一種光纖包層光柵的製作方法

2023-04-29 13:49:26

專利名稱：一種光纖包層光柵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一類光纖光柵無源光纖器件。
技術背景1978年，加拿大的K. 0. Hill等人在實驗中將波長為488nm的氬 離子雷射入射到摻鍺的光纖中，觀察到入射光與反射光在光纖中形成 的駐波幹涉條紋能夠導致光纖纖芯的折射率沿光纖軸向周期性變化， 形成了光致光柵。1989年美國的G.Meltz等人利用兩束相干紫外光 形成的幹涉條紋從光纖側面寫入光柵，發明了紫外側寫入技術，形成 能夠實用的芯內光纖光柵。1993年，K.O.Hill提出了相位掩模成柵 技術。同年，P.J.Lemaire等人提出了一種簡單而有效的光纖增敏技 術——低溫高壓載氫技術。相位掩模成柵技術與光纖高壓載氫技術相 結合，降低了光纖光柵的製作成本，使光纖光柵器件逐步走向實用化， 也在世界各地掀起了光纖光柵技術及其應用的研究熱潮。隨著光纖光 柵技術的日臻成熟，各種具有不同性能的光纖光柵相繼被研製出來。 基於光纖光柵的無源，有源器件的不斷湧現，使得光纖光柵應用與光 纖通信，光纖傳感和光信息處理等許多領域。然而，到目前為止，所有的光纖光柵都是寫入到光纖的纖芯。其 最基本的物理機理都是在光纖的纖芯中引入周期性的折射率擾動，引 起纖芯基模與光纖中其他模式的耦合，從而對光纖中傳輸的光的波 長、振幅、偏振等等產生調製作用。目前在對長周期光纖光柵的研究表明，在纖芯中存在的光柵也可 以對包層中傳輸的光產生作用，例如，將包層模耦合進纖芯，因此我 們認為包層中存在的周期性結構也能對纖芯中的光產生作用，包層光 柵的尺寸遠大於芯內光柵，因此它的模式變換能力要比芯內光柵大得多，並且包層光柵位於纖芯和光柵外部光場，它能夠實現導模與外部 光場間直接的模式變換。發明內容本發明的目的是提出一種新的光纖光柵——光纖包層光柵。這種 新型的光纖光柵將折射率調製區由纖芯轉移到了光纖的包層，形成包 層光柵，其模式變換能力遠大於現有的芯內光柵。它能實現芯內導模 之間，芯內導模與包層模之間，以及芯內導模與光纖外部光場之間的 模式變換。同時，也可以在不破壞光纖波導的情況下，實現從光纖到 光纖的模式耦合。本發明的目的是通過下述技術方案實現的。本發明的一種光纖包層光柵，是將光柵寫入具有光敏性的光纖包 層中。在光纖的製備過程中，是在光纖包層中摻入10-20moP/c)的硼，再 混合摻鍺，直到纖芯折射率大於包層0. 05。/。以上，形成包層光敏的光 纖；或在空芯光纖的包層中直接摻入3moP/。以上的鍺，形成包層光敏 的空芯光纖。所述的光纖，包括空芯光纖、單模光纖或者是其它類型的光纖。寫入光纖包層的光柵結構，包括滿足布拉格衍射的短周期光柵、 長周期光柵或其它非均勻折射率調製光柵。本發明的光纖包層光柵的製作方法分為兩步第一步是拉制出包層具有光敏特性而纖芯不具有光敏性的光纖。 光纖光敏性源於纖芯中含有鍺(Ge)元素。由於光纖纖芯摻鍺，使纖 芯的折射率較包層略高，同時在纖芯內部形成Ge-Si鍵。這種Ge-Si 鍵在198nm、 244nm兩個波長附近有強烈的吸收帶，當用這2個波長 的紫外光照射時，引起Ge-Si鍵斷裂，產生折射率變化，從而使摻鍺 光纖具有光敏性。因此提高纖芯摻鍺濃度可以得到光敏光纖。但纖芯 摻高濃度Ge又會大大增加纖芯的折射率，破壞光纖的弱導性，因此 又需要混合摻硼(B)，以降低纖芯的折射率。因此， 一般的光敏光纖是纖芯混合摻Ge和B的光纖。另外，若普通單模光纖放置在高壓氫 氣中作載氫處理，也能提高它的光敏性。拉制包層光敏光纖的生產過 程與拉制普通光纖的標準生產過程相比改變了慘雜成分和摻雜濃度， 其餘工藝二者相同。第二步是在光纖包層寫入光柵，製作光纖包層光柵。光纖包層光 柵的寫入方法與芯內光柵的寫入方法相同。可以採用全息幹涉法、相 位掩模法、振幅掩模法、逐點寫入法、組合寫入法等成柵方法來製作 不同結構的光纖包層光柵。光柵可以是等間距的短周期光柵、長周期 光柵、傾斜光柵、變跡光柵等，也可以是非周期光柵。本發明的有益效果本發明的光纖包層光柵，由於包層光柵的尺 寸遠大於芯內光柵，所以其模式變換能力遠大於現有的芯內光柵。它 能實現芯內導模之間，芯內導模與包層模之間，以及芯內導模與光纖 外部光場之間的模式變換。同時，也可以在不破壞光纖波導的情況下， 實現從光纖到光纖的模式耦合。


圖1是現有技術中纖芯折射率調製光纖光柵； 圖2是本發明空芯光纖包層光柵； 圖3是本發明單模光纖包層光柵；圖中，l一光纖包層，2—光纖纖芯，3—空芯光纖包層光柵，4 一光纖包層光柵，5—空氣，6—單模光纖包層光柵。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述。 實施例l空芯光纖內部是空氣5，在光纖的包層1摻入5mol呢的鍺，形成 包層光敏的空芯光纖。用248nm的KrF準分子紫外雷射透過相位掩模板，將等間距的短 周期光柵寫在空芯光纖的管壁。將這段空芯光纖光柵插入到兩根單模光纖之間，就形成了空芯光纖包層光柵，如圖2所示。 實施例2光纖的纖芯2不摻鍺.在光纖的包層1摻14moP/。硼，再混合慘 6moP/。鍺，使纖芯2的折射率大於包層0. 08%，形成單模傳輸。用248nm的KrF準分子紫外雷射透過振幅模板，將長周期光柵直 接寫入包層光敏的單模光纖的包層，並將這一段包層光柵插入到兩根 單模光纖之間，就形成單模光纖包層光柵，如圖3所示。
權利要求
1. 一種光纖包層光柵，其特徵在於將光柵寫入包層有光敏性的光纖的包層中。
2. 根據權利要求1所述的包層光敏光纖的製備方法，其特徵在於在光纖的製備過程中，在光纖包層中摻入10-20moP/。的硼，再混 合摻鍺，直到纖芯折射率大於包層0.05%以上，使光在纖芯中滿足全 反射條件，形成包層光敏的光纖；或在空芯光纖的包層中直接摻入 3moP/。以上的鍺，形成包層光敏的空芯光纖。
3. 根據權利要求1所述的光纖包層光柵，其特徵在於寫入包 層的光柵結構，包括滿足布拉格衍射的短周期光柵、長周期光柵或其 它非均勻折射率調製光柵。
全文摘要
本發明是一種光纖包層光柵，涉及一類光纖光柵無源光纖器件。本發明的一種光纖包層光柵，是將光柵寫入具有光敏性的光纖包層中。光纖包括空芯光纖、單模光纖或者是其它類型的光纖。寫入包層的光柵結構包括滿足布拉格衍射的短周期光柵、長周期光柵或其它非均勻折射率調製的光柵。本發明的光纖包層光柵其模式變換能力遠大於現有的芯內光柵。它能實現芯內導模之間，芯內導模與包層模之間，以及芯內導模與光纖外部光場之間的模式變換。同時，也可以在不破壞光纖波導的情況下，實現從光纖到光纖的模式耦合。
文檔編號G02B6/02GK101281274SQ20081010643
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月13日 優先權日2008年5月13日
發明者徐晶晶, 毅 江 申請人:北京理工大學