專利名稱:光波導(dǎo)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如光纖、薄膜波導(dǎo)等等的光波導(dǎo)，且更具體地說(shuō)，是涉及用于在預(yù)定的部分在周期性地改變折射率的同時(shí)產(chǎn)生衍射光柵的波導(dǎo)部件、其中具有衍射光柵的光波導(dǎo)、和用于生產(chǎn)其的方法。
背景技術(shù)：
有很多種作為光部件來(lái)制作衍射光柵的方式。當(dāng)用在諸如光通信系統(tǒng)中時(shí)，特別適用的一種，是這樣一種光波導(dǎo)，即它容易與另一光波導(dǎo)相連接，且其中帶有衍射光柵以降低插入損耗。
制作帶有衍射光柵的光波導(dǎo)的傳統(tǒng)已知方法，諸如在Japanese Laid-open Patent Application No.62-500052中所描述的。該方法以這樣的方式制作衍射光柵，即形成帶有摻雜有二氧化鍺的高折射率芯的石英基光纖，且該光纖隨后受到強(qiáng)紫外線的照射以在芯中產(chǎn)生周期性的折射率改變，從而形成衍射光柵。
對(duì)于帶有衍射光柵的光波導(dǎo)，其反射率是一個(gè)重要的特性，它取決于衍射光柵的長(zhǎng)度(即芯中折射率被周期地改變的區(qū)域的長(zhǎng)度)和光致折射率改變，如從以下公式(1)可見(jiàn)R＝tanh2(L·π·Δnυν/λ)(1)
在此公式中，R代表反射率，L為芯中形成的衍射光柵的長(zhǎng)度，Δnυν是由于紫外光而引起的折射率改變(光致折射率改變)，且λ是反射波長(zhǎng)。另外，tanh表示雙曲正切函數(shù)。
已知由于紫外光照射而引起的折射率改變是由與玻璃中的鍺有關(guān)的玻璃缺陷引起的。然而，當(dāng)用于通信的光纖被原樣地使用時(shí)，包層具有較少的玻璃缺陷。此時(shí)，包層由于紫外光而引起的的折射率改變?chǔ)υν小于芯的折射率改變?chǔ)υν。因此，整個(gè)光波導(dǎo)不能具有足夠的反射率。
另外，由于紫外光的照射，芯的被照射部分(那里形成有衍射光柵)具有較高的折射率，該部分的模式場(chǎng)直徑變得小于芯的未受到紫外光照射的其他部分的模式場(chǎng)直徑。借助在芯中造成的模式場(chǎng)直徑的改變，在芯中傳播的光由于模式不匹配而輻射到包層中，這增大了傳輸損耗。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下，本發(fā)明的一個(gè)目的，是實(shí)現(xiàn)一種光波導(dǎo)，它具有帶有足夠反射率的光波導(dǎo)，并提供了方便地制作光波導(dǎo)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一種光波導(dǎo)具有作為光波導(dǎo)部分的芯和具有比芯的折射率低的折射率并以緊密配合的方式覆蓋芯的包層，其中在芯和包層中的預(yù)定部分，形成有其中折射率周期地改變的、作為衍射光柵的折射率改變部分。折射率改變部分的數(shù)目不一定僅限于1，且可以沿著光的傳播方向以預(yù)定的間隔形成多個(gè)折射率改變部分。
特別地，對(duì)于其中在芯和包層中都形成有衍射光柵的波導(dǎo)部件，主要采用了由其中在兩個(gè)區(qū)域之一中預(yù)先加有二氧化鍺的玻璃材料組成的光波導(dǎo)，但該波導(dǎo)部件包括包含作為主組份的石英(SiO2)的石英玻璃波導(dǎo)，以及由以石英作為主組份的玻璃和Na2O、CaO等等添加劑的多組分玻璃波導(dǎo)。另外，在本說(shuō)明書(shū)中，光波導(dǎo)指用于利用芯和包層之間的折射率差傳輸光并將其限定在一定區(qū)域中的線路，包括光纖、薄膜波導(dǎo)等等。
為了起到光波導(dǎo)的作用，包層的折射率必須低于芯的折射率。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方式，是例如(1)將加入包層的二氧化鍺的濃度設(shè)定在比加入芯的二氧化鍺濃度低的水平；或者，(2)在加入芯的二氧化鍺濃度等于或高于加入包層的濃度的情況下，加入一種折射率降低劑。這里，作為該折射率降低劑，通常采用諸如氧化硼和氟。
制作根據(jù)本發(fā)明的具有衍射光柵的光波導(dǎo)的方法的特征，在于該方法包括制備一種玻璃波導(dǎo)部件的步驟一該玻璃波導(dǎo)帶有摻雜有二氧化鍺的芯和摻雜有二氧化鍺并具有低于芯的折射率的折射率的包層，以及用紫外光照射該玻璃波導(dǎo)部件的預(yù)定部分(它是包含芯和包層的區(qū)域)以改變?cè)擃A(yù)定部分的折射率的步驟。
為了在波導(dǎo)部件的預(yù)定部分中形成衍射光柵，需要在該預(yù)定部分中產(chǎn)生紫外光的干涉條紋。這種方法的一個(gè)例子，是形成兩條紫外光相干光束并將這兩條相干紫外光以相對(duì)于玻璃波導(dǎo)部件中的芯的光軸的、彼此成補(bǔ)角的角度投射，從而產(chǎn)生干涉條紋。在另一種方法中，將紫外光投射到一個(gè)相位光柵上，且該相位光柵透射該紫外光以形成干涉條紋。
如果該波導(dǎo)部件具有多個(gè)集成光波導(dǎo)區(qū)(芯)，則紫外光的透射可以通過(guò)采用一個(gè)帶有透射窗口的掩膜和選定的光學(xué)系統(tǒng)而得到限制，從而能夠被應(yīng)用到衍射光柵的微加工。
另外，該制作方法可以被應(yīng)用到波導(dǎo)部件移動(dòng)的情況，例如光纖的拉制步驟。
在本發(fā)明的光波導(dǎo)中，衍射光柵不僅被形成在其中將要形成芯的衍射光柵的預(yù)定部分(折射率改變部分)中，而且還被形成在以緊密配合的形式覆蓋該部分的包層中。即，不僅在光波導(dǎo)的芯中傳播的被引導(dǎo)光受到了反射，而且該被引導(dǎo)光在受到引導(dǎo)時(shí)輻射到包層中的光也得到了反射，因而被引導(dǎo)光在整個(gè)模式場(chǎng)區(qū)域中都受到了反射。因此，本發(fā)明的光波導(dǎo)具有高反射率。
由于從被引導(dǎo)光照射到包層中的光從芯中泄漏到包層中少量的光，因此即使包層中只在芯與包層的界面附近有折射率改變部分，也能夠?qū)崿F(xiàn)足夠的高反射率。
另一方面，為了增大折射率的改變量，重要的是增大如上所述的玻璃缺陷。增大芯中的二氧化鍺的摻雜濃度，對(duì)于實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)是有效的，但在此情況下，如果在芯的紫外照射區(qū)中紫外光的照射之前和之后的折射率改變量變得非常地大，則會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)問(wèn)題，即在同一芯的區(qū)域中由于模式不匹配而引起的傳輸損耗問(wèn)題。
更具體地說(shuō)，芯的紫外光照射部分具有較高的折射率，從而是減小了模式場(chǎng)直徑，而其他的非紫外照射部分不具有模式場(chǎng)直徑改變。如果在同一芯中產(chǎn)生了這種模式場(chǎng)直徑的改變，則在芯中傳播的被引導(dǎo)光很可能照射到包層中，造成傳輸損耗的增大。
在根據(jù)本發(fā)明的具有衍射光柵的光波導(dǎo)中，二氧化鍺被加到芯和包層的每一個(gè)中，因而在兩個(gè)區(qū)域中借助紫外光照射而引起了折射率改變。因此，該光波導(dǎo)具有這樣的結(jié)構(gòu)，即它不造成芯與包層之間的折射率差的較大改變。因此，在紫外光照射之前和之后，沿著光的傳播方向沒(méi)有產(chǎn)生模式場(chǎng)直徑的周期性改變，因而避免了由于模式不匹配而引起的上述傳輸損耗(即由于被引導(dǎo)光進(jìn)入包層而造成的傳輸損耗)。
根據(jù)本發(fā)明的用于制作具有衍射光柵的光波導(dǎo)的方法，包括以下步驟制備帶有摻雜有二氧化鍺的芯以及摻雜有二氧化鍺并具有低于芯的折射率的折射率的包層的玻璃波導(dǎo)部件的步驟，以及用紫外光照射該玻璃波導(dǎo)部件的預(yù)定部分(它是包含芯和包層的區(qū)域)以改變?cè)擃A(yù)定部分的折射率的步驟。它還包含將該制作方法應(yīng)用到光波導(dǎo)式光學(xué)部件的制作過(guò)程—其中形成了作為其中形成有衍射光柵的波導(dǎo)部件的多個(gè)集成芯，以及光纖的制作過(guò)程。
這里，借助紫外光的照射來(lái)改變玻璃的折射率的機(jī)理還沒(méi)有得到完全的澄清。然而，一個(gè)重要的原因，被認(rèn)為是與玻璃中的鍺有關(guān)的氧損失缺陷，它被假定為諸如Si-Ge或Ge-Ge的中性氧的單體空穴。
根據(jù)被認(rèn)為是折射率改變的機(jī)理的Kramers-Kronig機(jī)理，折射率改變可被解釋如下。即，上述缺陷吸收了波長(zhǎng)在240至250nm范圍中的紫外光。而這種吸收切斷了Si-Ge或Ge-Ge耦合，這產(chǎn)生了新的缺陷。這種新缺陷形成了在210nm和280nm波長(zhǎng)周圍的吸收帶。其結(jié)果，玻璃的折射率按照Kramers-Kronig關(guān)系而改變。
在本發(fā)明的制作過(guò)程中，其芯和包層都摻雜有二氧化鍺的光波導(dǎo)是在第一個(gè)步驟中制成的，且將紫外光照射到該光波導(dǎo)上，從而改變了芯和包層中的紫外光進(jìn)入部分中的折射率。因此，借助本發(fā)明的方法制成的光波導(dǎo)具有一個(gè)衍射光柵區(qū)，在該衍射光柵區(qū)中多個(gè)折射率改變部分沿著光軸而對(duì)準(zhǔn)，不只在芯中，而且在包層中也是如此。
從以下的詳細(xì)描述和附圖，可以更全面地理解本發(fā)明；這些附圖和描述只是以說(shuō)明的方式給出的，因而不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限定。
從以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的應(yīng)用范圍將變得顯而易見(jiàn)。然而，應(yīng)該理解的是，這些詳細(xì)描述和具體例子，雖然顯示了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，卻只是以說(shuō)明的方式給出的；因?yàn)橛辛诉@種詳細(xì)描述，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種改變和修正對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)。



圖1顯示了作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的紫外光照射方法和所獲得的光波導(dǎo)；圖2顯示了借助作為紫外光的一種照射方法的全息干涉方法而將紫外光照射到光纖(波導(dǎo)部件)上；圖3顯示了用作為紫外光照射方法的相位光柵方法而將紫外光照射到光纖(波導(dǎo)部件)上；圖4顯示了作為紫外光的照射方法而采用掩膜來(lái)限制照射區(qū)的實(shí)施例；圖5顯示了二氧化鍺的摻雜濃度，作為波導(dǎo)部件中的雜質(zhì)分布的第一個(gè)例子；圖6顯示了二氧化鍺和折射率降低劑(氧化硼)的摻雜濃度，作為波導(dǎo)部件中的雜質(zhì)分布的第二個(gè)例子；圖7顯示了二氧化鍺和折射率降低劑(氧化硼)的摻雜濃度，作為波導(dǎo)部件的雜質(zhì)分布的第三個(gè)例子。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在對(duì)附圖的描述中，相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，且將省略重復(fù)的描述。
現(xiàn)在描述第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，首先制備包含作為主組份的石英(SiO2)玻璃的石英基光纖，作為用于形成衍射光柵的波導(dǎo)部件。該光纖帶有一個(gè)芯和一個(gè)包層，在該芯中將20重量百分比的二氧化鍺(GeO2)加到石英玻璃中，且在該包層中10重量百分比的二氧化鍺和20重量百分比的氧化硼被加到石英玻璃中。這里，二氧化鍺是用于增大折射率的添加劑，而氧化硼是用于減小折射率的添加劑。
摻雜有20重量百分比的二氧化鍺的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為1.5百分比，而摻雜有10重量百分比的二氧化鍺和20重量百分比的氧化硼的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為0.5百分比。
應(yīng)該注意的是，其中將形成衍射光柵的光纖(波導(dǎo)部件)可以用任何制作方法制成。例如，光纖可以從光纖預(yù)制棒，用眾所周知的MCVD方法、VAD方法、OVD方法、棒管法等等，通過(guò)將其在電爐中加熱并拉制而制成。
例如，在VAD方法的情況下，先將在火焰中產(chǎn)生的SiO2和GeO2的細(xì)玻璃顆粒淀積在目標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心棒上，從而形成一個(gè)煙炱預(yù)制棒。具體地，四氯硅(SiCl4)和四氯鍺(GeCl4)、作為燃料的氫、以及氧(全都是氣體)被同時(shí)送入用于芯的燃燒器中。另一方面，除了上述以外，溴化硼(BBr3)被送入到用于包層的燃燒器中。隨后，借助氫的燃燒而使中心棒在相應(yīng)的氫燃燒器中受到火焰的作用，從而形成煙炱預(yù)制件。
隨后，使如此形成的煙炱預(yù)制棒在高溫下完全脫氫以擴(kuò)散雜質(zhì)，且進(jìn)一步提高溫度以對(duì)該預(yù)制件進(jìn)行燒結(jié)。由此完成了該預(yù)制件(光纖預(yù)制件)，且可以通過(guò)在一個(gè)拉制爐中在更高的溫度下使其熔解并拉制它，而獲得光纖。一個(gè)與上述制作過(guò)程有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)是U.S.Patet No.4,770,898和No.4,915,717。
隨后，用紫外光照射如此制成的光纖，如前所述。這里，用紫外光的照射可以在切成預(yù)定長(zhǎng)度的光纖上實(shí)現(xiàn)，或者可以被包含在光纖的制作過(guò)程中，例如在卷繞如此拉制的光纖的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)這種照射。
在本實(shí)施例中，在光纖上以相等的間距形成衍射光柵，且該光纖在紫外光形成等間隔的干涉條紋的同時(shí)受到照射。用紫外光照射的該方法將在下面得到詳細(xì)的描述。
圖1顯示了該照射方法。如圖1所示，借助一個(gè)作為預(yù)定光學(xué)系統(tǒng)的干涉裝置20，使從一個(gè)紫外光源10發(fā)射的紫外光產(chǎn)生干涉并隨后在形成干涉條紋的同時(shí)被投射到光纖40上。該光學(xué)系統(tǒng)可以包括透鏡。
在本實(shí)施例中，借助全息干涉方法，使兩束相干紫外光束彼此干涉。在此方法中，干涉裝置20由分束器21a和反射鏡21b、21c組成，如圖1所示。紫外光源10是氬激光源11。
氬激光源11連續(xù)發(fā)出244nm的相干紫外光。該紫外光被分束器21a分成兩束光，即透射光和反射光。如此被分束的光被相應(yīng)的反射鏡21b和21c所反射，以分別以彼此成補(bǔ)角的、相對(duì)于芯41的光軸方向分別成74°(圖1中的α)和106°(圖1中的180°-α)的角度而被投射到光纖上。
分開(kāi)的光束在干涉區(qū)30中彼此干涉，以被投射到光纖40上并同時(shí)以預(yù)定的間隔形成干涉條紋。該照射紫外光被照射到芯41和包層42中，以改變被照射部分中的折射率。
圖2顯示了將紫外光照射到光纖40上。采用紫外光相對(duì)于光纖40的徑向方向的入射角θ(＝90°-α)和紫外光的波長(zhǎng)λ，干涉條紋的間隔Λ可以被表達(dá)如下Λ＝λ/(2sinθ) (2)因此，在紫外光照射在芯41與包層42中的區(qū)域，折射率改變的部分沿著光纖40的光軸以對(duì)應(yīng)于干涉條紋的間隔Λ的周期排列。因此，在芯41或在包層42中，分別形成了具有間距Λ的衍射光柵43、44。由此獲得了作為在芯41和包層42中具有衍射光柵的光波導(dǎo)的光纖。
利用芯41的折射率n和衍射光柵43的間距Λ，該衍射光柵的反射波長(zhǎng)λR由下面著名的布拉格衍射條件表示λR＝2nΛ＝λn/sinθ (3)在本實(shí)施例中，該反射波長(zhǎng)λR被設(shè)定在1300nm。
根據(jù)上述公式(3)，由于包層42的折射率與芯41的折射率不同，因此形成在包層42中的衍射光柵44的反射波長(zhǎng)偏離了1300nm。但偏離的量并沒(méi)有這樣大，因?yàn)檎凵渎什钚?。由于該衍射光柵的反射頻譜在反射波長(zhǎng)周圍有一個(gè)散布，所以衍射光柵44完全反射了在該反射波長(zhǎng)附近的1300nm的光。
在上述制作過(guò)程中，在用紫外光進(jìn)行照射的過(guò)程中，使來(lái)自LED光源的光進(jìn)入光纖的一端，并由與另一端相連的一個(gè)譜線分析儀測(cè)量光的透射光譜，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)衍射光柵的形成。這里，該譜線分析儀檢測(cè)波長(zhǎng)與通過(guò)衍射光柵43、44透射的光強(qiáng)之間的關(guān)系。
隨著用紫外光照射的開(kāi)始，衍射光柵43、44的形成得以進(jìn)行，從而減小了透射光譜中在反射波長(zhǎng)周圍的透射光的強(qiáng)度。當(dāng)透射光譜不再顯示進(jìn)一步的改變時(shí)，衍射光柵43、44的形成就被認(rèn)為是飽和了，因此，紫外光的照射在此時(shí)刻被停止。在本實(shí)施例中，該飽和時(shí)間為40至50分鐘。
反射波長(zhǎng)的反射率，可以從衍射光柵43、44的形成達(dá)到飽和時(shí)的透射光譜計(jì)算出。根據(jù)這種計(jì)算，上述帶有內(nèi)部衍射光柵的光纖的反射率約為75百分比，從而實(shí)現(xiàn)了良好的效果。
雖然上述實(shí)施例采用了全息干涉方法來(lái)形成紫外光干涉條紋，但也可以采用相位光柵方法來(lái)代替它。
圖3顯示了這種相位光柵方法。首先，作為干涉裝置20的相位光柵22以緊密配合的方式被固定在作為波導(dǎo)部件的光纖40上?？梢杂脦в幸缘乳g隔形成的槽的石英板來(lái)作為相位光柵22。由于相位光柵22中的槽能夠由光刻和化學(xué)蝕刻形成，該光柵間隔能夠自由選擇且能夠形成形狀復(fù)雜的光柵。
隨后，采用諸如KrF激發(fā)物激光源(紫外光源10)作為脈沖光源，并使該光源輸出預(yù)定強(qiáng)度和預(yù)定頻率的、波長(zhǎng)為248nm的UV脈沖光，以所示的方式從頂部照射該相位光柵預(yù)定時(shí)間。該紫外光可以以連續(xù)的方式發(fā)射。
當(dāng)紫外光被相位光柵22透射時(shí)，它形成了具有預(yù)定間隔的干涉條紋。該紫外光入射到芯41和包層42上，并同時(shí)形成干涉條紋。隨后在芯41和包層42中分別出現(xiàn)了周期性的折射率改變，即衍射光柵43、44。以此方式，獲得了一種作為光波導(dǎo)的光纖，其中在芯41和包層42中都形成有衍射光柵。
下面描述第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，作為其中形成有衍射光柵的光纖而制備的，是這樣的光纖，即它帶有其中20重量百分比的二氧化鍺被加入石英玻璃的芯和其中10重量百分比的二氧化鍺和10重量百分比的氟(F)被加入石英玻璃的包層。
其中加有20重量百分比的二氧化鍺的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為1.5百分比，而其中加有10重量百分比的二氧化鍺和10重量百分比的氟的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為0.1百分比。
衍射光柵以與第一實(shí)施例中相同的方式被形成在這種光纖中，從而形成了具有1300nm的反射波長(zhǎng)的衍射光柵的光纖。以與第一實(shí)施例中相同的方式測(cè)量反射率，該反射率約為75百分比，從而實(shí)現(xiàn)了良好的效果。
另外，本發(fā)明人制成了一種作為光波導(dǎo)的光纖，其中只在芯中形成了衍射光柵，以與第一和第二實(shí)施例相比較。作為波導(dǎo)部件的光纖而制備的，是這樣一種光纖，即它帶有其中20重量百分比的二氧化鍺被加入到石英玻璃中的芯，和由純石英玻璃制成的包層。相對(duì)折射率差為1.5百分比。
采用這種光纖，以與第一和第二實(shí)施例中相同的方式，形成了帶有反射波長(zhǎng)為1300nm的衍射光柵的光纖，且反射率以與這些實(shí)施例中相同的方式測(cè)量。測(cè)量到的反射率約為50百分比，這比這些實(shí)施例中的差。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例，而是可以有很多修正。例如，光波導(dǎo)不僅限于光纖，而是可以是薄膜波導(dǎo)。另外，紫外光的照射方式可以從與上述實(shí)施例中不同的多種方法中選擇。例如，衍射光柵可以在如圖1的箭頭A所示的沿著光軸的方向移動(dòng)的同時(shí)，在位于紫外區(qū)的脈沖光的照射下形成。
在其中波導(dǎo)部件具有多個(gè)集成芯的情況下，如圖4所示，利用設(shè)置在干涉裝置20與波導(dǎo)部件之間并帶有具有預(yù)定形狀的窗口201的掩膜200以限制紫外光(UV)的照射區(qū)，可以在波導(dǎo)部件的預(yù)定部分中形成衍射光柵。圖4所示的波導(dǎo)部件是具有光學(xué)多路復(fù)用/信號(hào)分離功能的功能元件，其中在波導(dǎo)基底100上形成了具有預(yù)定形狀的多個(gè)芯101，且芯101被包層102所覆蓋。
下面，描述第三實(shí)施例，以影響本發(fā)明中由于前述的模式不匹配而造成的傳輸損耗。在本實(shí)施例中，作為其中形成有衍射光柵的光纖而制備的，是這樣的光纖，即它帶有其中40重量百分比的二氧化鍺被加入石英玻璃的芯和其中30重量百分比的二氧化鍺和20重量百分比的氧化硼(B2O3)被加入石英玻璃的包層。
其中加有40重量百分比的二氧化鍺的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為2.9百分比，而其中加有30重量百分比的二氧化鍺和20重量百分比的氧化硼(B2O3)的石英玻璃與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為2.0百分比。另外，這種光纖受到氫處理，以增強(qiáng)光致反應(yīng)。
衍射光柵以與第一實(shí)施例中相同的方式形成在該光纖中，且制成了帶有反射波長(zhǎng)為1300nm的衍射光柵的光纖。以與第一實(shí)施例中相同的方式測(cè)量反射率，且如此測(cè)量到的反射率約為99.9百分比。傳輸損耗約為0.1dB。
另外，本發(fā)明人制備了一種光纖，它帶有其中加有40重量百分比的二氧化鍺的芯和由純石英玻璃制成的包層，用于與該第三實(shí)施例相比較。其中加有40重量百分比的二氧化鍺的芯與純石英玻璃之間的相對(duì)折射率差為2.9百分比。
采用這種光纖，以與第一至第三實(shí)施例中相同的方式，制成了帶有1300nm反射波長(zhǎng)的衍射光柵的光纖，且用與這些實(shí)施例中相同的方式測(cè)量反射率。如此測(cè)量到的反射率約為98百分比，且傳輸損耗為0.4dB。因此，所獲得的結(jié)果顯示了比第三實(shí)施例大的傳輸損耗。這種增大的傳輸損耗被認(rèn)為是由于在芯中傳播的被引導(dǎo)光由于模式不匹配而輻射到包層中所引起的。
下面參照?qǐng)D5至7來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)部件的雜質(zhì)分布。
在根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)部件中，二氧化鍺被加入芯和包層中。眾所周知，二氧化鍺是用于增大芯中的折射率的材料。因此，為了被用作光波導(dǎo)，需要調(diào)節(jié)摻雜濃度，例如通過(guò)把包層中的二氧化鍺的摻雜濃度設(shè)定在低于芯中的摻雜濃度的值，或通過(guò)進(jìn)一步把折射率降低劑(例如B2O3、F等等)加入包層以減小折射率。
圖5顯示了第一個(gè)例子，其中芯中的二氧化鍺摻雜濃度被設(shè)定得高于包層中的摻雜濃度。圖6顯示了第二個(gè)例子，其中除了如圖5所示的二氧化鍺濃度分布之外，還只在包層中加入了作為折射率降低劑的氧化硼。另外，圖7顯示了第三個(gè)例子，其中芯與包層中的二氧化鍺濃度被設(shè)定為彼此相等，且作為折射率降低劑的氧化硼只被加入包層中，在本發(fā)明中，各個(gè)摻雜物的摻雜濃度在芯和包層的各個(gè)區(qū)中是恒定的。
如上上述，根據(jù)本發(fā)明，在芯和在包層中都形成了衍射光柵，因而不僅在芯中傳播的被引導(dǎo)光，而且被引導(dǎo)光中輻射到包層中的光，都在其中形成有衍射光柵的區(qū)中受到了反射，因而被引導(dǎo)光在整個(gè)模式場(chǎng)區(qū)域中都受到了反射。因此，具有根據(jù)本發(fā)明的衍射光柵的光波導(dǎo)具有高反射率。
在具有根據(jù)本發(fā)明的衍射光柵的光波導(dǎo)的制作方法中，使紫外光進(jìn)入其中二氧化鍺被加入芯并被加包層的波導(dǎo)部件的預(yù)定部分中，從而在所制成的光波導(dǎo)的芯和包層中都形成了衍射光柵。在其中形成有衍射光柵的區(qū)域中，不僅在芯中傳播的被引導(dǎo)光受到了反射，而且被引導(dǎo)光中輻射到包層中的光也受到了反射，從而使被引導(dǎo)光在整個(gè)模式場(chǎng)區(qū)域中都受到了反射。因此，本發(fā)明的光波導(dǎo)具有比傳統(tǒng)的光波導(dǎo)更高的反射率。因此，借助本發(fā)明的制作過(guò)程，可以容易地制作具有足夠高的反射率的光波導(dǎo)式衍射光柵。
從所描述的本發(fā)明可以明顯地看出的是，本發(fā)明能夠以很多種方式實(shí)施。這些變形沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍，且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)所有這些修正，都屬于所附權(quán)利要求
書(shū)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)，包括作為光波導(dǎo)區(qū)的一個(gè)芯，該芯具有一個(gè)預(yù)定的折射率，所述芯具有在它的一個(gè)預(yù)定部分中形成的一個(gè)衍射光柵并具有沿著光的傳播方向周期地改變的折射率；以及一個(gè)包層，該包層具有比所述芯的折射率低的一個(gè)折射率并以緊密配合的方式覆蓋所述芯，所述包層具有形成在它的一個(gè)預(yù)定部分中的一個(gè)衍射光柵并具有沿著所述傳播方向周期地改變的折射率，所述芯和所述包層都包含二氧化鍺，其特征在于形成在所述包層中的所述衍射光柵以緊密配合的方式覆蓋了形成在所述芯中的所述衍射光柵，使得所述包層中的所述衍射光柵和所述芯中的所述衍射光柵一起在所述光波導(dǎo)的整個(gè)模式場(chǎng)區(qū)域中都對(duì)具有一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)的被引導(dǎo)的光進(jìn)行反射，所述包層中的二氧化鍺的濃度為所述芯中的二氧化鍺的濃度的50％至100％，從而在所述芯和所述包層中形成所述衍射光柵之前和之后不發(fā)生所述芯和所述包層之間的折射率差的過(guò)大的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的光波導(dǎo)，其中所述芯和所述包層均是摻雜有二氧化鍺的石英玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的光波導(dǎo)，其中所述包層摻雜有與所述二氧化鍺一起的折射率減小劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的光波導(dǎo)，其中所述折射率減小劑是氧化硼和氟中的至少一種。
5.用于制造一種光波導(dǎo)的方法，包括用紫外線照射一個(gè)波導(dǎo)部件的一個(gè)預(yù)定部分，該波導(dǎo)部件包括作為光波導(dǎo)區(qū)的一個(gè)芯和一個(gè)包層，該芯具有一個(gè)預(yù)定折射率并摻雜有二氧化鍺，該包層具有比所述芯的折射率低的一個(gè)折射率并以緊密的方式覆蓋所述所述芯，且所述包層摻雜有二氧化鍺，其中在所述包層中摻雜的二氧化鍺的濃度為所述芯的二氧化鍺的濃度的50％至100％，從而，所述紫外線照射使所述波導(dǎo)部件的所述預(yù)定部分中的折射率沿著傳播方向發(fā)生了周期性改變，而在所述芯和所述包層中均形成了衍射光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中所述包層被摻雜有與二氧化鍺一起的折射率減小劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中所述折射率減小劑是氧化硼和氟中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中用紫外線照射所述波導(dǎo)部件的所述預(yù)定部分，是通過(guò)使兩束相干紫外線光彼此發(fā)生干涉從而形成干涉條紋，而得到實(shí)現(xiàn)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中用兩束相干紫外線光對(duì)所述波導(dǎo)部件的預(yù)定部分進(jìn)行的照射，是通過(guò)使所述兩束相干紫外線光分別以相對(duì)于所述波導(dǎo)部件的一條光軸彼此成補(bǔ)角的角度入射到所述預(yù)定部分上，而得到實(shí)現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中使所述紫外線光通過(guò)一個(gè)掩膜而對(duì)所述波導(dǎo)部件的所述預(yù)定部分進(jìn)行照射，該掩膜具有預(yù)定形狀的透射窗口。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中在使所述波導(dǎo)部件移動(dòng)的同時(shí)用所述紫外線光對(duì)所述波導(dǎo)部件進(jìn)行照射。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的用于制造光波導(dǎo)的方法，其中所述干涉條紋是以這樣的方式產(chǎn)生的，即使所述紫外線光照射一個(gè)具有預(yù)定的光柵間隔的相位光柵并被該相位光柵所透射。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種帶有衍射光柵的具有足夠高的反射率的光波導(dǎo)、用于獲得該光波導(dǎo)的波導(dǎo)部件、和其制作方法。在一種光波導(dǎo)中，通過(guò)采用一種波導(dǎo)部件而在預(yù)定部分的芯和包層中形成了所希望的衍射光柵；在該波導(dǎo)部件中二氧化鍺被加入芯和包層，并用紫外光的干涉條紋照射該波導(dǎo)部件的預(yù)定部分。由此，根據(jù)本發(fā)明的光波導(dǎo)在整個(gè)模式場(chǎng)區(qū)中都反射被引導(dǎo)光，因而具有高反射率。
文檔編號(hào)G02B6/34GKCN1265221SQ03158002
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期1995年2月16日
發(fā)明者伊藤真澄, 稲井麻紀(jì), 井上享, 茂原政一 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan