纤维型光学元件制造技术

一种纤维型光学元件，其中光纤折射率的非均匀性增加被限制到最小值，给该元件的包层（２）区和该光纤的包层区加入光敏材料，形成该光纤时，使该光纤光敏层的最外层直径是模式范围直径的两倍或更大，更优选的是模式范围直径的２．５倍，并且利用该光纤形成倾斜型光纤光栅，这样，有可能实现这种纤维型光学元件，该纤维型光学元件的透射损耗的带宽又窄又陡，在反射抑制角内透射损耗大，因而具有滤光能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用作光学元件的光纤，以及利用该光纤的一种纤维型光学元件。本专利技术特别涉及一种利用光从纤维侧面方向发射，使折射率增加的纤维型光学元件。由于吸收了发射的光，所以添加了光敏材料的区域的折射率得到增加。也就是说，当发射的光通过添加了光敏材料的区域时，发射光的强度减弱。所以在上述方法中，光从光纤的侧面发射出来，发射侧面的折射率容易增加，而和该侧面相对的面的折射率的增加会受到限制；这样，人们担心在光纤的截面上不可能得到均匀增加的折射率。但是，传统上光敏材料只加在光纤的芯部，而芯部截面的外径最大也只有10μm。所以并不认为折射率增加的非均匀性是个问题。然而，近来有需要形成一种光栅，该光栅利用一种外部覆盖着光敏材料的纤维，类似布拉格(Bragg)光栅中与倾斜布拉格光栅中的一种限制包层组合的光栅。对于这种纤维光栅，当加在包层上的光敏层的外径减小时，不可能得到所需要的特征。因此必须使添加光敏材料区域的外径增加到20μm或更大。反之，当光敏层的外径增加，而且增加得太大时，就可能会限制靠近芯部的折射率的增加；这是因为折射率是非均匀性增加的，而且光学元件中出现了与极化有关的损耗的缘故。这样，就不能忽视折射率-非均匀性产生的影响，这是需要解决的问题。为了解决上面提到的问题，本专利技术的第一个观点是专利技术一种纤维型光学元件，该纤维型光学元件包括芯部、包层以及折射率增加区，其中，芯部和包层具有光敏性，折射率增加区是利用向光纤上发射紫外光形成的，芯部和包层上具有光敏层中的锗密度满足公式1如下24<Σkβkdk<100]]>利用紫外光发射，芯部和包层折射率的变更量在波长为674.9nm时小于0.002。这里，公式1中βk是GeO2在每个光纤层中的密度，dk是每个光纤层的径向厚度。本专利技术的第二个观点是专利技术一种纤维型光学元件，该纤维型光学元件包括芯部、包层以及折射率增加区，其中，芯部和包层具有光敏性，折射率增加区是向光纤发射紫外光形成的，光纤中的芯部和包层上的光敏层满足公式2如下0.35<exp(-2Σkαkdk)]]>利用紫外光发射，芯部和包层折射率的变更量在波长为674.9nm时小于0.002。这里，公式2中αk是每个光纤层的吸收系数，dk是每个光纤层的径向厚度。这样做，有可能实现一种纤维型光学元件，在该纤维型光学元件中，光纤截面内折射率增加的非均匀性小，从而可以获得良好的光学性质。按照第一个或第二个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第三个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，芯部和包层折射率变化量在波长为674.9nm时小于0.001。按照第三个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第四个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，光纤上加有光敏材料的最外层直径是模式范围直径的两倍或更大。按照第四个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第五个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，光纤上加有光敏材料的最外层直径是模式范围直径的3倍或小些。利用这种光纤，形成倾斜型的光纤光栅，有可能实现一种纤维型光学元件，在该纤维型光学元件中，能得到如下的滤光性质反射抑制角中透射损耗的带宽又窄又陡，透射损耗大。按照第五个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第六个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，光敏材料是锗。按照第六个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第七个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，用KrF eximer激光器发射激光来增加芯部和包层的折射率。按照第七个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第八个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，通过在光纤中形成一种周期性的折射率区来构成一种光纤光栅。按照第八个观点专利技术的纤维型光学元件中，本专利技术的第九个观点是专利技术一种纤维型光学元件，其中，把光栅的点阵矢量相对纤维轴的角度设置为不等于零度。如上面所解释的，按照本专利技术，利用芯部和包层中光敏层里锗密度满足例如24＜∑kβkdk＜100关系的光纤，并使得芯部和包层折射率的变更量在发射波长674.9nm光的时候小于0.002，这时，获得这种纤维型光学元件成为可能，在该纤维型光学元件中，光纤具有良好光学性能，其截面内折射率非均匀性的变更小。此外，利用芯部和包层中光敏层里锗密度满足例如0.35＜exp(-2∑kαkdk)关系的光纤，并使得芯部和包层折射率的变更量在发射波长674.9nm的紫外光时小于0.002，这时，获得这种纤维型光学元件成为可能，在该纤维型光学元件中，光纤具有良好的光学性能，其截面内折射率非均匀性的变更小。再有，借助于光敏层最大直径是模式范围直径两倍或更大的光纤的形成，并利用该光纤构成一种倾斜型光纤光栅，这时，有可能实现一种纤维型光学元件，在该纤维型光学元件中，反射约束角透射损耗的带宽又窄又陡，透射损耗大，因而具有滤光能力。图2A和2B是表示光纤芯部和包层的折射率以及光敏性的曲线图。图3A，3B，3C和3D表示了倾斜型光纤光栅的透射损耗带宽随光纤光敏层最大直径变化的曲线。图4表示了倾斜型光纤光栅透射损耗带宽的透射损耗的面积。图5表示了归一化的透射损耗面积与光敏层最大直径之间的关系。图6表示了归一化的透射损耗面积与诸如“光敏层/芯部最大直径”值之间的关系。图7表示了归一化的透射损耗面积与诸如“光敏层最大直径/模式范围”值之间的关系。图8表示了在光纤的光敏层中添加锗密度的一个例子。图9A，9B和9C表示了向光纤发射紫外光时，光敏层折射率分布的例子。这里，参照在包层上有光敏层的倾斜短周期光栅(以下简称SSPG)，对一种纤维型光学元件进行解释。附图说明图1是SSPG截面的一个例子。图1中数字1表示一种芯部，芯部2环绕芯部1，其折射率比芯部1的小。芯部1和芯部2用石英型玻璃做成。通过给芯部1和芯部2添加光敏掺杂物，并借助发射预定波长的紫外光来提高石英型玻璃的折射率，掺杂物通常是锗。向添加了锗的石英型玻璃发射预定波长紫外光是通过一种相位掩膜并沿着芯部1和芯部2的纵向进行的。芯部1和芯部2受发射紫外光的照射折射率增加，并形成光栅区4，在光栅区4上有一种多层高折射率区3。高折射率区3为对角线形式，横跨过芯部1但不和芯部1的中轴B正交。高折射率区3的各层沿着纵向并相互平行。在光纤中以大致为操作光波波长的1/3波长对SSPG各个区的折射率进行调制，形成一些折射率变更率很大的区。线A正交穿过高折射率区3的方向是光栅的点阵矢量的方向。该点阵矢量方向和芯部1中轴之间的角度θ是一个不为0度的倾斜角。倾斜角给出高折射率区3倾斜的大小。在SSPG中，入射光5当中的一部分被光栅区4反射，成为向包层2发射的光6，光6和入射光一部分组合，以一种背向入射光前进方向向后发射的模式，射向包层区。该模式此后称作为后包层模式。这样做，降低了与芯部1中向后反射模式组合的程度，使得多次反射几乎不发生。由于和后包层模式组合的光消失了；故可用SSPG作为一种滤光器，按照这样一种组合来减弱预定的光。还有一个优点是，可以设置一个优选的倾斜角度去限制与该反射模式的组合。能够限制与反射模式组合的倾斜角叫做反射约束角。这样一种SSPG能够用于一种增益-平整滤光器，该滤光器能平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维型光学元件，该光学元件包括： 芯部（１）； 包层（２）；和 折射率增加区（３）， 其中芯部（１）和包层（２）具有光敏性， 折射率增加区（３）是利用向光纤发射紫外光形成的， 光纤的芯部和包层中具有光敏层的锗密度满足公式１，如 ２４［μｍ.ｗｔ％］＜＊β↓［ｋ］ｄ↓［ｋ］＜１００［μｍ.ｗｔ％］， 在发射波长为６７４．９ｎｍ的紫外光时芯部和包层的折射率变化量小于０．００２。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坂元明，奥出聪，须藤正明，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：JP[日本]