可调光纤布喇格和长周期光栅制造技术

揭示了一种可用于电信系统的可调滤光器。所述滤光器包括一条包含光栅的单模光波导。通过改变在包层层（１４）和施加至外包层层表面的附加层（１６）之间的分界面处的边界条件来改变滤光器的谐振波长。通过改变附加层（１６）的折射率来改变边界条件。改变附加层（１６）的折射率的手段包括在附加层中建立结构谐振，或者用电光材料或压电材料来构成附加层。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术根据1998年3月30日提出的串号为60／079，873的临时申请，我们要求将1998年3月30日作为本申请的优先权日。本专利技术针对一种相对于表征滤光器光谱响应的中心波长的可调(即，可调节)滤光器。特别，所述滤光器最好用光学的或电气的方法来调谐。滤光器已经成为波长多路复用通信系统和使用光放大器的系统中的主要元件。这些滤光器用作加入(add)或分出(drop)选出的波长元件，因而可以用来阻挡宽带噪声而同时通过信号，用来使光放大器增益平坦，或者把特定波长的信号引导进入预选的节点。使用其波长响应在一段波长范围内可调的滤光器可以得到较大的系统灵活性。已知许多可供选择的滤波装置，包括Fabrey-Perot或Mach-Zehnder干涉仪，多层介质膜滤光器、以及基于波导布喇格(Bragg)或长周期光栅的滤光器。通过改变装置折射率或尺寸的办法可以完成这些装置的调谐。例如，通过弯曲或拉伸装置或装置的一部分，使装置变形，能够用来改变尺寸和折射率两者。用类似的方法，通过改变装置或它的一部分的温度，可以改变尺寸或折射率。热电冷却和加热是一种方便的方法来实行装置的热调节。此外，能够用光学或电气的方法来改变装置的尺寸或折射率，于是改变装置的滤波特性。通常，与用机械或热的方法调谐的装置相比，后面的这些方法较好，因为它们提供具有较快响应的滤光器，并且它更可靠，和对装置提供更能重复的控制。因此，在本领域中，需要这样的可调滤光装置，它具有-对于调谐装置快速响应；-可靠性高；以及-重复性高。定义-光纤光栅是周期地或准周期地微扰的用于电磁辐射的波导，光栅(即，微扰)具有预选的长度，沿该长度，波导的折射率或分布周期地改变。-光栅的周期是在光栅的两个最靠近的相邻的高或低折射率部分的相应点之间的距离。-长周期光栅是这样的光栅，它提供在沿相同方向传播的包层模式和纤心模式之间的谐振。-当由于在一个结构中从高折射率区域和低折射率区域之间边界处的全内反射或接近全内反射，使得电磁波(诸如光)在其中来回反射，并且在单次或多次反射后，它本身同相返回，就出现结构谐振。Febrey-Perot干涉仪是一维结构谐振的最简单的例子。为了在波导中沿横平面出现结构谐振，该波导必须被一种其折射率比波导的折射率低的媒质围绕。在圆波导(诸如光纤)中，由于在包层-空气分界面处或包层-护套分界面处的全内反射，结构谐振出现在包层区域内。在光纤的情形下，大体上垂直于通常的传播方向入射的光得到被包层-空气或包层-护套分界面全内反射，并且在某些波长处，在许多次这样的反射后，它自己同相返回以进行相长干涉，因而造成结构谐振(对于这个问题的好的参考资料是在P．W．Barber和R．K．Chang编的《与小粒子相关联的光学效应》一书(新泽西州World Scientific出版社1988年出版)中S．C．Hill和R．E．Benner的文章“与形态有关的谐振”)。图5示出结构谐振的一例，它能够在围绕包层层并且与之接触的光波导的附加层中产生。在此例中，使用激光器，以将光沿大体上垂直于层表面的方向引入该层。产生在该层中的入射光的结构谐振改变了该层的折射率的与强度有关的项，因而改变了由相关联的光栅滤波的峰值波长。-Bragg光栅是在纤心模式和逆向传播的(counter-propagating)反射纤心模式之间产生谐振的光栅。-贯穿此文件，除非另有说明，术语“波导”是指单模波导。专利技术概要通过提供一个以光学方式或电气方式控制的长周期或Bragg光栅装置，本申请的滤波装置符合高性能的可调滤光器的要求。本专利技术的第一个方面是一种可调滤光器，它包括具有刻在波导纤心的至少一部分上的光栅的单模光波导。可调性来源于施加至波导包层层的外表面的附加层。此附加层用这样的材料制成，通过作用在附加层上的控制机构，可以改变该附加层的折射率。此最外层的折射率的改变，使得沿该波导传播的电磁场的边界条件改变。边界条件的这种改变将影响包层模式的传播常数。取决于附加层离开纤心-包层边界的距离，附加层的折射率的改变也将影响纤心模式的传播常数。对于典型的单模波导，这个距离在大约5μm至10μm的范围内。光栅的谐振波长直接依赖于谐振模式的传播常数。于是，改变传播常数就有效改变了光栅的谐振波长，有效调谐了光栅的谐振峰。可调滤光器的一个实施例具有附加层，它是用电光材料(例如LiNbO3)做的。于是，藉助于跨过该层施加电压，能够迅速而可重复地改变该层的折射率。施加的电压有效地改变了包层模式的传播常数，因而改变了光栅的谐振波长峰值。这是长周期光栅的一个实施例。在本专利技术的这一方面的一个较佳实施例中，通过把来自一个或多个光源的光引至该层而在附加层中建立结构谐振，入射光的行进方向与该层的长度方向垂直。在结构谐振时，光强变得更集中在该层中。光强改变了该层的折射率的与光强有关的项，因而改变了包层模式的传播常数。与光强有关的项一般称为非线性折射率项。人们把折射率写成n=n1+n2I，其中，n1是线性折射率，I是光强，而n2是非线性折射率系数。通过控制入射光的强度将光栅从一个波长峰值有效地调谐至另一个波长峰值。典型的光源是一个或多个激光器，它们沿着与附加层的长度方向垂直的方向把光引入该层。当附加层的材料的非线性系数n2增大时，在附加层中由结构谐振引起的折射率改变较大，从而附加层中的改变对传播模式(包层模式或纤心模式)的影响变得较大。色散位移波导的典型的非线性系数约为2．3×10-20m2／W。当用调谐波长带的宽度来测量时，希望用具有相对较高的非线性系数的附加层材料来提高该层的有效性。其时，专利技术人考虑该系数在10-19的数量级。例如，在待审查的临时申请60／071732中研究了设计来增大非线性折射率系数的折射率分布，通过参照将它引用于此。典型的调谐波长带宽在大约70μm的范围内。于是，在其中要建立结构谐振的附加层的较佳实施例是包括这样一种材料的附加层，该材料具有在约10-20至10-19m2／W范围内的非线性系数。在新颖可调滤光器的另一个实施例中，附加层包括染料掺杂的石英玻璃。通过把光横向地射入玻璃，可以改变这种染料掺杂的玻璃的折射率，由此调谐了滤光器的波长。为了避免横向射入的光与在波导中传播的信号光相互作用，最好使得用于通过结构谐振或与染料相互作用而改变附加层的折射率的光的波长在大约1300nm至1700nm的范围(它是光通信系统的工作波长带)之外。在可调滤光器的再一个实施例中，附加层包括一种压电材料，例如，该材料可以是一种软聚合物(soft polymer)。通过跨过该材料施加电压，能够改变该材料的密度，因而改变该材料的折射率，于是把光栅调谐至不同的谐振波长。在新颖可调滤光器的第一方面的一个实施例中，为改变纤心的传播常数，使附加层的边界与在纤心中传播的模式靠得足够近，如上面所指出的，光栅周期可以选为Bragg光栅的周期。在本专利技术的第二方面，具有纤心和包层以及附加的最外层的波导包含周期为Λg的光栅，如此选择该周期，从而包层模式的传播常数βc1和纤心模式的传播常数βc之差由等式βc1-βc=2π／Λg(这是确定模式之间谐振的条件)相联系。于是通过改变βc1可以调谐滤光器。通过用上面指出的任何方法来改变附加层的折射率，可以改变βc1。在新颖可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调滤光器，其特征在于，包括：单模光波导，它包括具有一段长度的纤心区域和与所示纤心区域相邻的包层层，所述纤心区域的长度具有相邻的子长度的序列，这些子长度构成纤心长度的至少一部分，具有交替的较高和较低的折射率的所述子长度的序列构成光栅 ，所述光栅具有一个可选的切趾法包络；附加层，它与包层层相邻并且沿构成光栅的所述子长度的序列的至少一部分延伸，所述附加层包括具有折射率的材料；以及用于改变所述附加层的所述折射率的手段。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DQ乔杜里，KB斯帕克斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]