專利名稱：衍射光柵元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射光柵元件。
技術(shù)背景衍射光柵元件通常具有一個(gè)在透明平板的第一表面上形成的衍 射光柵，此透明平板具有上述第一表面和一個(gè)第二表面，兩表面互相 平4亍(比i口見Kashiko Kodate的"Development of diffractive optics and future challenges"; Japan Women's University Journal, Faculty of Science, 10th Edition, pages 7 to 24 (2002))。在利用這一衍射光柵元 件，比如，當(dāng)光線以固定入射角從與第一表面相接觸的媒質(zhì)進(jìn)入第一 表面時(shí)，此光線受到形成于第一表面上的衍射光柵的衍射，在透明平 板內(nèi)傳播，并且其后射入與第二表面相接觸的媒質(zhì)中。光線從透明平 板的第二表面射出的衍射角依波長(zhǎng)而變。因此，衍射光柵元件可用作對(duì)入射光解復(fù)用并發(fā)射經(jīng)過(guò)解復(fù)用的 光的光學(xué)解復(fù)用器。另外，當(dāng)光線被導(dǎo)入與此情況下相反的方向時(shí)，用器。此外，通過(guò)將此衍射光柵元件與其他光學(xué)元件組合，比如，也 可以構(gòu)成按照波長(zhǎng)調(diào)節(jié)光線的群延時(shí)的色散調(diào)節(jié)器。所以，衍射光柵 元件在對(duì)多波長(zhǎng)信號(hào)光實(shí)施復(fù)用并將此復(fù)用光發(fā)射的波分復(fù)用(WDM) 光學(xué)通信系統(tǒng)中是一重要光學(xué)器件。發(fā)明內(nèi)容但是，即使是入射到衍射光柵元件的光線的波長(zhǎng)和入射角不變，衍射角也會(huì)隨溫度改變。在衍射光柵元件應(yīng)用于WDM光學(xué)通信系統(tǒng) 中的情況下，當(dāng)衍射光柵元件的衍射角改變時(shí)，信號(hào)光的損失因而很 大或信號(hào)光的波形惡化，并且因此有時(shí)會(huì)發(fā)生通信錯(cuò)誤。為了抑制這 種通信錯(cuò)誤， 一般需要提供一個(gè)可保持衍射光柵元件的溫度不變的主 動(dòng)溫度控制機(jī)構(gòu)。然而，提供溫度控制機(jī)構(gòu)會(huì)招致系統(tǒng)成本增加，并 且由于需要向溫度控制機(jī)構(gòu)供電也會(huì)招致系統(tǒng)成本的增加。本發(fā)明系為解決現(xiàn)有的上述問題而完成的發(fā)明，并且本發(fā)明的一 個(gè)目的是要提供一種允許省掉或簡(jiǎn)化溫度控制系統(tǒng)的衍射光柵元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的衍射光柵元件包括具有基本上互相平 行的第一表面和第二表面的透明平板；以及一個(gè)相對(duì)第二表面在第一 表面?zhèn)壬闲纬刹⑶一旧吓c第一表面平行的衍射光柵。在-20。C至 十80。C的溫度范圍內(nèi)的任意溫度下，衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變 化的變化率與包圍此衍射光柵元件的媒質(zhì)的折射率的溫度系數(shù)的和為 0。當(dāng)衍射光柵元件應(yīng)用于光學(xué)通信系統(tǒng)的典型環(huán)境溫度范圍-20。C至 十80。C之中時(shí)，上述溫度控制機(jī)構(gòu)可省掉或簡(jiǎn)化。最好，在本發(fā)明的衍射光柵元件中媒質(zhì)是空氣，并且衍射光柵單 位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率為0.63xl(T6/K至1.23xl(T6/K。在此 情況下，在-20。C至+80。C的溫度范圍內(nèi)的任意溫度，在大氣壓力下， 衍射光柵周期的線膨脹系數(shù)，即衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的 變化率，與媒質(zhì)的折射率的溫度系數(shù)的和為0。根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面的衍射光柵元件包括具有基本上互相 平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及一個(gè)相對(duì)第二表面在第 一表面上形成并且基本上與第一表面平行的衍射光柵。此衍射光柵元件置于空氣中；并且衍射光柵的每單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率為0.65xl(T6/K至I.llxl0_6/K。在此情況下，此衍射光柵元件，在密 封氣體或真空中，在-20。C至+80。C的溫度范圍內(nèi)，其最大波長(zhǎng)偏移 為0.04nm或以下。因此，此衍射光柵元件可適用于多波長(zhǎng)信號(hào)光的 光學(xué)頻率間隔為lOOGHz的WDM光學(xué)通信系統(tǒng)。在本發(fā)明的衍射光柵元件中，衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率可為0.80xl(T6/K至0.95xlO K。按照這一衍射光柵元件， 在大氣壓力下，在溫度范圍為-20。C至+80。C時(shí)最大波長(zhǎng)偏移為 0.02nm或以下。因此，此衍射光柵元件可適用于多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué) 頻率間隔為50GHz的WDM光學(xué)通信系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的衍射光柵元件包括具有基本上互相 平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及一個(gè)相對(duì)第二表面在第 一表面上形成并且基本上與第一表面平行的衍射光柵。此衍射光柵密 封于氣體或真空中；并且衍射光柵的每單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變 化率為2.4xlO力K或以下。在此情況下，此衍射光柵元件，在密封或 真空中，在-20。C至+80。C的溫度范圍內(nèi)，其最大波長(zhǎng)偏移為0.04nm 或以下。因此，此衍射光柵元件可適用于多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué)頻率間 隔為lOOGHz的WDM光學(xué)通信系統(tǒng)。在本發(fā)明的衍射光柵元件中，衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化 的變化率可為1.2xlO力K或以下。按照這一衍射光柵元件，在密封或 在真空中，在溫度范圍為-20。C至+80。C時(shí)最大波長(zhǎng)偏移為0.02nm或 以下。因此，此衍射光柵元件可適用于多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué)頻率間隔 為50GHz的WDM光學(xué)通信系統(tǒng)。在本發(fā)明的衍射光柵元件中，衍射光柵可在第一表面上形成。此 衍射光柵也可由第一表面支持。此外，此衍射光柵也可在透明平板中 形成。在根據(jù)本發(fā)明的衍射光柵元件中，透明平板由添加雜質(zhì)的硅玻璃 制作也是優(yōu)選方案。透明平板由添加雜質(zhì)的硅玻璃或結(jié)晶玻璃構(gòu)成也 是優(yōu)選方案。透明平板由多個(gè)具有不同線膨脹系數(shù)的光學(xué)玻璃層疊也 是優(yōu)選方案。另外，透明平板由在厚度方向上添加不同濃度的雜質(zhì)的 硅玻璃制作也是優(yōu)選方案。在透明平板中添加雜質(zhì)的情況下，優(yōu)選的雜質(zhì)是元素Ge、 P和B 中的任何一種。另外，Ti也是優(yōu)選雜質(zhì)。比如，通過(guò)VAD或CVD或 其他類似方法，添加雜質(zhì)，在透明平板上形成的衍射光柵單位長(zhǎng)度周 期對(duì)溫度變化的變化率，即衍射光柵的線膨脹系數(shù)，可獲得所要求的 值。透明平板上形成衍射光柵的部分優(yōu)選地是由硅玻璃制作，并且，在此情況下，在形成衍射光柵時(shí)的加工性能極優(yōu)異。在根據(jù)本發(fā)明的衍射光柵元件中，材料在透明平板的厚度方向上 的分布，即線膨脹系數(shù)的分布，優(yōu)選的情況是對(duì)稱的。在這種情況下， 即使是在溫度改變時(shí)透明平板的扭曲也可受到抑制。此外，優(yōu)選的是 衍射光柵形成于透明平板的厚度方向上的中心。此時(shí)，溫度與光發(fā)射 位置的依賴關(guān)系也減弱。在根據(jù)本發(fā)明的衍射光柵元件的情況下，優(yōu)選的是衍射效率基本 上與偏振不相關(guān)。結(jié)果，即使是在入射光的偏振狀態(tài)不是固定不變的， 入射光衍射的衍射效率也可以是固定不變的，而無(wú)需像通常那樣采用 其他光學(xué)元件(偏振分離元件、偏振組合元件等等)。


圖1為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的剖面圖。圖2示出衍射光柵元件面對(duì)的問題。圖3為示出溫度T與空氣的折射率n的溫度系數(shù)之間的依賴關(guān)系曲線。圖4為示出在溫度范圍為-20。C至+80。C時(shí)最大波長(zhǎng)偏移與衍射 光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a之間的依賴關(guān)系曲線。圖5為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的另一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。圖6為示出衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a和厚度比(t2/tl)的 依賴關(guān)系曲線。圖7為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的再一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。圖8為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的再一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。圖9為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的再一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。圖10為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件2的剖面圖。 圖11為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件3的剖面圖。圖12為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件4的剖面圖。 圖13為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件5的剖面圖。 圖14示出實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的偏振不相關(guān)性 的方法。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
予以詳細(xì)說(shuō)明。在各圖中 同樣的元件或部件賦予同樣的標(biāo)號(hào)，因而此處省略重復(fù)的內(nèi)容。另夕卜， 為了便于說(shuō)明起見，有時(shí)圖中采用xyz笛卡爾坐標(biāo)系。圖1為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的剖面圖。在此圖中示出 的衍射光柵元件1具有一個(gè)透明平板10，此透明平板具有一個(gè)第一表 面IOA和一個(gè)第二表面10B,兩表面基本上互相平行。衍射光柵元件 1具有一個(gè)在第一表面IOA上形成的衍射光柵。衍射光柵元件1與周 圍的媒質(zhì)接觸。在圖1中，衍射光柵元件1的第一表面IOA與媒質(zhì)21 相接觸，并且第二表面10B與媒質(zhì)22相接觸。在第一表面10A上形 成的衍射光柵的光柵方向與y軸方向平行，并且在x軸方向上以周期 A周期地形成凹槽和凸起。此外，在第二表面IOB上以適當(dāng)方式設(shè)置 減反膜。在這種情況下，衍射效率非常優(yōu)異。另外，雖然媒質(zhì)21和 22，比如，是空氣，但這些媒質(zhì)并不限于是空氣。另外，透明平板IO， 比如，是由硅玻璃制作的，但并非必須是硅玻璃。在此衍射光柵元件1中，光線(入射光Li)通過(guò)媒質(zhì)21入射到透 明平板10的第一表面IOA。入射平面與平面xz平行。入射光Li受到 形成于第一表面IOA上的衍射光柵的衍射，在透明平板10內(nèi)傳播并 發(fā)射到與第二表面IOB接觸的媒質(zhì)22。在圖1中，發(fā)射到媒質(zhì)22的 光線表示為衍射光Ld。在圖1中，衍射光Ld表示成為-2級(jí)衍射光 LD_2， -l級(jí)衍射光OX,， O級(jí)衍射光LDo，以及l(fā)級(jí)衍射光LDh另 外，在圖1中，由第一表面IOA反射的光表示為反射光Lr。在圖1 中，反射光Lr表示成為-2級(jí)反射光Lr.2， -l級(jí)反射光Lr-i， 0級(jí)反射 光Lro，以及1級(jí)反射光L^。從透明平板10的第二表面10B發(fā)射的m級(jí)偏振光的衍射角em 可由下面的方程表示其中，e是入射角，X是真空中的波長(zhǎng)，而n是+某質(zhì)21、 22的折 射率。從上面的方程可知，衍射角em取決于波長(zhǎng)x并且因而衍射光柵 元件1，比如，可用作光學(xué)解復(fù)用器或光學(xué)復(fù)用器，或者也可用作色 散調(diào)節(jié)器的一個(gè)組件。另外，當(dāng)溫度T改變時(shí)，將產(chǎn)生下面的問題。圖2示出衍射光柵 元件面對(duì)的問題。 一般，媒質(zhì)21和22的折射率n是溫度T的函數(shù)， 并且因?yàn)檠苌涔鈻诺闹芷贏也是溫度T的函數(shù)，所以衍射角em隨溫 度T而改變。如果，如圖2所示，入射光Li，包含波長(zhǎng)分量A1至A3，分量被光學(xué)元件30(比如，光電二極管、反射鏡等等)所接收，則當(dāng)衍 射角em隨溫度T而改變時(shí)，入射到光學(xué)元件30的光的波長(zhǎng)偏移。因 此，傳統(tǒng)上需要提供一個(gè)可保持衍射光柵元件的溫度恒定的主動(dòng) (active)溫度控制機(jī)構(gòu)。此具體實(shí)施方式
中的衍射光柵元件1可以解決這一 問題。就是說(shuō)， 當(dāng)在溫度T時(shí)求出乘積(nA)(此量是上面方程(l)的右側(cè)的與溫度相關(guān) 的分量)時(shí)，可得到下面的方程如果方程(2)的右側(cè)為0,則乘積(nA)恒定并且與溫度T無(wú)關(guān)。因 此，衍射角em恒定并且與溫度T無(wú)關(guān)。其中，上面的方程(2)的右側(cè)的括號(hào)內(nèi)的第二項(xiàng)是衍射光柵的周期 A的線膨脹系數(shù)a，由下式表示<formula>formula see original document page 12</formula>就是說(shuō)，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a與衍射光柵單位長(zhǎng)度 周期A對(duì)溫度變化的變化率同義。在本說(shuō)明書中，將衍射光柵單位長(zhǎng) 度周期A對(duì)溫度變化的變化率稱為衍射光柵周期A的線膨脹系數(shù)a。另外，上面的方程(2)的右鍘的括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)是媒質(zhì)21、 22的 折射率n的溫度系數(shù)p，由下式表示<formula>formula see original document page 12</formula>因此，如果衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a和媒質(zhì)21、 22的折 射率n的溫度系數(shù)(5之和為0,就是說(shuō)，如果關(guān)系式成立，則衍射角0m恒定并且與溫度T無(wú)關(guān)。采用本具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件，在-20。C至+80。C溫度范 圍內(nèi)的任意溫度下，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a和媒質(zhì)21、 22 的折射率n的溫度系數(shù)p之和為0。結(jié)果，當(dāng)將衍射光柵元件l在典 型的環(huán)境溫度范圍-20。C至+80。C內(nèi)應(yīng)用于光學(xué)通信系統(tǒng)中時(shí)，可以 省掉或簡(jiǎn)化溫度控制機(jī)構(gòu)。下面將對(duì)媒質(zhì)21和22是空氣的情況予以說(shuō)明。圖3為示出溫度 T與空氣的折射率n的溫度系數(shù)p之間在大氣壓力下的依賴關(guān)系曲線。 如圖所示，空氣的折射率n與溫度T的依賴關(guān)系很小并且其值幾乎等 于l。然而，空氣的折射率n的溫度系數(shù)p的變化與溫度T的依賴關(guān) 系很大。另外，如果衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a(單位1/K)是 在以下數(shù)值范圍內(nèi)0.63x0、"I.23xI0一' …(6)則上式(5)在大氣壓力下在-20。C至+80。C溫度范圍內(nèi)的任意溫度 都成立。另夕卜，如果衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)tt是0.89xl(rVK， 則在接近通常的使用溫度25。C時(shí)在大氣壓力下上面的關(guān)系式(5)成立。另外，如圖2所示， 一般，當(dāng)溫度T改變時(shí)，射入光學(xué)元件30 的衍射光的波長(zhǎng)偏移。圖4為示出在溫度范圍為-20。C至+80。C時(shí)最 大波長(zhǎng)偏移與衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a之間的依賴關(guān)系曲線。 此圖示出當(dāng)波長(zhǎng)X分別為1.3nm、 1.5nm和1,7nm時(shí)的情況。另外，在 WDM光學(xué)通信系統(tǒng)中，波長(zhǎng)帶等于或小于波長(zhǎng)1.7|liiii，并且一般用 作信號(hào)光波長(zhǎng)帶。在WDM光學(xué)通信系統(tǒng)中的多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué)頻率間隔是 100GHz時(shí)，在大氣壓力下在溫度范圍-20。C至+80。C內(nèi)，最大波長(zhǎng)偏 移為0.04nm或以下。因此，根據(jù)圖4，衍射光柵的周期A的線膨脹系 數(shù)a(單位1/K)可在以下的數(shù)值范圍內(nèi)0.65x10" <"1.11潛6 …(7)此外，在多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué)頻率間隔是50GHz時(shí)，在大氣壓 力下在溫度范圍-20。C至+80。C內(nèi)，最大波長(zhǎng)偏移必定是0.02nm或以 下。因此，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a(單位:1/K)可在以下的 數(shù)值范圍內(nèi)0.80x10" <a <0.95xl0-6如上所述，因?yàn)檠苌涔鈻诺闹芷贏的線膨脹系數(shù)a是在一個(gè)合適 的范圍內(nèi)，本具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1在溫度范圍-20。C至 +80°C內(nèi)可以滿足對(duì)WDM光學(xué)通信系統(tǒng)的精度要求，并且因而溫度控制機(jī)構(gòu)可以省掉或簡(jiǎn)化。請(qǐng)注意，所要求的精度隨著多波長(zhǎng)信號(hào)光 的波長(zhǎng)帶和光學(xué)頻率間隔而改變。下面對(duì)實(shí)現(xiàn)衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a的要求值的方法予 以說(shuō)明。第一種方法是將一種雜質(zhì)(Ge、 P和B或其他類似的元素)添 加到硅玻璃之中以形成透明平板10。硅玻璃的線膨脹系數(shù)為 0.5x1(TVK，并且是在上述數(shù)值范圍之外。然而，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定添加到 硅玻璃中的雜質(zhì)的添加劑濃度，可以實(shí)現(xiàn)硅玻璃的線膨脹系數(shù)的要求 值。比如，當(dāng)添加到硅玻璃中的雜質(zhì)是Ge(Ge添加劑濃度為Mce(單 位moP/。))時(shí)，硅玻璃的線膨脹系數(shù)a(單位1/K)可用下面的關(guān)系式 表示ar = 0.5x10—+0.076 xlCT6/^ ("因此，為了實(shí)現(xiàn)由上式(6)表示的線膨脹系數(shù)a的數(shù)值范圍，Ge 添加劑濃度Mce可為1.7mol。/o到9.6mol%。此外，為了實(shí)現(xiàn)由上式(8) 表示的線膨脹系數(shù)a的數(shù)值范圍，Ge添加劑濃度Mce可為3.9mol% 到5.9mol%。同樣，當(dāng)添加的是Ge以外的另一種雜質(zhì)(P、 B或類似的元素)時(shí)， 通過(guò)適當(dāng)設(shè)定添加劑濃度，可以實(shí)現(xiàn)硅玻璃的線膨脹系數(shù)的要求值。 另外，當(dāng)考慮透明平板10的生產(chǎn)率時(shí)，在硅玻璃中添加多種類型的雜 質(zhì)是合適的。另外，制作可利用，比如，VAD或CVD進(jìn)行。作為實(shí)現(xiàn)衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a的要求值的第二種方 法是將線膨脹系數(shù)不同的多種硅玻璃層疊而形成透明平板10。圖5為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的另一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。在此圖中 示出的衍射光柵元件1中，透明平板10是通過(guò)順次疊置的三片光學(xué)玻 璃11至13而制作的。光學(xué)玻璃11與媒質(zhì)21相接觸，光學(xué)玻璃13 與媒質(zhì)22相接觸，而光學(xué)玻璃12插在光學(xué)玻璃11和光學(xué)玻璃13之 間。另外，線膨脹系數(shù)在透明平板10的厚度方向上的分布適當(dāng)?shù)貙?duì) 稱。在此情況下，透明平板10的扭曲的發(fā)生，即使是在溫度改變時(shí)也 會(huì)受到抑制。假設(shè)光學(xué)玻璃11和13每個(gè)都具有厚度t1/2，楊氏模量 是El,泊松比是vl，并且線膨脹系數(shù)是al。讓我們還假設(shè)對(duì)于光學(xué) 玻璃12的厚度為t2，楊氏模量是E2，泊松比是v2，并且線膨脹系數(shù) 是a2。于是，透明平板10的線膨脹系數(shù)(即，衍射光柵的周期A的線 膨脹系數(shù)a)由下式表示
<formula>formula see original document page 15</formula>(10)
另外，因?yàn)楣鈱W(xué)玻璃11至13中的每一個(gè)的厚度由于衍射光柵的 凹槽和凸起的厚度之故而足夠大，可以忽略衍射光柵的凹槽和凸起產(chǎn) 生的影響。
另夕卜，光學(xué)玻璃11和光學(xué)玻璃13形成衍射光柵的加工性能極優(yōu) 異是合適的。光學(xué)玻璃12的物質(zhì)性及厚度可適當(dāng)?shù)卦O(shè)定而使衍射光柵 的周期A的線膨脹系數(shù)a獲得按照上述方程(10)所要求的值。比如，光 學(xué)玻璃11和光學(xué)玻璃13適合地由硅玻璃制作。此外，由添加Ge作 為雜質(zhì)的硅玻璃適合地制作光學(xué)玻璃12。
圖6為示出衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a和厚度比(t2/tl)的 依賴關(guān)系曲線。其中，添加到光學(xué)玻璃12中的雜質(zhì)是Ge，并且添加 劑濃度分別設(shè)定為10mol。/。和15mol%。從此圖可知，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定 雜質(zhì)添加劑濃度和光學(xué)玻璃12的濃度，可使衍射光柵的周期A的線膨 脹系數(shù)oi獲得要求的值。
此處，當(dāng)光學(xué)玻璃11和13的折射率和光學(xué)玻璃12的折射率之間的差異很大時(shí)，光在這些光學(xué)玻璃中間的界面上的反射很大并且因 而衍射效率很低。因此，為了抑制在界面上的反射，折射率差最好是較小。當(dāng)光學(xué)玻璃ll和13是硅玻璃而光學(xué)玻璃12是Ge添加劑濃度 為15molVo的硅玻璃時(shí)，折射率差極小，為0.022，并且因而可以抑制 在界面上的反射。為了將光學(xué)玻璃11至13粘貼在一起使用粘合劑。這一粘合劑的 折射率最好是也接近光學(xué)玻璃11至13的折射率。也可以應(yīng)用陽(yáng)極 (anode bonding)結(jié)合來(lái)將光學(xué)玻璃11至13粘貼在一起。在此情況 下，不需要粘合劑，并且因而不會(huì)產(chǎn)生粘合劑的線性膨脹的影響。作為實(shí)現(xiàn)衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a的要求值的第三種方 法是透明平板10可以由在厚度方向上以不同濃度添加雜質(zhì)(Ge、 P和 B等等)的硅玻璃制作。圖7為此具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的另 一個(gè)組成例的說(shuō)明圖。此圖示出在透明平板10的厚度方向上Ge的添 加劑濃度分布。在具有圖中所示的Ge添加劑濃度分布的衍射光柵元 件1的情況下，透明平板10在分別包含第一表面10A和第二表面10B 的相鄰區(qū)域中是硅玻璃，并且在中間區(qū)域添加Ge作為雜質(zhì)。透明平 板10的制作可利用VAD或CVD等等進(jìn)行。在此情況下，線膨脹系數(shù)分布在透明平板10的厚度方向上適當(dāng) 地對(duì)稱。采用具有對(duì)稱的線膨脹系數(shù)分布的衍射光柵元件1即使是在 溫度改變時(shí)也可抑制透明平板10的扭曲的產(chǎn)生。透明平板10的線膨脹系數(shù)(即，衍射光柵的周期八的線膨脹系數(shù) a)由下式表示<formula>formula see original document page 16</formula>(ll)其中，1是透明平板10的厚度，而第二表面10B的z坐標(biāo)值是0。分別包含第一表面IOA和第二表面10B的相鄰區(qū)域是硅玻璃， 并且因而用來(lái)形成衍射光柵的加工性能適當(dāng)?shù)貥O優(yōu)異。根據(jù)上式(ll) 適當(dāng)設(shè)定雜質(zhì)添加劑濃度和厚度，可使衍射光柵的周期A的線膨脹系 數(shù)a獲得所要求的值。另外，通過(guò)在厚度方向上平滑地改變雜質(zhì)濃度， 可使折射率在厚度方向上平滑地改變。結(jié)果，在顯示折射率變化的部 分中光的反射可得到抑制。作為實(shí)現(xiàn)衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a的要求值的第四種方 法，衍射光柵可通過(guò)在透明平板10的一面上形成薄膜然后進(jìn)行刻蝕而 形成。就是說(shuō)，衍射光柵可由透明平板10的一個(gè)表面(第一表面IOA) 支持。圖8和圖9為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的再一個(gè)組成例 的說(shuō)明圖。在這些附圖中示出的衍射光柵元件1中，透明平板IO是由 其中添加，比如，元素Ge或Ti等作為雜質(zhì)的硅玻璃制作。在圖8中示出的衍射光柵元件1，是通過(guò)在透明平板10的一面上 藉助汽相淀積單層薄膜10a然后藉助圖形化刻蝕在周期A圖形上留下 薄膜10a而形成的衍射光柵。就是說(shuō)，在圖8中示出的衍射光柵元件 1，具有在透明平板10的一個(gè)表面(第一表面IOA)上形成的衍射光柵。 衍射光柵元件1具有一個(gè)由透明平板10的一個(gè)表面(第一表面IOA)直 接支持的衍射光柵。在圖9中示出的衍射光柵元件1是通過(guò)在透明平板10的一面上 藉助蒸汽淀積多層薄膜10a、 10b和10c，然后藉助圖形化刻蝕在周期 A圖形上留下薄膜10a、 10b而形成的衍射光柵。就是說(shuō)，在圖9所示 的衍射光柵元件1的情況下，衍射光柵是通過(guò)薄膜l(k由透明平板10 的一個(gè)表面(第一表面IOA)支持的。在此衍射光柵元件1中，可通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)添加到透明平板10中 的雜質(zhì)的添加劑濃度而使衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a獲得所要 求的值。另外，在此情況下，甚至在對(duì)透明平板10進(jìn)行刻蝕很困難時(shí)， 通過(guò)適當(dāng)選擇在一個(gè)表面上形成的薄膜的材料，也可很容易地形成衍 射光柵。此外，特別是在圖9所示的衍射光柵元件1的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇每個(gè)薄膜10a、 10b和10c的折射率可以使衍射特性與偏振 的依賴關(guān)系在很寬的波長(zhǎng)帶中減弱。在對(duì)具體實(shí)施方式
的上述說(shuō)明中，是假設(shè)了衍射光柵元件1是置 于大氣壓力下并且媒質(zhì)21和22是大氣壓力下的氣體。然而，有時(shí)衍 射光柵元件l是密閉在封裝中。在此情況下，溫度的改變會(huì)導(dǎo)致氣體 壓力的改變，并且氣體折射率會(huì)由于壓力的這一改變而改變。下面將 對(duì)衍射光柵元件1是密封的情況予以說(shuō)明。此具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1，不僅用作光學(xué)解復(fù)用器或光 學(xué)復(fù)用器，而且在WDM光學(xué)通信系統(tǒng)中適合地用作光學(xué)模塊的組件， 如色散調(diào)節(jié)器、頻譜檢測(cè)器和光學(xué)濾波器。另夕卜，在這些光學(xué)模塊中， 衍射光柵元件l有時(shí)是與半導(dǎo)體部件，如激光二極管、光電二極管和 MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))， 一起在一個(gè)封裝中提供的。另外， 一般講，半 導(dǎo)體部件是密封的，以防止由于氫氣和水蒸氣的作用引起的老化。另外，還有，在不包含半導(dǎo)體部件的光學(xué)模塊中，通過(guò)密封抑制外來(lái)物 質(zhì)粘附到衍射光柵元件1上，可以保持良好的特性。下面示出通過(guò)密 封來(lái)減小衍射特性與溫度的依賴關(guān)系的具體示例。 氣體的折射率n—般由下式表示,'=I + An...(12)其中，An表示與真空的折射率的差值。An隨氣體而異。當(dāng) 為0。C時(shí)，He、 Ne、 Ar和N2，在一個(gè)大氣壓力下的值為He = 0.35x1 (TNe A"-0.67xl0-Ar 2.84x10—N2 An = 2.97x10—…(13a) …(13b) …(13c) …(13d)當(dāng)溫度或壓力改變時(shí)，An基本上與氣體密度成正比地改變。假\
設(shè)在密封時(shí)氣體密度為pO，在密封時(shí)氣體溫度為TO，并且氣體的體膨 脹系數(shù)是Y。此處，在溫度T時(shí)氣體的折射率n可由下式表示
<formula>formula see original document page 19</formula>在溫度T時(shí)氣體的密度p由下式表示<formula>formula see original document page 19</formula>
相應(yīng)地，在密封時(shí)氣體的折射率的溫度系數(shù)(5由下式表示<formula>formula see original document page 19</formula>
在容納并密封衍射光柵元件l(及半導(dǎo)體部件)的封裝材料是 Al(鋁)，封裝的線膨脹系數(shù)是23xl(rV。C，并且因而封裝內(nèi)的氣體的體 膨脹系數(shù)Y是69xl0-V。C(-3x23xl(T6)。相應(yīng)地，當(dāng)氣體是He時(shí)，在 密封情況下的氣體的折射率的溫度系數(shù)P為-0.024xlO力。C，并且對(duì)于 N2氣體是-0.20xlO力oC。
密封情況下的氣體的折射率的溫度系數(shù)p的這個(gè)值的絕對(duì)值也 比硅玻璃的線膨脹系數(shù)5xlO力。C小一個(gè)或多個(gè)數(shù)位(digit)。另夕卜， 在大氣壓力下，氣體的體膨脹系數(shù)反比于絕對(duì)溫度并且，比如，在0。C 時(shí)為3.7xlO力。C(-l/273)。因此，利用Al封裝密封的氣體的體膨脹系
數(shù)Y的絕對(duì)值也比在大氣壓力下的體膨脹系數(shù)小兩個(gè)或更多個(gè)數(shù)位。
與衍射光柵元件1置于大氣壓力情況下相比較，在衍射光柵元件 1以這種方式密封時(shí)，氣體(媒質(zhì)21和22)的折射率n的溫度系數(shù)p小并且溫度系數(shù)p與溫度依賴關(guān)系也很小，因此衍射光柵的周期A的線 膨脹系數(shù)a的合適范圍也改變。
在衍射光柵元件1應(yīng)用于不帶溫度調(diào)節(jié)的WDM光學(xué)通信系統(tǒng)中 的情況下，當(dāng)多波長(zhǎng)信號(hào)光的光學(xué)頻率間隔是100GHz時(shí)，對(duì)每個(gè)單 位溫度改變的衍射光柵的波長(zhǎng)偏移最好是0.4pm/。C或以下(在-20。C 至+80。C溫度范圍內(nèi)波長(zhǎng)偏移等于或小于0.04nm)。另外，當(dāng)多波長(zhǎng) 信號(hào)光的光學(xué)頻率間隔是50GHz時(shí)，對(duì)每個(gè)單位溫度改變^衍射光 柵的波長(zhǎng)偏移最好是0.2pm/。C或以下(在-20。C至+80。C溫度范圍內(nèi)波 長(zhǎng)偏移等于或小于0.02nm)。請(qǐng)注意，所要求的精度隨著多波長(zhǎng)信號(hào) 光的波長(zhǎng)帶和光學(xué)頻率間隔等等而改變。
此處，對(duì)每個(gè)單位溫度改變的衍射光柵的波長(zhǎng)偏移可由下式表
示
一般在WDM光學(xué)通信系統(tǒng)中使用的信號(hào)光的波長(zhǎng)是1.7jam或 以下，并且因此，為了使信號(hào)光波長(zhǎng)帶的整個(gè)范圍的波長(zhǎng)偏移等于 0.4pm/。C或以下(或0.2pm/°C)，可滿足下面的條件
|" +々^ 0.4[pm / 。C]力.7[,z m] = 2.4 x 10-7[/。C]…(18a)
|a + *0.2[pm/。CKl-7[."m]= 1.2x10一7[/。C]
…(18b)
上述方程(18)右側(cè)的值大致比衍射光柵元件1密封時(shí)氣體的折射 率n的溫度系數(shù)[5大一個(gè)數(shù)位。同樣，在使用由具有大的線膨脹系數(shù) 的材料，如A1(鋁)，制作的封裝時(shí)，如果衍射光柵元件1是密封于此 封裝內(nèi)，則可以忽略氣體(媒質(zhì)21和22)的折射率n的溫度系數(shù)p。因 此，也包括封裝內(nèi)部是真空的情況，當(dāng)光學(xué)頻率間隔分別是lOOGHz和50GHz時(shí)，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a可滿足下面的條件:
|"|".4xi(r7[/°c] …(19a)
jal引.2xlO匿7[/。C] …(19b)
另外，甚至在密封情況下，當(dāng)線膨脹系數(shù)很大，比如在密封封裝 的材料是樹脂時(shí)，考慮到衍射光柵元件1是密封時(shí)的氣體的折射率的
溫度系數(shù)P，上述方程(18a)和(18b)必須滿足。
在衍射光柵元件1是密封的情況下，衍射光柵的周期A的線膨脹 系數(shù)a必須比硅玻璃的線膨脹系數(shù)(5xlO力。C)小。為了達(dá)到這一點(diǎn)， 使用結(jié)晶玻璃作為透明平板IO是適宜的。另外，使用添加元素Ti的 硅玻璃作為透明平板10是適宜的。在使用結(jié)晶玻璃時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)晶度 和在使用添加Ti的硅玻璃時(shí)調(diào)節(jié)添加的Ti的量，可使線膨脹系數(shù)獲 得，比如，從-20xlO力。C至+5xlO力。C范圍內(nèi)的值。另外，基本上無(wú) 熱膨脹的玻璃用作透明平板10是合適的。另外，在圖5所示的構(gòu)造中， 硅玻璃可用作光學(xué)玻璃11和13，而具有負(fù)線膨脹系數(shù)的玻璃可用作 光學(xué)玻璃12。
上述的具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1具有在透明平板10的一 個(gè)表面之中或之上形成的衍射光柵。然而，衍射光柵可以在內(nèi)部形成 并基本上與透明平板的表面處于平行狀態(tài)。下面將對(duì)在透明平板內(nèi)部 形成的衍射光柵的衍射光柵元件予以說(shuō)明。
圖10為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件2的剖面圖。在此圖中示 出的衍射光柵元件2具有一個(gè)在透明平板之中形成的衍射光柵10a， 此透明平板具有一個(gè)第一表面IOA和一個(gè)第二表面IOB，兩表面互相 平行并分別與媒質(zhì)21和22相接觸，基本上與第一表面IOA相平行。 透明平板10是添加有，比如，元素Ge或Ti的硅玻璃。衍射光柵10a 形成于透明平板10的厚度方向上(z軸方向上)的中心，是一垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且是在x軸方向上使光柵方向平行于y軸以周期A周期地形 成的，此外，在第一表面IOA和第二表面IOB上分別適當(dāng)?shù)匦纬蓽p反 膜。同樣，在衍射光柵元件2的情況下，在衍射光柵元件置于大氣壓 力下時(shí)，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a滿足上述方程(5)至(8)中的 任意一個(gè)，而當(dāng)衍射光柵元件密封時(shí)，滿足上述方程(18a)或(18b)。衍 射光柵元件2的衍射角與溫度的依賴關(guān)系與前面所述的在第一表面 10A中間或上面形成衍射光柵的衍射光柵元件1以同樣的方式減小。
此外，當(dāng)衍射光柵元件2應(yīng)用于一般可以得到高衍射效率的布喇 格條件下時(shí)，光從第二表面IOB發(fā)射的位置與溫度的依賴關(guān)系也受到 抑制。就是說(shuō)，假設(shè)光從媒質(zhì)21入射到第一表面10A(入射光Li)的入 射角是e，此光線的波長(zhǎng)是X,衍射光柵的周期是A，并且媒質(zhì)21和 22的折射率是n，則對(duì)m級(jí)的衍射光(在圖10中衍射光以Ld表示) 的布喇格條件以下式表示<formula>formula see original document page 22</formula>
在布喇格條件下，入射角和衍射角的絕對(duì)值相等符號(hào)相反。另外，
衍射光柵10a形成于透明平板10的厚度方向(z軸方向)的中心以便產(chǎn) 生垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，在x軸方向上，光通過(guò)第二表面IOB發(fā)射的 位置P2等于光入射到第一表面10A的位置Pl。假設(shè)在上述方程(20) 中的乘積(nA)與溫度的依賴關(guān)系不再存在，因?yàn)楣馊肷涞降谝槐砻?IOA的位置PI與溫度無(wú)關(guān)，而布喇格條件永遠(yuǎn)滿足，不管溫度如何， 并且因而在光經(jīng)過(guò)第二表面10B發(fā)射的位置P2與溫度不存在任何關(guān) 系。因此，如果組成上述方程(20)中的溫度依賴關(guān)系成分的乘積(nA) 與溫度的依賴關(guān)系減小，則不僅可能減弱衍射角與溫度的依賴關(guān)系， 而且也可以減小發(fā)射位置P2與溫度的依賴關(guān)系。
圖11為具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件3的剖面圖。在此圖中示 出的衍射光柵元件3是前面介紹過(guò)的衍射光柵元件2的變型示例，其中的透明平板IO是由順次疊置的三片光學(xué)玻璃ll至13組成的。衍射 光柵元件3的三片光學(xué)玻璃11至13與圖5中示出的組成類似。比如， 在中心處的光學(xué)玻璃12和在其兩邊的光學(xué)玻璃11和13每一個(gè)都是由 添加了，比如，元素Ge或Ti的硅玻璃制作的。衍射光柵10a形成于 光學(xué)玻璃12的厚度方向(z軸方向)上的中心處，是一垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)， 并且是在x軸方向上使光柵方向平行于y軸以周期A周期地形成的。 此外，在光學(xué)玻璃11和13上分別適當(dāng)?shù)卦O(shè)置減反膜。同樣，在衍射 光柵元件3的情況下，在衍射光柵元件置于大氣壓力下時(shí)，衍射光柵 的周期A的線膨脹系數(shù)a滿足上述方程(5)至(8)中的任意一個(gè)，而當(dāng)衍 射光柵元件密封時(shí)，滿足上述方程(18a)或(18b)。與前面說(shuō)明過(guò)的衍射 光柵元件2類似，在使用衍射光柵元件3時(shí)，如果衍射角與溫度的依 賴關(guān)系減小，則衍射角與溫度的依賴關(guān)系可以減弱，而且發(fā)射位置與 溫度的依賴關(guān)系也可以減小。
下面詳細(xì)介紹衍射光柵元件2和3的制作。將另外一片雙面光滑 的透明玻璃粘合到在一個(gè)其表面上通過(guò)刻蝕或類似方法形成有衍射光 柵的透明玻璃的衍射光柵表面。將衍射光柵元件2的透明平板10或衍 射光柵元件3的光學(xué)玻璃12粘合到一起?；蛘?，在一個(gè)在其中通過(guò)刻
通過(guò)藉助蒸汽淀積高折射率材料，如TiCh、 Ta20s或Nb;j05嵌入的光 柵槽，然后將另外一片雙面光滑的透明玻璃粘合到此衍射光柵一面。 可將衍射光柵元件2的透明平板10或衍射光柵元件3的光學(xué)玻璃12 粘合在一起。在后一種情況下，因?yàn)檎麄€(gè)衍射光柵一面是堅(jiān)實(shí)的，粘 合是很順暢的。另外，在后一種情況下，在通過(guò)高折射率材料嵌入之 后實(shí)施表面處理(如打磨)時(shí)，粘合工作更容易，因而是合適的。
圖12為按照此具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件4的剖面圖。在此 圖中示出的衍射光柵元件4中，透明平板10具有一個(gè)在插在光學(xué)玻璃 11和光學(xué)玻璃12中間的區(qū)域中形成的衍射光柵。此衍射光柵這樣構(gòu) 成即在x軸方向上以周期A交替地提供媒質(zhì)14a和媒質(zhì)14b。
此外，圖13為此具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件5的剖面圖。在此圖中示出的衍射光柵元件5中，透明平板10是由在插在光學(xué)玻璃 11和光學(xué)玻璃12中間的區(qū)域中順次形成的薄膜15至18組成的，并 且在薄膜16和17中間形成衍射光柵。此衍射光柵這樣構(gòu)成，即在x 軸方向上以周期A交替地提供媒質(zhì)14a和媒質(zhì)14b。這些衍射光柵元件4和5也一樣，在衍射光柵元件置于大氣壓力 下時(shí)，衍射光柵的周期A的線膨脹系數(shù)a滿足上述方程(5)至(8)中的任 意一個(gè)?；蛘?，當(dāng)衍射光柵元件密封時(shí)，滿足上述方程(18a)或(18b)。 與前面說(shuō)明過(guò)的衍射光柵元件2類似，在使用衍射光柵元件4和5時(shí)， 如果衍射角與溫度的依賴關(guān)系減小，則衍射角與溫度的依賴關(guān)系可以 減弱，而且發(fā)射位置與溫度的依賴關(guān)系也可以減小。這些衍射光柵元件4和5的衍射效率也可以在更寬的波長(zhǎng)帶內(nèi)提 高。另外，衍射光柵元件4和5與偏振的依賴關(guān)系可以得到抑制，并 且，因?yàn)橐虼司筒恍枰谘苌涔鈻旁夥珠_提供偏振分離元件、 偏振組合元件等等，就可以消除由于這一偏振分離元件或偏振組合元 件等等的偏振分離和組成與溫度的依賴關(guān)系所產(chǎn)生的影響。另外，在衍射光柵元件5的情況下，在正常情況下，因?yàn)楸∧?5 至18和媒質(zhì)14a和4某質(zhì)14b足夠薄并且?guī)缀醪粫?huì)影響透明平板10的 線膨脹系數(shù)，這些部件不需要垂直對(duì)稱。上面介紹了衍射光柵元件單元和溫度的依賴關(guān)系的抑制問題。一 般講，有時(shí)此衍射光柵元件與其他光學(xué)元件一起使用。比如，當(dāng)入射 光的偏振狀態(tài)不是固定不變時(shí)，衍射光柵元件與偏振分離元件、偏振 旋轉(zhuǎn)元件和偏振組合元件一起使用。在此情況下，入射光是由偏振分 離元件進(jìn)行偏振分離以便產(chǎn)生兩個(gè)偏振面互相正交的直線偏振光部 件。在兩個(gè)經(jīng)過(guò)偏振分離的直線偏振光部件的光線中， 一個(gè)偏振面由 偏振旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)90。以生成同一取向的直線(linear)偏振光，并且 之后射入衍射光柵元件進(jìn)行衍射。在兩個(gè)經(jīng)過(guò)衍射光柵元件衍射的直 線偏振光部件的光線中， 一個(gè)偏振面由另一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)90° 以生成偏振面互相正交的直線偏振光，并且之后此光線由偏振組合元 件進(jìn)行偏振組合而發(fā)射。在此情況下，除了在衍射光柵元件中溫度依賴關(guān)系受到抑制之 外，其他的光學(xué)元件(偏振分離元件、偏振組合元件以及偏振旋轉(zhuǎn)元件) 一般也是溫度相關(guān)的，并且因而需要溫度控制機(jī)構(gòu)。然而，當(dāng)溫度控 制負(fù)載對(duì)其他光學(xué)元件很大時(shí)，對(duì)于衍射光柵元件省掉或簡(jiǎn)化溫度控 制機(jī)構(gòu)的意義減小。因此，此具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1是一個(gè)其溫度依賴性受 到抑制并且衍射效率的偏振依賴關(guān)系也受到抑制的適合的衍射光柵元 件。相應(yīng)地，甚至當(dāng)入射光的偏振狀態(tài)不是固定不變時(shí)，入射光也可 以由衍射光柵元件1以恒定衍射效率單獨(dú)進(jìn)行衍射，不需要使用上述 其他光學(xué)元件(偏振分離元件、偏振合成元件及偏振旋轉(zhuǎn)元件)，圖14示出實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方式
的衍射光柵元件1的偏振不相關(guān)性 的方法。圖14示出0級(jí)衍射光Ldo和1級(jí)衍射光衍射光Ldb比如， 讓我們假設(shè)，如圖14所示，衍射光柵的剖面具有矩形凹槽和凸起，周 期A是1.55pm，凸起條的高度H是3.72nm，并且凸起條的寬度W和 周期A的比(W/A)是0.66。假設(shè)透明平板10是由珪玻璃構(gòu)成的并且媒 質(zhì)21和22是空氣。另外，讓我們假設(shè)在透明平板10的第二表面10B 上形成不反射涂層。此處，假設(shè)從媒質(zhì)21射入到第一表面10A的光 的波長(zhǎng)是1.55pm，并且入射角e是30°，則TE偏振光和TM偏振光 的衍射效率大約為98%，并且衍射效率基本上是與偏振不相關(guān)的。在上述的優(yōu)選實(shí)施例中對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行了描述和說(shuō)明，但 是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很顯然，不脫離上述原理可以對(duì)本發(fā) 明在設(shè)置和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。因此，我們要求對(duì)權(quán)利要求的精神和范 圍內(nèi)的所有的變化和改變的權(quán)利。工業(yè)可應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光柵元件，當(dāng)衍射光柵元件應(yīng)用于光學(xué) 通信系統(tǒng)的典型環(huán)境溫度范圍-20。C至+80。C之中時(shí)，溫度控制機(jī)構(gòu) 可省掉或簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種衍射光柵元件，包括具有基本上互相平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及相對(duì)于第二表面在第一表面?zhèn)壬闲纬傻牟⑶一旧吓c第一表面平行的衍射光柵；其中，在-20℃至+80℃的溫度范圍內(nèi)的任意溫度下，衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率與包圍此衍射光柵元件的媒質(zhì)的折射率的溫度系數(shù)的和為0。
2. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在第一表 面上形成的。
3. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是由第一表 面支持的。
4. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明平 板中形成的。
5. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由添加了 雜質(zhì)的硅玻璃制作的。
6. 如權(quán)利要求5所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是Ge、 P和B 中的任意一種元素。
7. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由添加了 雜質(zhì)的硅玻璃或結(jié)晶玻璃制作的。
8. 如權(quán)利要求7所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是元素Ti。
9. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中透明平板是將具有不 同的線膨脹系數(shù)的多種光學(xué)玻璃層疊而組成的。
10. 如權(quán)利要求9所述的衍射光柵元件，其中形成衍射光柵的透 明平板部分是由硅玻璃制作的。
11. 如權(quán)利要求9所述的衍射光柵元件，其中材料在透明平板的 厚度方向上的分布是對(duì)稱的。
12. 如權(quán)利要求11所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明平板的厚度方向上在中心處形成的。
13. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由在厚 度方向上以不同的濃度添加雜質(zhì)的硅玻璃形成的。
14. 如權(quán)利要求13所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是Ge、 P和 B中的任意一種元素。
15. 如權(quán)利要求13所述的衍射光柵元件，其中形成衍射光柵的透 明平板部分是由硅玻璃制作的。
16. 如權(quán)利要求13所述的衍射光柵元件，其中材料在透明平板的 厚度方向上的分布是對(duì)稱的。
17. 如權(quán)利要求16所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明 平板的厚度方向上在中心處形成的。
18. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中衍射效率基本上是 偏振不相關(guān)的。
19. 如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中 媒質(zhì)是空氣；并且衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率為0,63xl(T6/K至 1.23xlO-6/K。
20. —種衍射光柵元件，包括具有基本上互相平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及 相對(duì)于第二表面在第一表面?zhèn)壬闲纬刹⑶一旧吓c第一表面平行的衍射光柵； 其中所述衍射光柵元件置于空氣中；并且衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率為0.65xlO力K至 l.llxl06/K。
21. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在第一 表面上形成的。
22. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是由第一 表面支持的。
23. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明 平板中形成的。
24. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由添加 了雜質(zhì)的硅玻璃制作的。
25. 如權(quán)利要求24所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是Ge、 P和 B中的任意一種元素。
26. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中透明平板是將具有 不同的線膨脹系數(shù)的多種光學(xué)玻璃層疊而組成的。
27. 如權(quán)利要求26所述的衍射光柵元件，其中形成衍射光柵的透 明平板部分是由硅玻璃制作的。
28. 如權(quán)利要求26所述的衍射光柵元件，其中材料在透明平板的 厚度方向上的分布是對(duì)稱的。
29. 如權(quán)利要求28所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明 平板的厚度方向上在中心處形成的。
30. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由在厚 度方向上以不同的濃度添加雜質(zhì)的硅玻璃形成的。
31. 如權(quán)利要求30所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是Ge、 P和 B中的任意一種元素。
32. 如權(quán)利要求30所述的衍射光柵元件，其中形成衍射光柵的透 明平板部分是由硅玻璃制作的。
33. 如權(quán)利要求30所述的衍射光柵元件，其中材料在透明平板的 厚度方向上的分布是對(duì)稱的。
34. 如權(quán)利要求33所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明 平板的厚度方向上在中心處形成的。
35. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中衍射效率基本上是 偏振不相關(guān)的。
36. 如權(quán)利要求20所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵單位長(zhǎng)度 周期對(duì)溫度變化的變化率為0.80xlO力K至0.95xlO力K。
37. —種衍射光柵元件，包括具有基本上互相平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及 相對(duì)于第二表面在第一表面上形成并且基本上與第一表面平行的衍射光柵；其中所述衍射光柵元件置于密封的氣體或真空中；并且 衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率為2.4xio力K或以下。
38. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵單位長(zhǎng)度 周期對(duì)溫度變化的變化率為1.2xlO力K或以下。
39. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在第一 表面上形成的。
40. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是由第一 表面支持的。
41. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明 平板中形成的。
42. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中透明平板是由添加 了雜質(zhì)的硅玻璃或結(jié)晶玻璃制作的。
43. 如權(quán)利要求42所述的衍射光柵元件，其中雜質(zhì)是元素Ti。
44. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中透明平板是將具有 不同的線膨脹系數(shù)的多種光學(xué)玻璃層疊而組成的。
45. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中形成衍射光柵的透 明平板部分是由硅玻璃制作的。
46. 如權(quán)利要求44所述的衍射光柵元件，其中材料在透明平板的 厚度方向上的分布是對(duì)稱的。
47. 如權(quán)利要求46所述的衍射光柵元件，其中衍射光柵是在透明平板的厚度方向上在中心處形成的。
48. 如權(quán)利要求37所述的衍射光柵元件，其中衍射效率基本上是 偏振不相關(guān)的。
全文摘要
本發(fā)明可提供一種允許省掉或簡(jiǎn)化溫度控制系統(tǒng)的衍射光柵元件。本發(fā)明的衍射光柵元件包括具有基本上互相平行的第一表面和第二表面的透明平板；以及一個(gè)相對(duì)第二表面在第一表面上形成并且基本上與第一表面平行的衍射光柵。在-20℃至+80℃的溫度范圍內(nèi)的任意溫度下，衍射光柵單位長(zhǎng)度周期對(duì)溫度變化的變化率與包圍此衍射光柵元件的媒質(zhì)的折射率的溫度系數(shù)的和為0。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101241202SQ20071019436
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者鹽崎學(xué), 茂原政一 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社