專利名稱：激光微加工處理全光纖型元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，特別是涉及一種以激光切削(laser ablation)方法進(jìn)行微加工處理所制作的全光纖型元件。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的描述是參考如下參考文獻(xiàn)進(jìn)行的，其中1.R.A.Burgh，G.Kotler，and H.J.Shaw，單模態(tài)光纖光定向耦合器(Single-mode fibre optic directional coupler)，Electron.Lett.，vol.16，pp.260-261，1980.
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3.Michel Digonnet，and H.J.Shaw，單模態(tài)光纖耦合器中的波長復(fù)用(Wavelength multiplexing in single-mode fiber couplers)，Appl.Opt.vol.22，pp.484-491，1983.
4.Michael Eisenmann，and Edgar weidel，用于100～300nm之間的頻道間隔的波分復(fù)用的單模態(tài)熔燒雙錐形耦合器(Single-mode fused biconicalcouplers for wavelength division multiplexing with channel spacing between 100and 300nm)，J.Lightwave Technol.，vol.6，pp.113-119，1988.
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(1)側(cè)磨式光纖耦合器最早是由美國史丹佛大學(xué)Prof.Shaw實(shí)驗(yàn)室所提出的；請參閱圖1(a)，其將光纖11埋入石英基板12并對其光殼研磨至距離光芯約剩數(shù)微米的距離后，將此側(cè)磨光纖元件對迭形成光纖耦合器13，如圖1(b)所示。它的loss很低(＜0.5dB)，且具有分光比可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)；然而，由于研磨長度不長、必須使用折射率匹配液體、以及制作成本昂貴等缺點(diǎn)，使得此型光纖耦合器對于環(huán)境的穩(wěn)定性不高而不具商用價值。目前，全世界僅剩數(shù)家公司生產(chǎn)此型光纖耦合器，但大都使用于保極化光纖之類的可調(diào)式光纖耦合器。(參考文獻(xiàn)1&、3)(2)利用火焰制作熔燒式光纖耦合器是由Kawasaki所率先提出，因?yàn)橹谱鞣椒ê唵慰焖?，故如今已成為光纖耦合器的主流制造技術(shù)。利用火焰熔燒的制造方法很簡單，也可以用來制作各種不同的光纖元件，例如光纖極化器、極化分波器、波長多任務(wù)/解多任務(wù)器、以及濾波器等，但這樣的方法卻存在一個致命的缺點(diǎn)，使其無法制作更高等級的光纖元件。也就是兩條光纖在熔燒拉伸時造成光纖耦合器的截面呈啞鈴形的不對稱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同極化模態(tài)的光具有不同的耦合系數(shù)，一但熔燒拉伸的距離加長時，不同極化態(tài)的相位差就會大幅度地發(fā)生差距，造成不同極化光永遠(yuǎn)無法同時到達(dá)某特定長度，這樣光纖元件的通道隔離度(channel isolation)就會變得很差。然而，通道間隔卻又取決于耦合器作用長度的長短，因此，要利用這樣的做法制作出兼具窄波道間距和高通道隔離度的光纖耦合器是很不容易的。此外，火焰燃燒會產(chǎn)生大量的水氣，水氣通過光纖拉伸的機(jī)會滲入光纖造成1.38μm波長附近產(chǎn)生光學(xué)損耗，導(dǎo)致此法不適合生產(chǎn)疏密度分波多任務(wù)(CWDM)光纖元件(參考文獻(xiàn)2、4、5、8)(3)因?yàn)閭?cè)磨式與熔燒式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，所以C.V.Cryan等人就將側(cè)磨光纖元件熔燒起來，使得側(cè)磨光纖耦合器的穩(wěn)定度增加。但他們所發(fā)展的光纖研磨技術(shù)是利用砂輪機(jī)對光纖研磨，熔燒光纖時還必須利用熔膠-凝膠法(sol-gel method)加入一層薄的液態(tài)二氧化硅以填補(bǔ)光纖研磨接口；這樣的做法雖然改善了側(cè)磨光纖耦合器的穩(wěn)定度，但可惜的是制作方式不佳，而且他們沒有提出加入光纖細(xì)化(tapering)的制作方法，導(dǎo)致分光比跟波長選擇特性無法調(diào)整。因此實(shí)用性不大。(參考文獻(xiàn)6、7)(4)中國臺灣專利公告第493090號案(微型光纖耦合器及其制造方法，發(fā)明人曾孝明、陳南光)，則是同時利用上述側(cè)磨和熔燒的技術(shù)，將兩個側(cè)磨過的光纖熔燒合而為一，并加入一個微調(diào)拉伸動作，以調(diào)整光纖的兩個特征模的相位關(guān)系，并由此得到所需的分光比。在這種耦合器的制作過程中，由于這個拉伸光纖動作的目的僅是為了微調(diào)光纖耦合區(qū)的兩個特征模的相位差，使得輸出光可以在同一個端子輸出；因此光纖所具有的光芯在被拉伸的過程中并沒有被破壞，也就是說光纖耦合器的內(nèi)部仍然存在有第一及第二光芯的結(jié)構(gòu)，且光信號的傳導(dǎo)基本上還是利用光芯進(jìn)行導(dǎo)光。然而，由于光纖側(cè)磨元件制作過程耗時過長且需使用大量研磨耗材及極為精準(zhǔn)的硅芯片溝槽，故產(chǎn)業(yè)上的實(shí)用價值不高。
(5)美國專利第5101090號案(Methods and apparatus for making opticalfiber couplers)提出使用準(zhǔn)分子激光切削(laser ablation)光纖部分光殼到靠近光芯的地方才停止并形成一道缺口(notch)；而停止點(diǎn)的決定是以另一信號激光斜向入射此光纖缺口，同時以一光檢測器于光纖尾端測量進(jìn)入的信號光能量大小，直到能量超過閾值后即通知切削激光停止動作；此結(jié)構(gòu)同時并被使用于制作光纖耦合器。然而，顯而易見的是激光切削光纖形成一道缺口后，因?yàn)楣鈿ず穸韧蝗蛔兓?，將?dǎo)致光模場大小突然受改變而產(chǎn)生高階模態(tài)的耦合現(xiàn)象并導(dǎo)致嚴(yán)重的光損耗。再者，激光切削的深度僅由信號激光射入的能量大小決定并無法真正了解殘余光殼的厚度，且此結(jié)構(gòu)當(dāng)成光纖耦合器使用時將因信號激光的傳播常數(shù)(propagation constant)與光芯傳導(dǎo)光的傳播常數(shù)不吻合而導(dǎo)致光纖耦合器的耦合效率不高。此案亦提及準(zhǔn)分子激光用于切削的光殼為高分子聚合物(polymer)材料與一般常見的石英玻璃光纖光殼不同，且準(zhǔn)分子激光不能用于切削紫外光敏光纖(photosensitive fiber)以避免對光芯產(chǎn)生感光的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的提供一種激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，直接對光纖的光殼施以激光切削(ablation)使得光纖消逝場得以裸露出來，光殼切削的深度可由另一激光干涉條紋間距計算得知。激光切削時，光纖必須維持在彎曲的狀態(tài)以使得切削光殼的深度可以緩慢漸變而避免光學(xué)損耗的產(chǎn)生；光纖切削的長度可通過改變光纖曲率半徑控制。此外，若激光針對沒有彎曲的光纖進(jìn)行切削時，則可程序化光束移動路徑，使切削后的光殼形成一弧度漸變的形狀，以避免光學(xué)損耗。利用此種消逝場型激光側(cè)削光纖元件，我們可以用來制作消逝場型光纖耦合器、光纖塞取多任務(wù)器、光纖濾波器、光極化器、光放大器與激光及光纖光柵等光纖主被動元件。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種功率激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該光殼以形成一消逝場(Evanescent-Field)裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；以及(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度。
根據(jù)上述構(gòu)思，步驟(b)還包括步驟如下以該第一激光束切削該光殼的同時旋轉(zhuǎn)該光纖，使得該光纖消逝場裸露面圍繞該光纖；及/或以該第一激光束切削該光殼的同時彎曲該光纖，并通過該光纖彎曲時的曲率半徑?jīng)Q定該第一激光束切削該光殼的長度。
根據(jù)上述構(gòu)思，步驟(b)還包括步驟如下于該第一激光束切削該光殼前，通過至少一反射鏡反射該第一激光束；及/或移動或轉(zhuǎn)動所述反射鏡，使得該第一激光束的切削范圍包含該消逝場裸露面。
根據(jù)上述構(gòu)思，步驟(b)還包括步驟如下于該第一激光束切削該光殼前，通過至少一透鏡聚焦該第一激光束以切削該光殼。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖耦合器的制作方法，包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；以及(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面，加以熔燒及拉伸以形成該光纖耦合器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖耦合器的制作方法，包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以該第一激光束切削該光殼的同時旋轉(zhuǎn)該光纖，以形成圍繞該光纖的一消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對每一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；以及(e)貼合所有光纖的消逝場裸露面，加以熔燒及拉伸以形成該光纖耦合器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖塞取多任務(wù)器(add-dropmultiplexer)的制作方法，包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面并加以熔燒；(f)寫入光纖光柵至所述光芯；(g)拉伸所述光纖以調(diào)整光學(xué)性質(zhì)，構(gòu)成該光纖塞取多任務(wù)器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多波道光纖塞取多任務(wù)器的制作方法，通過串聯(lián)多個上述的光纖塞取多任務(wù)器所構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種可調(diào)式光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)器的制作方法，包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)，并使其光殼切削的部份深度較深；(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面并加以熔燒，其中所述光纖的深度不同的部份形成一空隙；(f)填入一光學(xué)色散物質(zhì)至該空隙，以構(gòu)成該可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器。
根據(jù)上述構(gòu)思，該光學(xué)色散物質(zhì)為高分子聚合物；及/或該光學(xué)色散物質(zhì)的折射率隨溫度而變。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖光柵的制作方法，包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束間隔切削該光殼以形成多個消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；以及(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度，以構(gòu)成該光纖光柵。
根據(jù)上述構(gòu)思，步驟(b)通過步驟(c)以緩慢變化該第一激光束切削該光殼的深度，以鐘形化(apodize)該光纖光柵。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器的制作方法，包括下列步驟(a)提供兩條具有上述方法制作的光纖光柵的光纖；(b)貼合兩光纖光柵，并加以熔燒，其中所述光纖光柵之間的多個消逝場裸露面形成多個空隙；以及(c)填入一光學(xué)色散物質(zhì)至該多個空隙，以構(gòu)成該可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器。


本發(fā)明得通過下列附圖及詳細(xì)說明，得以更深入的了解，其中圖1(a)～圖1(b)公知的側(cè)磨式光纖耦合器的制作方法圖；圖2本發(fā)明所述光纖耦合器一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3(a)～圖3(b)本發(fā)明所述光纖耦合器另一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖(多條光纖)；圖3(c)本發(fā)明所述具有光纖光柵效應(yīng)的光纖耦合器的結(jié)構(gòu)圖；圖4(a)～圖4(b)本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件的另一種制作方法的示意圖；圖5(a)光纖切削截面的照片；圖5(b)激光切削的中心區(qū)域的照片；圖5(c)激光切削的邊緣區(qū)域的照片；圖6(a)及圖6(b)本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件的制作方法的應(yīng)用面的示意圖；圖7使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的2*2光纖耦合器及4*4光纖耦合器的示意圖；圖8使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的N*N光纖耦合器的示意圖；圖9(a)使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的光纖塞取多任務(wù)器的示意圖；圖9(b)使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的串聯(lián)式光纖塞取多任務(wù)器的示意圖；圖10使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的可調(diào)式光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)器的示意圖；圖11(a)～圖11(b)使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的光纖光柵的示意圖；以及圖12使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的另一種可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器的示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下11-光纖；21-光纖；22-光纖；41-光纖；52-光纖；61-光纖；62-光纖；73-光纖；12-石英基板13-光纖耦合器；30-光纖耦合器；31-光纖耦合器；32-光纖耦合器；33-光纖耦合器；70-光纖耦合器；80-光纖耦合器；81-光纖耦合器；211-光芯；221-光芯；241-光芯；412-光芯；212-光殼；222-光殼；242-光殼；411-光殼；23-貼合區(qū)域；53-貼合區(qū)域；24-耦合區(qū)域；63-耦合區(qū)域；413-切削部份；414-消逝場裸露面；74-消逝場裸露面；415曲率半徑；42第一激光；43反射鏡；44-46凸透鏡；45-第二激光；47-屏幕；48-第三激光；49-光檢測器；71-光纖元件；72-光纖元件；83-光纖塞取多任務(wù)器；84-光纖塞取多任務(wù)器；87-光纖塞取多任務(wù)器；85-光纖光柵；90-光學(xué)色散物質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提出的激光微加工處理全光纖型元件的制作方法可以有多種不同的應(yīng)用，茲分述如下(1)請參閱圖2，其為本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件所能夠制作的一種光纖耦合器的結(jié)構(gòu)圖。配合圖2的光纖耦合器20的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所采用的制作方法如下
首先，準(zhǔn)備光纖21及光纖22，其中光纖21由光芯211以及光殼212所構(gòu)成，而光纖22由光芯221以及光殼222所構(gòu)成。接著，再利用激光分別切削光殼212和222以形成兩個消逝場(Evanescent-Field)裸露面(圖中未示出)，使得光纖21及22的光消逝場得以露出光殼212和222，對其進(jìn)行回火(annealing)之后，再將兩個消逝場裸露面固定并迭合在一起，以形成貼合區(qū)域23。
其次，在貼合區(qū)域23周圍以激光熔燒貼合區(qū)域23，使得光纖21及22發(fā)生耦合，在耦合的過程中，利用步進(jìn)馬達(dá)以漸進(jìn)式的拉力拉伸光纖21及22，以調(diào)整耦合區(qū)域24的長度以及光相位耦合比例，同時使得光芯211和221在拉伸的過程中逐漸細(xì)化并耦合成一條光芯241，此時的光芯241已經(jīng)失去了導(dǎo)光(guiding effect)的作用；也就是說，是由光殼212和222位于耦合區(qū)域24中的部份光殼242，來取代光芯211和221以進(jìn)行導(dǎo)光作用。
調(diào)整耦合區(qū)域24的長度的動作在獲得了所需的分光比之后便停止，最后再利用一封裝層(圖中未示出)對耦合區(qū)域24進(jìn)行封裝，以形成光纖耦合器20；其中封裝層的制作材料可為選自金屬、陶瓷、玻璃、高分子材料、或是具有溫度補(bǔ)償作用的材料。
當(dāng)然，本發(fā)明所述的制作方法亦不限定于兩條光纖的情況，除了如圖3(a)所示的4×4的光纖耦合器30之外，亦可以使用三條光纖形成6×6的光纖耦合器31，或是利用更多條光纖來進(jìn)行制作程序。
值得注意的是，通過上述的激光切削方法對兩條以上數(shù)量的光纖進(jìn)行更為平整地切削，可以形成如圖3(c)所示般的光纖耦合器32、33，和前述的光纖耦合器31在功能上較為不同的是，光纖耦合器32或33在彼此貼合的至少一切削面會產(chǎn)生光柵的效應(yīng)；亦即，這種制作方法可以制作出具有光纖光柵的光纖耦合器或是光塞取多任務(wù)器。
本發(fā)明所欲解決的問題是目前熔燒拉伸式光纖耦合器(fused-taperedfiber couplers)存在的嚴(yán)重非等向性極化及應(yīng)用于窄波道合/分波器時通道隔離度(channel isolation)不佳的問題。首先，目前的商用產(chǎn)品中最多只能做到1480/1550約70nm的波道空間(channel spacing)而已，且此時波道隔離(channelisolation)已經(jīng)降到了12-15dB左右；本發(fā)明1310/1550的耦合器的波道隔離則可以高達(dá)30dB。其次，應(yīng)用于窄波道合/分波時，公知技術(shù)中波道隔離的之所以不佳，問題就是出在耦合器本身的截面是屬于高度不對稱的啞鈴形(dumb-bell)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同極化光的耦合系數(shù)(coupling coefficient)不相同所造成，在這種情況下為了應(yīng)用于窄波道合/分波，則光纖作用長度勢必大幅加長，導(dǎo)致兩極化光產(chǎn)生更嚴(yán)重的相位差，因此波道隔離就跟著劣化了。而本發(fā)明的耦合器結(jié)構(gòu)及制作方法剛好解決了這個缺點(diǎn)。
此外，本發(fā)明亦解決了傳統(tǒng)側(cè)磨式光纖耦合器的穩(wěn)定性不佳、以及有效作用長度不長的問題。雖然，C.V.Cryan等人在公元1992年就提出了熔合側(cè)磨式光纖耦合器的觀念，但可惜的是，他們的光纖研磨方法是利用砂輪機(jī)研磨，使得有效作用長度無法很長且熔燒時必須加入一層液態(tài)二氧化硅，以彌補(bǔ)兩光纖難以熔合的問題；此外，他們也沒有提到對熔合側(cè)磨式光纖耦合器作出拉伸的動作，以使有效作用長度大幅加長，并令導(dǎo)光作用耦合到光殼，以制作窄波道光纖合波器。相反地，本發(fā)明的光纖耦合器幾乎是圓形對稱的，所以將其熔燒拉伸后，光纖截面仍是圓形對稱，不會發(fā)生像傳統(tǒng)的啞鈴形的結(jié)構(gòu)，也是故不會造成耦合系數(shù)對極化光不是等向性的問題，因此可以使光纖拉伸很長而波道隔離仍不會劣質(zhì)化，加上圓形的光纖截面不論經(jīng)過多長的加熱拉伸，仍然維持圓形的形狀。因此，利用這樣的做法可以制作出窄波道且低串音的光纖耦合器，非常適用于高密度的光通訊系統(tǒng)使用，而這也是目前相關(guān)全光纖型耦合器制造技術(shù)所無法達(dá)到的。
(2)此外，若是激光切削光纖的剖面上設(shè)置光增益介質(zhì)、光非線性物質(zhì)、光色散物質(zhì)、光雙折射物質(zhì)、液晶、或是光子晶體等材料之后，再對其進(jìn)行封裝，還可以用來制作其它各式各樣的光纖型元件。
(3)請參閱圖4(a)，其為本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件的另一種制作方法的示意圖。在圖4(a)中，所使用的元件包括具有光殼411及光芯412的光纖41、第一激光42、反射鏡43、凸透鏡44、第二激光45、凸透鏡46、屏幕47、第三激光48以及光檢測器49。
在圖4(a)中，先利用第一激光42將光殼411切削掉413的部份，在切削的過程中，通過反射鏡43的移動或轉(zhuǎn)動的所造成的反射以及凸透鏡44的聚焦，便可以使得切削范圍413包含整個消逝場裸露面414。
接著將第二激光45透過凸透鏡46射入消逝場裸露面414，通過在屏幕47所得的干涉條紋的間距便能夠決定第一激光42切削光殼411的深度。此外，在切削之前，若是將光纖41彎曲成具有一曲率半徑415的型態(tài)再進(jìn)行切削，便能夠通過控制曲率半徑415決定第一激光42切削光殼411的長度。
(4)請參閱圖4(b)，其為本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件的再一種制作方法的示意圖。相同的元件采用同樣的元件符號，但與圖4(a)惟一的不同處在于，利用第一激光42切削光纖41的時候，必須將光纖41旋轉(zhuǎn)，如果便可使得光纖41上出現(xiàn)環(huán)繞型態(tài)的消逝場裸露面414。圖5(a)為使用前述方法所制成的光纖切削截面的照片，圖5(b)為激光切削的中心區(qū)域的照片，而圖5(c)為激光切削的邊緣區(qū)域的照片。
(5)請參閱圖6(a)及圖6(b)，其為本發(fā)明激光微加工處理全光纖型元件的制作方法的應(yīng)用面的示意圖。使用前述的切削方法制作兩條切削后的光纖61及62，再將切削部份互相貼合、加熱以及熔燒，便可以形成一耦合區(qū)域63。此外，若是微幅拉伸耦合區(qū)域63亦可以改變光耦合比例，當(dāng)然，亦能夠不實(shí)施拉伸動作而直接加以使用。
(6)請參閱圖7，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的2*2光纖耦合器及4*4光纖耦合器的示意圖。
在制作2*2光纖耦合器時，先使用前述的激光切削方法制作一光纖元件71，再將兩個相同結(jié)構(gòu)的光纖元件71以切削部份相互貼合后加以熔燒及拉伸，使得原本的光芯712失去作用，以構(gòu)成一2*2的光纖耦合器70。
而在制作4*4光纖耦合器時，先以制作2*2光纖耦合器的方式完成兩個光纖元件71的貼合之后，再對其加以激光切削，再將兩個同樣的結(jié)構(gòu)相互對迭后加以熔燒及拉伸，以構(gòu)成一4*4的光纖耦合器80。
(7)請參閱圖8，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的N*N光纖耦合器的示意圖(圖示為以7*7為例進(jìn)行說明)。
在制作N*N光纖耦合器時，先以前述的環(huán)狀激光切削的方式制作一光纖元件71，再將N個光纖元件71以彼此的切削部份貼合之后，加以熔燒及拉伸，以構(gòu)成一N*N的光纖耦合器81。
(8)請參閱圖9(a)，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的光纖塞取多任務(wù)器(add-drop multiplexer)的示意圖。同樣先以前述的激光切削的方式制作兩光纖元件71，再將兩個光纖元件71以彼此的切削部份貼合之后，于耦合區(qū)域?qū)懭牍饫w光柵82，再加以熔燒及拉伸，以構(gòu)成一光纖塞取多任務(wù)器83。
請參閱圖9(b)，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的串聯(lián)式光纖塞取多任務(wù)器的示意圖。其將兩只前述的光纖塞取多任務(wù)器83以輸出/入端相接合所構(gòu)成。
(9)請參閱圖10，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的可調(diào)式光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)器的示意圖。雖然同樣以前述的激光切削的方式制作兩光纖元件71和72，但其差異在于，通過前述干涉條紋的間距的控制，使得光纖元件72的切削深度較深，如此在貼合兩光纖元件71及72時，深度的差異便會形成一空隙，接著再于熔燒之后在該空隙內(nèi)填入一折射率可隨溫度而變的光學(xué)色散物質(zhì)90(如高分子聚合物等)，以構(gòu)成一可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器84。
(10)請參閱圖11(a)，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的光纖光柵的示意圖。其制作方法是，使用前述的激光切削方法以第一激光間隔地切削光纖73，使其上形成多個消逝場裸露面74，以構(gòu)成光纖光柵85。此外，若是在以第一激光進(jìn)行間隔切削的過程中緩慢變化切削的深度，則可能形成消逝場裸露面74被鐘形化(apodize)的光纖光柵86，如圖11(b)所示。
(11)請參閱圖12，其為使用本發(fā)明的激光切削方法所制作的另一種可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器的示意圖。其制作方法是，將兩條圖11(a)的光纖光柵85相互貼合并加以熔燒之后，在其中的多個空隙中填入前述折射率可隨溫度而變的光學(xué)色散物質(zhì)，以構(gòu)成可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器87。
綜上所述，本發(fā)明提供一種激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，直接對光纖的部分光殼施以激光切削去除，使得光纖內(nèi)的消逝場(evanescentfield)能夠裸露出來，切削的深度可通過測量激光干涉條紋間距的方法得知；激光切削形成的消逝場的作用長度則可透過改變光纖曲率半徑控制。將側(cè)削后的光纖彼此靠合，使其光消逝場能夠發(fā)生耦合后予以加熱熔合或施以熔燒拉錐(fuse-tapering)，即可用來制作光纖耦合器、光塞取多任務(wù)器(add/dropmultiplexer)、光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)及光纖光柵等光纖元件。
本發(fā)明得由熟悉本技術(shù)的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫所附權(quán)利要求書所欲保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；以及(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征是步驟(b)還包括步驟如下以該第一激光束切削該光殼的同時旋轉(zhuǎn)該光纖，使得該光纖消逝場裸露面圍繞該光纖；及/或以該第一激光束切削該光殼的同時彎曲該光纖，并通過該光纖彎曲時的曲率半徑?jīng)Q定該第一激光束切削該光殼的長度。
3.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征是步驟(b)還包括步驟如下于該第一激光束切削該光殼前，通過至少一反射鏡反射該第一激光束；及/或移動或轉(zhuǎn)動所述反射鏡，使得該第一激光束的切削范圍包含該消逝場裸露面。
4.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征是步驟(b)還包括步驟如下于該第一激光束切削該光殼前，通過至少一透鏡聚焦該第一激光束以切削該光殼。
5.一種光纖耦合器的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；以及(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面，加以熔燒及拉伸以形成該光纖耦合器。
6.一種光纖耦合器的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以該第一激光束切削該光殼的同時旋轉(zhuǎn)該光纖，以形成圍繞該光纖的一消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對每一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；以及(e)貼合所有光纖的消逝場裸露面，加以熔燒及拉伸以形成該光纖耦合器。
7.一種光纖塞取多任務(wù)器的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)；(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面并加以熔燒；(f)寫入光纖光柵至所述光芯；(g)拉伸所述光纖以調(diào)整光學(xué)性質(zhì)，構(gòu)成該光纖塞取多任務(wù)器。
8.一種多波道光纖塞取多任務(wù)器的制作方法，其中通過串聯(lián)多個權(quán)利要求7的光纖塞取多任務(wù)器所構(gòu)成。
9.一種可調(diào)式光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)器的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供兩光纖，所述光纖分別包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束切削該一光纖的該光殼以形成一消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度；(d)針對另一光纖重復(fù)步驟(b)～(c)，并使其光殼切削的部份深度較深；(e)貼合兩光纖的消逝場裸露面并加以熔燒，其中所述光纖的深度不同的部份形成一空隙；(f)填入一光學(xué)色散物質(zhì)至該空隙，以構(gòu)成該可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器。
10.如權(quán)利要求9的制作方法，其特征是該光學(xué)色散物質(zhì)為高分子聚合物；及/或該光學(xué)色散物質(zhì)的折射率隨溫度而變。
11.一種光纖光柵的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供至少一光纖，該光纖包括一光芯及一光殼；(b)以一第一激光束間隔切削該光殼以形成多個消逝場裸露面，并以一第二激光束射入該消逝場裸露面；以及(c)通過該第二激光束經(jīng)反射所得的干涉條紋間距決定該第一激光束切削該光殼的深度，以構(gòu)成該光纖光柵。
12.如權(quán)利要求11的制作方法，其特征是步驟(b)通過步驟(c)以緩慢變化該第一激光束切削該光殼的深度，以鐘形化該光纖光柵。
13.一種可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器的制作方法，其中包括下列步驟(a)提供兩條具有權(quán)利要求11的光纖光柵的光纖；(b)貼合兩光纖光柵，并加以熔燒，其中所述光纖光柵之間的多個消逝場裸露面形成多個空隙；以及(c)填入一光學(xué)色散物質(zhì)至該多個空隙，以構(gòu)成該可調(diào)式光纖塞取多任務(wù)器。
全文摘要
本發(fā)明指一種激光微加工處理全光纖型元件的制作方法，直接對光纖的部分光殼施以激光切削去除，使得光纖內(nèi)的消逝場(evanescent field)能夠裸露出來，切削的深度可通過測量激光干涉條紋間距的方法得知；激光切削形成的消逝場的作用長度則可透過改變光纖曲率半徑控制。將側(cè)削后的光纖彼此靠合，使其光消逝場能夠發(fā)生耦合后予以加熱熔合或施以熔燒拉錐(fuse－tapering)，即可用來制作光纖耦合器、光塞取多任務(wù)器(add/drop multiplexer)、光纖窄波道多任務(wù)/解多任務(wù)器及光纖光柵等光纖元件。
文檔編號G02B6/34GK1880986SQ20051007859
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者祁甡, 陳南光 申請人:陳南光