，由后者追蹤光敏光纖20在纖維托座10上的螺旋路徑。這樣，該衍射光束42就在光敏光纖20的纖芯內(nèi)形成了布拉格光柵。
圖2A示出了纖維托座10的上表面10a的平面圖。圖2B示出了沿圖2A中I-I一線的剖面圖。這兩幅附圖中也示出了光敏光纖20。
纖維托座10例如是由一種金屬材料比如鋁或者不銹鋼制成的圓盤，或者是由在后面的實(shí)施例中將要描述的各種非金屬材料制成的。在下面的描述中，纖維托座10的直徑是五寸(約127mm)。螺旋槽22是單條連續(xù)的槽，用來固定光敏光纖20，以使得光敏光纖20也循著一條螺旋路徑。纖維托座10的上表面10a，包括螺旋槽22的內(nèi)表面，都覆有鍍層以抑制紫外光的反射，以便反射紫外光不干擾衍射光束42形成布拉格光柵。合適的鍍層例如可以是無光澤黑色搪瓷(flat black enamel)。
為了清晰起見，圖2A和圖2B中的螺旋槽22的螺旋路徑的螺旋間距較大，該螺旋路徑從接近纖維托座10的邊緣的一點(diǎn)一直延伸到接近中心的一點(diǎn)。為了簡(jiǎn)單起見，假定整個(gè)螺旋路徑都被光學(xué)系統(tǒng)16掃描。實(shí)際上，光學(xué)系統(tǒng)不需要掃描整個(gè)螺旋路徑，而且螺旋路徑的被掃描部分可以分布得更緊湊，以便螺旋的曲率半徑在被掃描部分變化不是很大。被掃描部分最好接近纖維托座10的外沿。另外，盡管示于圖2B中的螺旋槽22具有半圓形的橫斷面，該橫斷面也可以是矩形的或者任何其它合適的形狀。
圖3A和圖3B是圖2B中的C區(qū)的放大圖，示出了螺旋槽22的兩種可能的矩形斷面。在兩幅圖中，螺旋槽22的寬度W與光敏光纖20的直徑基本上是相同的。
在圖3A中，螺旋槽22的深度D基本上等于光敏光纖20的直徑的一半。為了固定光敏光纖20，螺旋槽22至少是這樣的深度。光敏光纖的上半部突出到纖維托座10的上表面10a以上，因此，如果使用這種類型的螺旋槽，在纖維托座10和相位罩12之間，應(yīng)有一個(gè)墊層，以防止對(duì)光敏光纖20的損傷。
在圖3B中，螺旋槽22的深度D大于光敏光纖20的直徑。這種類型的螺旋槽允許相位罩12直接與纖維托座10接觸，而不會(huì)損傷光敏光纖20。
考慮到衍射光束42的相干長度，相位罩12下表面12a到光敏光纖20之纖芯的距離應(yīng)當(dāng)約為六十微米(60μm)。如果纖維直徑例如是125微米，螺旋槽22的寬度W就應(yīng)當(dāng)為120到130微米，其深度D則應(yīng)當(dāng)為約60到130微米。
圖4示出了相位罩12的下表面12a的平面圖。相位罩12例如是與纖維托座10一樣直徑為五寸的圓盤。如上所述，對(duì)于相位罩12而言，石英玻璃是合適的材料。但其它的對(duì)紫外光透明的材料，比如氟化鈣或者氟化鎂，都是可以用的。
相位罩12的下表面12a上的凹點(diǎn)構(gòu)成螺旋衍射光柵44，當(dāng)相位罩12放置到纖維托座10上時(shí)，所述螺旋衍射光柵與纖維托座10上表面10a上的螺旋槽22對(duì)準(zhǔn)。螺旋衍射光柵44繞相位罩12的中心46環(huán)繞。所述凹點(diǎn)相隔周期性間隔出現(xiàn)，且其離中心46的距離逐漸加大。
圖5A示出了圖4中的C區(qū)的放大圖。圖5B則示出了沿圖5A中的J-J曲線的剖面圖。示于圖5A和圖5B中的凹點(diǎn)48的形狀近似為直角楔形，其內(nèi)緣和外緣(的走向)與螺旋衍射光柵44所循的路徑相一致。設(shè)某凹點(diǎn)48的內(nèi)緣長度為Λa，外緣長度為Λb，則Λa稍小于Λb。相鄰凹點(diǎn)48之間的間距也是外緣大于內(nèi)緣。
圖6是示于圖5A中的疊放于固定在纖維托座10中的光敏光纖20上的相位罩12的部分放大平面圖，所述光敏光纖20的中心與圖5A中的J-J曲線相重合。本圖示出了當(dāng)纖維托座10與相位罩12正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)螺旋衍射光柵44與光敏光纖20的相對(duì)位置關(guān)系。光敏光纖20包括纖芯20a和包層20b，這兩部分中的主要成分都是二氧化硅(SiO2)和二氧化鍺(GeO2)。調(diào)整這兩種成分的比例，以使得纖芯20a的折射率比包層20b的折射率更大。纖芯20a的直徑Wi為10微米。整個(gè)纖維，包括纖芯20a和包層20b，其直徑W2為約110到130微米。
凹點(diǎn)48的沿纖芯20a的外緣測(cè)量的長度(Λ1)與其沿纖芯20a的內(nèi)緣測(cè)量的長度(Λ2)之間的差值，是由纖芯直徑與螺旋的曲率半徑的比例確定的。如果螺旋槽22被限制在靠近纖維托座10的邊緣的一個(gè)區(qū)域，并且螺旋衍射光柵44也類似地位于靠近相位罩12邊緣的區(qū)域，這里的螺旋曲率半徑接近2.5寸(約64mm)，那么，所述Λ1和Λ2之間的差異只有約0.015％。這種差異很小，不會(huì)對(duì)在纖芯中制成的布拉格光柵有顯著的影響。除了可獲得更大的總長度之外，用本發(fā)明的相位罩12生產(chǎn)的布拉格光柵與用傳統(tǒng)的相位罩生產(chǎn)的布拉格光柵基本上是難以區(qū)分其差異的。
相位罩12可以用生產(chǎn)傳統(tǒng)的相位罩所用的同一方法來制造。該方法簡(jiǎn)要說明如下。首先，在石英玻璃圓盤上鍍一層鉻薄膜，例如用陰極濺鍍方法或者真空蒸鍍方法。然后，用電子束光蝕法在鉻膜上刻圖。石英玻璃圓盤上剩余的鉻膜作為其掩蔽膜，對(duì)這種石英玻璃圓盤進(jìn)行蝕刻，形成凹點(diǎn)48。例如可以使用活性離子蝕刻法。所述凹點(diǎn)48是在所述圓盤上不為鉻膜所掩蔽的部分形成的。最后，剩余的鉻膜被清除，以徹底完成相位罩12的制造。這種制造方法可以用眾所周知的用于制造5寸硅晶片的設(shè)備實(shí)施。
通過改變凹點(diǎn)48的間距，可以制造線性調(diào)頻光柵。線性調(diào)頻光柵能夠拓寬濾光器的反射頻帶。圖7A示出了具有線性調(diào)頻螺旋衍射光柵44a的相位罩12的部分平面圖。圖7B是沿圖7A中的K-K曲線的剖面圖。
線性調(diào)頻光柵44a的示于圖7A和圖7B中的部分被分為三個(gè)區(qū)域50a、50b和50c。在第一區(qū)50a，凹點(diǎn)48的間距是Λ1，在第二區(qū)是Λ2，在第三區(qū)是Λ3，而且Λ1＜Λ2＜Λ3。柵距就這樣沿光柵長度方向逐級(jí)增大。柵距連續(xù)變化的線性調(diào)頻光柵也可以制造出來。
利用上述設(shè)備制造濾光器的過程如下。
合適的光敏光纖20可以是紐約Corning的Corning股份有限公司制造的SMF28光纖。這種光纖的纖芯和包層被封裝在保護(hù)層中。第一步是利用工具例如稱作纖維去層器的工具去掉該保護(hù)層，或者將該光纖浸入二氯乙烷而去掉該保護(hù)層。
去層的光敏光纖20被放置于纖維托座10上表面10a的螺旋槽22中，以使得光敏光纖20同螺旋槽22一樣固定為同樣的螺旋布局，同時(shí)纖維托座10和相位罩12相互對(duì)準(zhǔn)。所述對(duì)準(zhǔn)過程可以通過將纖維托座10和相位罩12放在獨(dú)立的平臺(tái)上進(jìn)行。所述平臺(tái)的相對(duì)位置可以在三個(gè)正交軸及一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸方向調(diào)整，同時(shí)用顯微鏡透過相位罩12觀測(cè)凹點(diǎn)48和纖維20。當(dāng)纖維托座10和相位罩12準(zhǔn)確地相互對(duì)準(zhǔn)時(shí)，利用例如夾具或卡鉗，或者用真空吸盤將其中間空間的氣體抽出，從而將它們?cè)诖藢?duì)準(zhǔn)位置固定。如上所述，可以在纖維托座10和相位罩12之間放置一墊層，以保護(hù)光敏光纖20。
然后，將纖維托座10和相位罩12作為一個(gè)單一單元置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的轉(zhuǎn)盤26上。掃描控制器18和旋轉(zhuǎn)軸控制器28移動(dòng)可動(dòng)單元33和轉(zhuǎn)盤26到一初始位置，在此位置開始掃描。到達(dá)此初始位置并激發(fā)激光源30后，旋轉(zhuǎn)軸控制器28以一恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤26，使纖維托座10和相位罩12沿圖8中箭頭52所示方向旋轉(zhuǎn)。掃描控制器18則以恒定直線速度在圖8中箭頭40所示方向移動(dòng)可動(dòng)單元33。這兩種運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，使得紫外光束38能夠追蹤相位罩12下表面12a上凹點(diǎn)48的螺旋圖樣，并使得衍射光束42能夠沿從螺旋外端54向其內(nèi)端56的方向追蹤光敏光纖20的螺旋路徑。
相對(duì)于激光源30發(fā)出的脈沖的重復(fù)頻率，所述轉(zhuǎn)速足夠低，使得紫外光束38的追蹤路徑上所有的點(diǎn)都接受基本相等劑量的光能。凹點(diǎn)48產(chǎn)生一個(gè)規(guī)則的衍射圖，該衍射圖具有交替排列的強(qiáng)光強(qiáng)和弱光強(qiáng)區(qū)。從而，由衍射光束42送出的光能的劑量就沿光敏光纖20的長度方向呈規(guī)則的周期性變化。
紫外光的照射改變光敏光纖20的纖芯20a的折射率，因此，由凹點(diǎn)48生成的衍射圖就作為一個(gè)周期性折射率調(diào)制模被“印”到了纖維芯中。從而就在光敏光纖20內(nèi)制成了纖維內(nèi)布拉格光柵，從而將光敏光纖20變成了一個(gè)濾光器。為了方便濾光器作為系統(tǒng)元件的使用，在光敏光纖20的端部連上標(biāo)準(zhǔn)化光纖連接器?；蛘?，在光敏光纖20的一端接一個(gè)光纖連接器，在其另一端接一個(gè)纖維終端連接器，以抑制通過濾光器傳播的光的反射。
一個(gè)五寸纖維托座10的周長將近40厘米。如果螺旋槽22靠近纖維托座10的外緣布置，如果要制造一個(gè)一米(1m)長的纖維內(nèi)布拉格光柵，繞纖維托座10中心的螺旋只需繞約三圈即可。纖維托座10和相位罩12的設(shè)計(jì)可以使得能夠制造至少四米(4m)以下的任意長度的纖維內(nèi)布拉格光柵。
除了能夠制造比傳統(tǒng)的分步重復(fù)法所能得到的光柵更長的纖維內(nèi)布拉格光柵外，本發(fā)明還在產(chǎn)品的均一性和可重復(fù)性方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法，因?yàn)檎麄€(gè)光柵都是在一次單一的連續(xù)的過程中完成的。這些優(yōu)點(diǎn)提高了生產(chǎn)產(chǎn)量，從而降低了制造成本。
圖9示出了用來制造濾光器的本發(fā)明的設(shè)備的第二種實(shí)施例。除了已在第一種實(shí)施例中示出的部件外，該第二種實(shí)施例還包括一個(gè)旁瓣縮減系統(tǒng)，后者由一個(gè)頻率調(diào)節(jié)器70和一個(gè)主控制器72構(gòu)成。所述頻率調(diào)節(jié)器70控制由激光源30發(fā)出的紫外光脈沖的重復(fù)頻率，所述主控制器72則控制掃描控制器18、旋轉(zhuǎn)軸控制器28及頻率調(diào)節(jié)器70。每一紫外光脈沖的能量基本上與重復(fù)頻率無關(guān)，因此，通過改變重復(fù)頻率，頻率調(diào)節(jié)器70就能夠改變輸送到纖芯各個(gè)部分的能量多少。
頻率調(diào)節(jié)器70根據(jù)主控制器72所提供的位置信息控制脈沖的重復(fù)頻率。如圖10中的虛線所示，纖維托座10被劃分為三個(gè)基本上同心的區(qū)域。在第一區(qū)58a，從光敏光纖20的外端54開始，重復(fù)頻率逐漸上升。在第二區(qū)58b，重復(fù)頻率保持恒定。在第三區(qū)58c，重復(fù)頻率逐漸下降，直到光敏光纖20的內(nèi)端56。
主控制器72和頻率調(diào)節(jié)器70能夠根據(jù)示于圖11中的掃描時(shí)間來控制重復(fù)頻率。圖中縱軸表示脈沖重復(fù)頻率，橫軸表示掃描時(shí)間。如曲線(a)所示，從起始時(shí)刻t0到時(shí)刻t1，即對(duì)應(yīng)于圖10中的第一區(qū)58a，重復(fù)頻率上升；從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2，對(duì)應(yīng)于圖10中的第二區(qū)58b，重復(fù)頻率基本不變；從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3，對(duì)應(yīng)于第三區(qū)58c，重復(fù)頻率下降。
主控制器72和頻率調(diào)節(jié)器70還能夠正確地控制脈沖重復(fù)頻率，使之符合光束掃描速度從螺旋外端54向內(nèi)端56慢慢下降的趨勢(shì)，這種下降是因?yàn)檗D(zhuǎn)速恒定而螺旋曲率半徑減小而造成的。例如，從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2，脈沖重復(fù)頻率可以逐漸下降，而不是恒定不變。
這種重復(fù)頻率控制的結(jié)果是，纖芯所接收到的紫外光的劑量在纖維兩端54和56附近逐漸衰減。纖維折射率的調(diào)制度因而形成旁瓣縮減，如圖12所示。圖中，橫軸是沿纖維長度方向的位置。位置a和b對(duì)應(yīng)于纖維內(nèi)布拉格光柵的兩端，而區(qū)域c、d和e對(duì)應(yīng)于纖維托座10上的區(qū)域58a、58b和58c?？v軸表示折射率的調(diào)制度。如曲線f所示，調(diào)制度在c區(qū)上升，在d區(qū)恒定，在e區(qū)下降。
在旁瓣抑制、反射頻帶側(cè)沿銳度及反射頻帶頂部平直度方面，旁瓣抑制纖維內(nèi)布拉格光柵可以提供優(yōu)良的特性。通過控制脈沖重復(fù)頻率從而獲得合適的旁瓣縮減曲線，可以得到理想的濾光器特性。
作為第二種實(shí)施例的改型，可以使用可變消光器32。這樣，輸送到纖芯的紫外光的劑量就可以通過控制衰減因子而得到控制，而不必控制脈沖重復(fù)頻率。
圖13示出了本發(fā)明設(shè)備的第三種實(shí)施例。該第三實(shí)施例具有已在第一種實(shí)施例中示出的部件、一個(gè)大體上類似于示于第二種實(shí)施例中的主控制器72的主控制器72，和一個(gè)速度控制器74。后者根據(jù)主控制器72提供的位置信息來控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)軸控制器28。本實(shí)施例中，激光源30的脈沖重復(fù)頻率保持恒定。
第三實(shí)施例中的主控制器72和速度控制器74構(gòu)成了一個(gè)旁瓣縮減系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過如圖14所示控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)速度而控制輸送到光敏光纖之纖芯的紫外光劑量。圖14中，橫軸表示掃描時(shí)間，縱軸表示旋轉(zhuǎn)速度。從起始時(shí)刻t0到時(shí)刻t1，旋轉(zhuǎn)速度逐漸下降，從而增加了光敏光纖20的被掃描部分所接收到的紫外光的劑量；從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2，旋轉(zhuǎn)速度基本不變，但非常微弱地逐漸上升以補(bǔ)償螺旋曲率半徑的增大，從而使得光敏光纖20的所接收到的紫外光的劑量保持恒定；從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3，旋轉(zhuǎn)速度以較快的速率上升，使得光敏光纖20的所接收到的紫外光的劑量逐漸減少。
從起始時(shí)刻t0到時(shí)刻t1對(duì)應(yīng)于圖10中的第一掃描區(qū)58a，從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2，對(duì)應(yīng)于圖10中的第二區(qū)58b，從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3，對(duì)應(yīng)于第三區(qū)58c。主控制器72和掃描控制器18改變可動(dòng)單元33的運(yùn)動(dòng)速度，以使掃描頻率與旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)速度保持協(xié)調(diào)，并使紫外光束38準(zhǔn)確地追蹤光敏光纖20的螺旋路徑。
第三種實(shí)施例具有與第二種實(shí)施例相同的效果，能夠制造出具有任意的折射率調(diào)制曲線的旁瓣縮減濾光器。通過適當(dāng)?shù)乜刂菩D(zhuǎn)臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)速度，可以輕易地獲得理想的濾光器特性。
本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例涉及到對(duì)第一、第二、第三實(shí)施例制造的濾光器的封裝。本實(shí)施例提供一種兩件式封裝。其中，纖維托座10用作下部封裝件，另用一個(gè)獨(dú)立的蓋子作為上部封裝件。
圖15A示出了蓋子60的從下面看的平面圖。圖15B示出了沿圖15A中的L-L線的剖面圖。
蓋子60例如是與纖維托座10同樣直徑的圓盤。蓋子60的下表面60a有一螺旋槽62。該螺旋槽62是纖維托座10的上表面10a上的螺旋槽22的鏡象。在光敏光纖20中形成布拉格光柵之后，從旋轉(zhuǎn)臺(tái)14上取下纖維托座10和相位罩12。從纖維托座10上取下相位罩12，然后將蓋子60放到纖維托座10上，從而如圖16所示將光敏光纖20封閉起來。例如用螺帽和螺栓(圖中未示出)，或者用環(huán)氧樹脂粘合劑，將蓋子60固定到纖維托座10上。
如果用環(huán)氧樹脂粘合劑來固定蓋子與纖維托座10，在纖維托座10上最好有一個(gè)用來收集多余粘合劑的溝槽。參圖17A，該溝槽64是一個(gè)環(huán)形槽，設(shè)置在靠近纖維托座10的外周緣處。圖17B示出了過圖17A中的M-M線的剖面圖，該圖表明，溝槽64可以比用來固定光纖的螺旋槽22更寬更深。環(huán)氧樹脂粘合劑用在纖維托座10和蓋子60拼合表面上在溝槽64內(nèi)側(cè)的適當(dāng)部位。當(dāng)纖維托座10和蓋子60被粘到一起時(shí)，其中的一些粘合劑可能被擠進(jìn)溝槽64。但這些粘合劑會(huì)聚在溝槽64中而不會(huì)從纖維托座10和蓋子60之間擠出到纖維托座10和蓋子60的邊緣。這樣就簡(jiǎn)化了封裝過程。
本實(shí)施例中的纖維托座10和蓋子60最好用下列陶瓷材料之一制成氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)、氮化鋁(AIN)和氮化硼(BN)。光敏光纖20的熱膨脹系數(shù)在5×10-7/℃到1×10-7/℃之間。上述材料的熱膨脹系數(shù)在1×10-7/℃到1×10-6/℃之間。如果光纖封裝在這些材料組成的封裝盒中，由于纖維和其封裝盒的熱膨脹系數(shù)大致相等，在封裝盒的熱脹冷縮過程中，纖維就不會(huì)嚴(yán)重變形。
熱膨脹系數(shù)的大致相等還有另一個(gè)好處。在纖維內(nèi)布拉格光柵的制造過程中，可使得光敏光纖20和纖維托座10的尺寸對(duì)紫外光束38的加熱有相同的反應(yīng)。
作一個(gè)比較。鋁的熱膨脹系數(shù)約為20×10-6/℃，不銹鋼(SUS304)的熱膨脹系數(shù)約為18×10-6/℃，均與光敏光纖20的熱膨脹系數(shù)相差甚遠(yuǎn)。
不言而喻，應(yīng)當(dāng)提供接到濾光器20的端部的外部入口，以便封裝濾光器可以作為一個(gè)濾光器模塊使用而勿須打開封裝盒。如果連接到光纖20的兩個(gè)端部的是兩個(gè)光纖連接器，或者一個(gè)光纖連接器和一個(gè)纖維終端連接器，它們可以被容納于蓋子60上的兩個(gè)洞穴或者擴(kuò)大的槽口中。為簡(jiǎn)單起見，洞穴或者槽口在圖中均未示出。
本第四實(shí)施例提供了一種易于裝配的封裝盒，不需要在封裝過程中操作光敏光纖20。該封裝盒在力學(xué)上堅(jiān)實(shí)可靠，可以保護(hù)濾光器免受多種外部因素的意外損傷。這些特點(diǎn)可以降低封裝勞動(dòng)力成本，并提高生產(chǎn)產(chǎn)量。
下面描述第五個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例仍然與本發(fā)明所制造的濾光器的封裝有關(guān)。
參圖18，在形成纖維內(nèi)布拉格光柵并去除相位罩12后，在第五實(shí)施例中，用一保護(hù)層66蓋住纖維托座10。所述保護(hù)層66例如是上述幾種材料之一，為氧化鋁、氧化鈦、氮化鋁或者氮化硼。保護(hù)層66是作為烷氧基金屬溶體涂覆到纖維托座10上的，使用的是；普通的厚膜形成工藝，比如絲網(wǎng)印刷、刮片印刷、浸涂、旋涂或者噴涂。然后，通過熱處理使保護(hù)層66干燥?？梢允褂脺睾偷臒崽幚?xiàng)l件，比如在40到80℃的溫度下處理兩小時(shí)。
上述材料之一的保護(hù)層66也可以用鍍層工藝形成，比如真空蒸鍍或者陰極濺鍍。
通向光敏光纖20的端部的入口是由纖維托座10或保護(hù)層66上的開口提供的。(圖中這些開口省略了。)最好，在光敏光纖20的端部連接上光纖連接器，或者一個(gè)光纖連接器和一個(gè)纖維終端連接器，以形成一個(gè)象第四實(shí)施例一樣的封裝濾光器模塊。
保護(hù)層66應(yīng)當(dāng)足夠厚，以完全蓋住光敏光纖20，但不需要厚到用于第四實(shí)施例的單獨(dú)的蓋子的程度。因此，第五實(shí)施例中形成的濾光器模塊具有形狀薄而緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
象第四實(shí)施例一樣，第五實(shí)施例也提供了一種易于裝配的封裝盒而不需操作纖維。第五實(shí)施例還縮短了總的制造時(shí)間，因?yàn)楸Ｗo(hù)層66在形成時(shí)就已經(jīng)附著在纖維托座10上了。另外，通過將光敏光纖20牢固地固定在螺旋槽22中，與第四實(shí)施例相比，保護(hù)層66提供了更為完美的保護(hù)，使光敏光纖免受外部作用的影響，包括對(duì)振動(dòng)的防護(hù)，從而使得封裝濾光器的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安裝極為容易。保護(hù)層66還有助于減少濾光器的老化變化，從而穩(wěn)定其光學(xué)特性。
下面描述第六個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例通過對(duì)陶瓷基片上的紫外線硬化聚合物層進(jìn)行光蝕刻圖來制造纖維托座10，并在形成纖維內(nèi)布拉格光柵后通過鍍覆另一層紫外線硬化聚合物層來封裝濾光器。
圖19A是用來說明制造濾光器的第一步的透視圖。圖19B是過圖19A中的N-N線的剖面圖。圖20A到圖23A示出了隨后的各制造步驟的類似的透視圖，圖20B到圖23B則示出了對(duì)應(yīng)的剖面圖。
圖19A和19B示出了一個(gè)陶瓷基片80，其上覆蓋有一個(gè)紫外線硬化聚合物層82，后者例如由日本Osaka的日本合成化學(xué)工業(yè)公司(NipponSynthetic Chemical Industry Company of Osaka，Japan)制造的NEF-150負(fù)干片感光樹脂組成。該聚合物層82可以使用一般的層壓設(shè)備附著到基片80上。NEF-150的厚度為50微米，但是可以將兩層或三層疊到一起形成總厚度為100或150微米的紫外線硬化聚合物層82。
紫外線硬化聚合物層82的總厚度將成為后面將要形成的螺旋槽22的厚度。如果必要，聯(lián)合使用同一制造商的厚度為25微米的負(fù)干片感光樹脂NEF-125，可得到125微米的總厚度。
參圖20A和20B，通過用紫外光透過一個(gè)罩子(圖中未示出)來照射，紫外線硬化聚合物層82被硬化。所述罩子是為了使準(zhǔn)備形成螺旋槽22的地方的螺旋區(qū)域84不被照射。合適的照射條件為100到600mJ/cm2。然后在例如0.5％的碳酸鈉水溶液中沖洗聚合物層82，以去除未硬化部分84，從而留下一個(gè)如圖21A和21B所示的螺旋槽22。這就完成了纖維托座10的制造。
然后，如圖22A和圖22B所示，將光敏光纖20置于螺旋槽22中，用在第一、第二或第三實(shí)施例中描述的方法，即可制造出纖維內(nèi)布拉格光柵。在完成上述過程后，去掉相位罩12，如圖23A和23B所示，用一上部保護(hù)層86蓋住纖維托座10和光敏光纖20。所述上部保護(hù)層86例如由日本東京JSR公司制造的紫外線硬化聚合物材料組成，該材料的商品名為Desolite。將這種材料覆蓋到纖維托座10的上表面，蓋住光敏光纖20，然后在紫外光照射下硬化。
最后一步是(圖中未示出)，在光敏光纖20的端部連接上光纖連接器，或者一個(gè)光纖連接器和一個(gè)纖維終端連接器，以便最后形成封裝的濾光器模塊。
封裝盒由基片80和兩個(gè)聚合物層82和84構(gòu)成，在簡(jiǎn)化制造過程、薄而緊湊的形狀和對(duì)光纖的優(yōu)良的保護(hù)性能方面，都有與第五實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用示于圖19A到21B的光刻工藝，螺旋槽22的形成可以有極高的尺寸精確度。特別地，螺旋槽的深度極為均一。這種精確性和均一性使得所得到的纖維內(nèi)布拉格光柵同樣均一和精確。由于精確性和可重復(fù)性，所述光刻工藝適用于大量的、自動(dòng)化的生產(chǎn)。
下面描述第七個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例是這樣制造纖維托座10的在一紫外線硬化聚合物層上刻圖，從而在一陶瓷基片上形成一纖維模，然后用一個(gè)保護(hù)材料層覆蓋到基片上，再去除前述纖維模，留下一溝槽來接納光敏光纖20。在形成纖維內(nèi)布拉格光柵后，覆蓋上另一層保護(hù)材料，從而將濾光器封裝起來。
圖24A是用來說明制造濾光器的第一步的透視圖。圖24B是過圖24A中的O-O線的剖面圖。圖25A到圖30A示出了隨后的各制造步驟的類似的透視圖，圖25B到圖30B則示出了對(duì)應(yīng)的剖面圖。
參圖24A和24B，一陶瓷基片80被一紫外線硬化聚合物層82覆蓋，后者的厚度基本上等于光敏光纖20的直徑。所述聚合物層82例如可以使用由NEF-125和/或NEF-150感光樹脂構(gòu)成的疊層膜。
參圖25A和25B，通過用紫外光透過一個(gè)罩子(圖中未示出)來照射，紫外線硬化聚合物層82被硬化。所述罩子只露出準(zhǔn)備形成螺旋槽22的地方的螺旋區(qū)域84，使該區(qū)域84受到照射?？梢允褂门c第六實(shí)施例相同的照射條件(100到600mJ/cm2)。
參圖26A和26B，在例如0.5％的碳酸鈉水溶液中沖洗聚合物層82，以去除未硬化部分88，從而留下一個(gè)纖維模88。
參圖27A和27B，然后用一保護(hù)材料層比如Desolite覆蓋所述基片80。所述材料的涂覆在液體狀態(tài)進(jìn)行，填充環(huán)繞纖維模88周圍的空間直到基本上與纖維模88的上表面相平。將纖維模88的上表面擦拭干凈，不使該表面上留有所述保護(hù)材料。然后，所述保護(hù)材料硬化，從而形成一個(gè)保護(hù)層90。將任何意外地留在了纖維模88上表面的保護(hù)層90都打磨掉。
如果使用Desolite，可以通過用紫外光照射來使保護(hù)層90硬化。但是，也可以用另外的材料來形成保護(hù)層90，比如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate)或類似材料。
參圖28A和28B，去除纖維模88而形成螺旋槽22，從而完成了纖維托座10的制造。纖維模88的去除可以用下述方法將纖維托座10浸漬于氫氧化鈉溶液中若干分鐘，然后將纖維模從基片80上剝落。氫氧化鈉溶液的濃度應(yīng)在百分之幾的量級(jí)。
然后，如圖29A和圖29B所示，將光敏光纖20置于螺旋槽22中，用在第一、第二或第三實(shí)施例中描述的方法，即可制造出纖維內(nèi)布拉格光柵。在形成纖維內(nèi)布拉格光柵后，如圖30A和30B所示，用一上部保護(hù)層86蓋住光敏光纖20和保護(hù)層90。所述上部保護(hù)層86的材料例如為Desolite。同第六實(shí)施例一樣，在光敏光纖20的端部連接上光纖連接器，或者一個(gè)光纖連接器和一個(gè)纖維終端連接器，以便最后形成濾光器模塊。
為了便于去除纖維模88，纖維模88最好為如圖31A所示的倒臺(tái)形，即，使得纖維模88的上部比底部更寬。應(yīng)當(dāng)避免圖31B所示的臺(tái)形，因?yàn)檫@樣的話纖維模88就更加難以去除。
同第六實(shí)施例一樣，本第七實(shí)施例能夠制造具有極高的尺寸精確度的均一的螺旋槽22，非常適合于大量的、自動(dòng)化的生產(chǎn)。本實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，兩個(gè)保護(hù)層86和90都可以由同一種材料比如Desolite組成，而這特別是為了保護(hù)光纖的目的。這樣得到的封裝盒因而提供了優(yōu)良的保護(hù)性能，不僅能防機(jī)械沖擊與振動(dòng)，還能防潮防腐蝕。
下面描述第八個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例在纖維托座10上添加了一個(gè)保護(hù)底層。
圖32A是用來說明在第八實(shí)施例中制造濾光器的第一步的透視圖。圖32B是過圖32A中的P-P線的剖面圖。圖33A到圖39A示出了隨后的各制造步驟的類似的透視圖，圖33B到圖39B則示出了對(duì)應(yīng)的剖面圖。
參圖32A和32B，陶瓷基片80首先被一合適的紫外線硬化聚合物材料覆蓋，該材料不必是感光樹脂。然后在紫外光照射下使該材料硬化，從而在基片80上形成一個(gè)保護(hù)底層92。
隨后的步驟與第七實(shí)施例中一樣。如圖33A和33B所示，在保護(hù)底層92上覆蓋一層紫外線硬化聚合物層82，對(duì)后者光蝕刻圖(圖34A和34B)，形成示于圖35A和35B的纖維模88。如圖36A和36B所示形成一保護(hù)層90，然后將纖維模88去除，留下一條示于37A和37B中的螺旋槽22。如圖38A和38B所示，將光敏光纖置于螺旋槽22內(nèi)。在形成纖維內(nèi)布拉格光柵后，如圖39A和39B所示，添加一層上部保護(hù)層86。
在第八實(shí)施例中，光敏光纖20在所有方向上都受到合適的保護(hù)材料的保護(hù)。保護(hù)底層92和保護(hù)層90在纖維內(nèi)布拉格光柵形成過程中和濾光器被封裝后都對(duì)光敏光纖20加以保護(hù)。
圖40A和40B示出了前述各實(shí)施例的一個(gè)改型。其中，纖維托座10和它的蓋子是環(huán)形的。如圖40A所示，光敏光纖20所在的螺旋槽從環(huán)形的纖維托座10(或者其蓋子60)的內(nèi)圓周上的一個(gè)開口94延伸到外圓周上的一個(gè)開口96。光敏光纖20被分為三段98a、98b和98c。纖維內(nèi)布拉格光柵只在中段98b內(nèi)形成。紫外光束不掃描內(nèi)段98a和外段98c。光敏光纖20的兩端從開口94、96中伸出，以便如圖40B所示可以在其上連接光纖連接器100或者一個(gè)光纖連接器和一個(gè)纖維終端連接器。
圖40B示出了一個(gè)如第四實(shí)施例所描述類型的蓋子60，但是是環(huán)形的。第五、第六、第七和第八實(shí)施例都可以用環(huán)形的纖維托座10，以及類似的環(huán)形形狀的保護(hù)層。
在前述實(shí)施例中，其它的改型也都是可能的。例如，第二和第三實(shí)施例可以合并，從而同時(shí)改變激光源30的脈沖重復(fù)頻率和旋轉(zhuǎn)臺(tái)14的轉(zhuǎn)速。還有，纖維托座10和相位罩12未必是圓盤，它們可以是任何形狀，只需具有平整的表面可在上面形成圓形螺旋槽和圓形螺旋衍射光柵即可。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明鑒，本發(fā)明還有可能存在另外的改型而不超越本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種濾光器，包括一個(gè)具有平整表面的纖維托座(10)，在所述表面上有螺旋槽(22)；和一條具有被周期性調(diào)制的折射率的、固定在所述螺旋槽(22)中的光纖(20)。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其中，所述光纖(20)是光敏的。
3.如權(quán)利要求1所述的濾光器，還包括一個(gè)覆蓋所述纖維托座(10)的平整表面的蓋子(60)，以保護(hù)所述光纖(20)。
4.如權(quán)利要求2所述的濾光器，其中，所述纖維托座(10)和所述蓋子(60)是由下述材料之一制成的氧化鋁、氧化鈦、氮化鋁和氮化硼。
5.如權(quán)利要求3所述的濾光器，其中，所述纖維托座(10)和所述蓋子(66)的熱膨脹系數(shù)不低于10-7/℃不高于10-6/℃。
6.如權(quán)利要求3所述的濾光器，其中，所述蓋子(60)用一種粘合劑固定在所述纖維托座(10)上。
7.如權(quán)利要求6所述的濾光器，其中，所述粘合劑為環(huán)氧樹脂粘合劑。
8.如權(quán)利要求6所述的濾光器，其中，所述纖維托座(10)具有一個(gè)溝槽(64)，用來收納所述粘合劑的多余部分。
9.如權(quán)利要求3所述的濾光器，其中，所述蓋子(66)由一形成于所述纖維托座(10)上的保護(hù)層構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其中，所述纖維托座(10)包括一個(gè)平整的基片(80)；和一個(gè)在構(gòu)成所述螺旋槽(22)的螺旋區(qū)域之外的區(qū)域覆蓋所述平整基片(80)的聚合物層(82)。
11.如權(quán)利要求10所述的濾光器，還包括一個(gè)覆蓋所述平整基片(80)的保護(hù)底層(92)，該保護(hù)底層在所述聚合物層(82)下方和所述螺旋槽(22)內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的濾光器，其中，所述保護(hù)底層(92)是由一種聚合物材料組成的。
13.如權(quán)利要求10所述的濾光器，還包括一個(gè)覆蓋所述聚合物層(82)和所述光纖(20)的上部保護(hù)層(86)。
14.如權(quán)利要求13所述的濾光器，其中，所述上部保護(hù)層(86)是由一種聚合物材料組成的。
15.如權(quán)利要求10所述的濾光器，其中，所述纖維托座(10)是環(huán)形盤形狀，所述螺旋槽(22)從所述纖維托座(10)的外圓周上延伸到所述纖維托座(10)的內(nèi)圓周。
全文摘要
一種濾光器，包括一個(gè)具有平整表面的纖維托座(10)，在所述表面上有螺旋槽(22)；和一條具有被周期性調(diào)制的折射率的、固定在所述螺旋槽(22)中的光纖(20)。
文檔編號(hào)G02B27/42GK1515917SQ03123529
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期1998年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月8日
發(fā)明者寺尾芳孝, 野本勉, 西木玲彥, 彥 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社