光波导及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种带有衍射光栅的具有足够高的反射率的光波导、用于获得该光波导的波导部件、和其制作方法。在一种光波导中，通过采用一种波导部件而在预定部分的芯和包层中形成了所希望的衍射光栅；在该波导部件中二氧化锗被加入芯和包层，并用紫外光的干涉条纹照射该波导部件的预定部分。由此，根据本发明专利技术的光波导在整个模式场区中都反射被引导光，因而具有高反射率。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及诸如光纤、薄膜波导等等的光波导，且更具体地说，是涉及用于在预定的部分在周期性地改变折射率的同时产生衍射光栅的波导部件、其中具有衍射光栅的光波导、和用于生产其的方法。有很多种作为光部件来制作衍射光栅的方式。当用在诸如光通信系统中时，特别适用的一种，是这样一种光波导，即它容易与另一光波导相连接，且其中带有衍射光栅以降低插入损耗。制作带有衍射光栅的光波导的传统已知方法，诸如在Japanese Laid—open Patent Application No.62—500052中所描述的。该方法以这样的方式制作衍射光栅，即形成带有掺杂有二氧化锗的高折射率芯的石英基光纤，且该光纤随后受到强紫外线的照射以在芯中产生周期性的折射率改变，从而形成衍射光栅。对于带有衍射光栅的光波导，其反射率是一个重要的特性，它取决于衍射光栅的长度(即芯中折射率被周期地改变的区域的长度)和光致折射率改变，如从以下公式(1)可见R＝tanh2(L·π·Δnvv/λ)(1)在此公式中，R代表反射率，L为芯中形成的衍射光栅的长度，Δnvv是由于紫外光而引起的折射率改变(光致折射率改变)，且λ是反射波长。已知由于紫外光照射而引起的折射率改变是由与玻璃中的锗有关的玻璃缺陷引起的。然而，当用于通信的光纤被原样地使用时，包层具有较少的玻璃缺陷。此时，包层由于紫外光而引起的的折射率改变Δnvv小于芯的折射率改变Δnvv。因此，整个光波导不能具有足够的反射率。另外，由于紫外光的照射，芯的被照射部分(那里形成有衍射光栅)具有较高的折射率，该部分的模式场直径变得小于芯的未受到紫外光照射的其他部分的模式场直径。借助在芯中造成的模式场直径的改变，在芯中传播的光由于模式不匹配而辐射到包层中，这增大了传输损耗。在上述情况下，本专利技术的一个目的，是实现一种光波导，它具有带有足够反射率的光波导，并提供了方便地制作光波导的方法。根据本专利技术的一种光波导具有作为光波导部分的芯和具有比芯的折射率低的折射率并以紧密配合的方式覆盖芯的包层，其中在芯和包层中的预定部分，形成有其中折射率周期地改变的、作为衍射光栅的折射率改变部分。折射率改变部分的数目不一定仅限于1，且可以沿着光的传播方向以预定的间隔形成多个折射率改变部分。特别地，对于其中在芯和包层中都形成有衍射光栅的波导部件，主要采用了由其中在两个区域之一中预先加有二氧化锗的玻璃材料组成的光波导，但该波导部件包括包含作为主组份的石英(SiO2)的石英玻璃波导，以及由以石英作为主组份的玻璃和Na2O、CaO等等添加剂的多组分玻璃波导。另外，在本说明书中，光波导指用于利用芯和包层之间的折射率差传输光并将其限定在一定区域中的线路，包括光纤、薄膜波导等等。为了起到光波导的作用，包层的折射率必须低于芯的折射率。实现这一点的方式，是例如(1)将加入包层的二氧化锗的浓度设定在比加入芯的二氧化锗浓度低的水平；或者，(2)在加入芯的二氧化锗浓度等于或高于加入包层的浓度的情况下，加入一种折射率降低剂。这里，作为该折射率降低剂，通常采用诸如氧化硼和氟。制作根据本专利技术的具有衍射光栅的光波导的方法的特征，在于该方法包括制备一种玻璃波导部件的步骤—该玻璃波导带有掺杂有二氧化锗的芯和掺杂有二氧化锗并具有低于芯的折射率的折射率的包层，以及用紫外光照射该玻璃波导部件的预定部分(它是包含芯和包层的区域)以改变该预定部分的折射率的步骤。为了在波导部件的预定部分中形成衍射光栅，需要在该预定部分中产生紫外光的干涉条纹。这种方法的一个例子，是形成两条紫外光相干光束并将这两条相干紫外光以相对于玻璃波导部件中的芯的光轴的、彼此成补角的角度投射，从而产生干涉条纹。在另一种方法中，将紫外光投射到一个相位光栅上，且该相位光栅透射该紫外光以形成干涉条纹。如果该波导部件具有多个集成光波导区(芯)，则紫外光的透射可以通过采用一个带有透射窗口的掩膜和选定的光学系统而得到限制，从而能够被应用到衍射光栅的微加工。另外，该制作方法可以被应用到波导部件移动的情况，例如光纤的拉制步骤。在本专利技术的光波导中，衍射光栅不仅被形成在其中将要形成芯的衍射光栅的预定部分(折射率改变部分)中，而且还被形成在以紧密配合的形式覆盖该部分的包层中。即，不仅在光波导的芯中传播的被引导光受到了反射，而且该被引导光在受到引导时辐射到包层中的光也得到了反射，因而被引导光在整个模式场区域中都受到了反射。因此，本专利技术的光波导具有高反射率。由于从被引导光照射到包层中的光从芯中泄漏到包层中少量的光，因此即使包层中只在芯与包层的界面附近有折射率改变部分，也能够实现足够的高反射率。另一方面，为了增大折射率的改变量，重要的是增大如上所述的玻璃缺陷。增大芯中的二氧化锗的掺杂浓度，对于实现这点是有效的，但在此情况下，如果在芯的紫外照射区中紫外光的照射之前和之后的折射率改变量变得非常地大，则会产生另一个问题，即在同一芯的区域中由于模式不匹配而引起的传输损耗问题。更具体地说，芯的紫外光照射部分具有较高的折射率，从而是减小了模式场直径，而其他的非紫外照射部分不具有模式场直径改变。如果在同一芯中产生了这种模式场直径的改变，则在芯中传播的被引导光很可能照射到包层中，造成传输损耗的增大。在根据本专利技术的具有衍射光栅的光波导中，二氧化锗被加到芯和包层的每一个中，因而在两个区域中借助紫外光照射而引起了折射率改变。因此，该光波导具有这样的结构，即它不造成芯与包层之间的折射率差的较大改变。因此，在紫外光照射之前和之后，沿着光的传播方向没有产生模式场直径的周期性改变，因而避免了由于模式不匹配而引起的上述传输损耗(即由于被引导光进入包层而造成的传输损耗)。根据本专利技术的用于制作具有衍射光栅的光波导的方法，包括以下步骤制备带有掺杂有二氧化锗的芯以及掺杂有二氧化锗并具有低于芯的折射率的折射率的包层的玻璃波导部件的步骤，以及用紫外光照射该玻璃波导部件的预定部分(它是包含芯和包层的区域)以改变该预定部分的折射率的步骤。它还包含将该制作方法应用到光波导式光学部件的制作过程—其中形成了作为其中形成有衍射光栅的波导部件的多个集成芯，以及光纤的制作过程。这里，借助紫外光的照射来改变玻璃的折射率的机理还没有得到完全的澄清。然而，一个重要的原因，被认为是与玻璃中的锗有关的氧损失缺陷，它被假定为诸如Si—Ge或Ge—Ge的中性氧的单体空穴。根据被认为是折射率改变的机理的Kramers—Kronig机理，折射率改变可被解释如下。即，上述缺陷吸收了波长在240至250nm范围中的紫外光。而这种吸收切断了Si—Ge或Ge—Ge耦合，该产生了新的缺陷。这种新缺陷形成了在210nm和280nm波长周围的吸收带。其结果，玻璃的折射率按照Kramers—Kronig关系而改变。在本专利技术的制作过程中，其芯和包层都掺杂有二氧化锗的光波导是在第一个步骤中制成的，且将紫外光照射到该光波导上，从而改变了芯和包层中的紫外光进入部分中的折射率。因此，借助本专利技术的方法制成的光波导具有一个衍射光栅区，在该衍射光栅区中多个折射率改变部分沿着光轴而对准，不只在芯中，而且在包层中也是如此。从以下的详细描述和附图，可以更全面地理解本专利技术；这些附图和描述只是以说明的方式给出的，因而不应该被认为是对本专利技术的限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
波导部件，包括： 作为光波导区的芯，它具有预定的折射率并掺杂有预定浓度的二氧化锗；以及 作为以紧密配合的方式覆盖所述芯的区域的包层，它具有比所述芯的折射率低的折射率，并掺杂有预定浓度的二氧化锗。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤真澄，稻井麻纪，井上享，茂原政一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]