滤光器制造技术

一种滤光器，包括：一个具有平整表面的纤维托座（１０），在所述表面上有螺旋槽（２２）；和一条具有被周期性调制的折射率的、固定在所述螺旋槽（２２）中的光纤（２０）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种由形成于光纤内部的布拉格光栅构成的滤光器，用于制造这样的滤光器的方法和设备，以及用于所述制造方法的纤维托座和相位罩(phase mask)。
技术介绍
纤维内布拉格光栅，也简称作纤维布拉格光栅或者FBG，可在光学通信领域用作滤光器，以实现波分复用和频散补偿的目的。第5367588号美国专利描述了一种制造纤维内布拉格光栅的方法，这种方法是用紫外光通过一相位光栅罩照射一种光敏光纤。所述相位光栅罩由一种石英玻璃片构成，对紫外光是透明的，并在其一侧表面具有平行槽纹式的周期性起伏结构。所述槽纹例如是具有矩形断面的平行沟道。所述相位罩中产生的衍射以由栅线间距或栅距确定的周期对出射紫外光的强度进行调制。所述光敏光纤与所述相位光栅罩在与所述槽纹垂直的方向上相接触或者近似接触。紫外光的照射改变纤维芯的折射率，从而以与所述相位光栅罩相同的周期对纤维芯内的折射率加上了调制特征。这种折射率调制即构成了布拉格光栅。通过调节相位光栅罩的栅距可以形成线性调频布拉格光栅。通过沿光纤长度方向调节紫外光的强度，可以形成一种切趾(apodized)布拉格光栅。所述相位光栅罩可以通过熔融石英基片的活性离子蚀刻来制造，例如如《电子学通讯》第29卷第6期(Electronics Letters，Vol.29，No.6)(1993年3月18日)第567页所描述的那样。众所周知，滤光器的性能参数比如反射带宽和反射光谱的顶部平直度取决于被调制光栅的长度。当纤维内布拉格光栅用于频散补偿时，反射带宽Δλ例如是由下式所确定的，式中，L是布拉格光栅的长度，c是光速，D是频散值Δλ＝2L/(cD)这个公式表明，对于给定频散D，反射带宽Δλ与光栅长度L成正比。但是，用上面所描述的类型的相位光栅罩来制造长的纤维内布拉格光栅是不容易的，因为，由于相位光栅罩本身要在真空室中制造，其尺寸就是有限的。可以采用一种分步重复处理方法，即，使纤维通过所述相位光栅罩。但这种方法费时且在一步到下一步之间需要极为精确的对准。因为上述原因，用传统的相位光栅罩制造的纤维内布拉格光栅的长度限制在最长约一百毫米(100mm)以内。因此，传统相位光栅罩的受限制的长度就成为获得宽反射带宽及其它良好的滤光器特性的障碍。受限制的长度还妨碍了对纤维内布拉格光栅进行有效的旁瓣缩减。使用长的纤维内布拉格光栅的另一个障碍是，需要将含光栅的纤维以某种方式封装起来，以保护光栅不受温度变化和其它外部因素的影响。传统的封装方法不能轻易地应用于长度大的纤维。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是制造一种滤光器，它具有长度在一百毫米以上的纤维内布拉格光栅。本专利技术的另一个目的是提供制造这种滤光器的设备。本专利技术的另一个目的是提供一种可用于这种滤光器的制造的纤维托座。本专利技术的另一个目的是提供一种可用于这种滤光器的制造的相位光栅罩。本专利技术的另一个目的是制造一种具有高精确度纤维内布拉格光栅的滤光器。本专利技术的另一个目的是制造一种具有长度大于一百毫米的旁瓣缩减布拉格光栅的滤光器。本专利技术的另一个目的是制造一种具有长度大于一百毫米的线性调频布拉格光栅的滤光器。本专利技术的另一个目的是提供一种被有效封装的滤光器。本专利技术的另一个目的是提供一种被紧凑封装的滤光器。本专利技术的另一个目的是提供一种被良好保护的滤光器。本专利技术的制造一种滤光器的方法包括下列步骤将一根具有光敏纤芯的光纤固定在一纤维托座上表面的平面螺旋结构中；将一相位罩平行放置于所述纤维托座的上表面上，所述相位罩的具有螺旋衍射光栅的下表面正对所述光纤；和用紫外光透过所述相位罩照射所述光纤，从而得到纤维内布拉格光栅。照射步骤最好通过旋转所述纤维托座及相位罩同时用紫外光束径向扫描相位罩来进行。所述扫描与旋转彼此同步，以使得紫外光束能够追踪光纤的螺旋结构。本专利技术的纤维托座由一个具有螺旋槽的平板构成，所述螺旋槽用来固定光敏光纤。本专利技术的相位罩由一个对紫外光透明的平板构成，在其一个表面具有周期性凹点螺旋光栅。本专利技术的用来制造滤光器的设备包括本专利技术的纤维托座、本专利技术的相位罩、一个支承纤维托座及相位罩的旋转台和一个用紫外光透过相位罩照射光敏光纤的光学系统。本专利技术的滤光器由本专利技术的纤维托座及光纤构成。所述光纤固定在所述螺旋槽中，并具有经过周期调制的折射率。用本专利技术的方法，利用五寸光盘样式的纤维托座和相位罩，可以制造长度多达约四米的纤维内布拉格光栅。所述纤维托座和相位罩可以利用用来加工半导体晶片的传统设备来制造。由于使用连续不断的制造方法而不是分步重复方法，可以制造出精确的纤维内布拉格光栅。通过在纤维托座上表面上的不同区域改变照射光纤的紫外光的剂量，可以形成一种旁瓣缩减纤维内布拉格光栅。如果用紫外光束扫描所述相位罩，紫外光的剂量可以通过使用一脉冲光源并改变脉冲重复频率而得到改变。另外，可以使用一种可变消光器，或者改变纤维托座的旋转速度。通过将相位罩划分为同心的若干区域，并改变各区螺旋衍射光栅中的凹点间距，可制得线性调频纤维内布拉格光栅。纤维内布拉格光栅可以有效地被封装于本专利技术的纤维托座和一个盖子之间。这个盖子也可以具有螺旋槽。所述盖子可以这样形成在形成纤维内布拉格光栅之后，向纤维托座上覆盖一保护层。纤维托座则可以这样制造在一基片上的聚合物层上刻图，从而在该聚合物层上形成一条螺旋槽。另外，可以将一聚合物层刻图，形成一纤维模，然后在该纤维模周围覆盖一层聚合物保护层，最后去除该纤维模，从而在所述聚合物保护层上形成一条螺旋槽。在所述基片上还可以覆盖一个聚合物保护底层。用上述方法，可以制造出紧凑的、保护良好的滤光器模块。附图说明在附图中图1简要示出了实施本专利技术的用来制造一种滤光器的设备；图2A是图1中的纤维托座的平面图；图2B是图1中的纤维托座和光纤的剖面图；图3A是一个放大的剖面图，示出了图1中的螺旋槽和光纤的一种最佳结构；图3B是一个放大的剖面图，示出了图1中的螺旋槽和光纤的另一种最佳结构；图4是图1中的相位罩的平面图；图5A是一个放大平面图，示出了图4中的部分相位罩；图5B是穿过示于图5A中的凹点的剖面图；图6是图5A的放大，用来说明光纤和凹点的尺寸；图7A是具有线性调频螺旋光栅的相位罩的局部平面图；图7B是图7A中的线性调频螺旋光栅的剖面图；图8是一个透视图，用来说明本专利技术的制造滤光器的方法；图9简要示出了一种用来制造旁瓣缩减滤光器的实施本专利技术的设备；图10是图9中的纤维托座的平面图；图11是一个曲线图，用来说明图9所示设备中的脉冲重复频率；图12是一个图解用图9中的设备制造的滤光器的旁瓣缩减曲线的曲线图。图13简要示出了另一个用来制造旁瓣缩减滤光器的实施本专利技术的设备；图14是一个曲线图，用来说明图13的设备中旋转台的旋转速度；图15A是可以用于封装本专利技术的滤光器的盖子的平面图；图15B是图15A中的盖子的剖面图；图16是一个剖面图，用来说明利用图15A中的盖子对滤光器进行的封装；图17A是另一个可以用于封装本专利技术的滤光器的盖子的平面图；图17B是图17A中的盖子的剖面图；图18是一个剖面图，用来说明制造用于本专利技术的滤光器的盖子的另一种方法；图19A、20A、21A、22A和23A均为透视图，用来说明制造滤光器的新方法的各个步骤；图19B、20B、21B、22B和23B是图19A、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滤光器，包括：一个具有平整表面的纤维托座（１０），在所述表面上有螺旋槽（２２）；和一条具有被周期性调制的折射率的、固定在所述螺旋槽（２２）中的光纤（２０）。

【技术特征摘要】
JP 1997-7-8 1827501/1997;JP 1997-8-8 215227/1997;J1.一种滤光器，包括一个具有平整表面的纤维托座(10)，在所述表面上有螺旋槽(22)；和一条具有被周期性调制的折射率的、固定在所述螺旋槽(22)中的光纤(20)。2.如权利要求1所述的滤光器，其中，所述光纤(20)是光敏的。3.如权利要求1所述的滤光器，还包括一个覆盖所述纤维托座(10)的平整表面的盖子(60)，以保护所述光纤(20)。4.如权利要求2所述的滤光器，其中，所述纤维托座(10)和所述盖子(60)是由下述材料之一制成的氧化铝、氧化钛、氮化铝和氮化硼。5.如权利要求3所述的滤光器，其中，所述纤维托座(10)和所述盖子(66)的热膨胀系数不低于10-7/℃不高于10-6/℃。6.如权利要求3所述的滤光器，其中，所述盖子(60)用一种粘合剂固定在所述纤维托座(10)上。7.如权利要求6所述的滤光器，其中，所述粘合剂为环氧树脂粘合剂。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺尾芳孝，野本勉，西木玲彦，
申请(专利权)人：冲电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]