处理作为调相器和开关使用的光纤和材料的方法技术

一种极化诸如光纤之类的石英材料的方法，通过这种方法感应电光非线性，使得材料能够在光通信应用中起调相器和开关的作用。极化是在４５０℃或更高等级的提高温度，利用８００Ｖ／μｍ或更高等级的电场，经过一至数十分钟范围的时间周期而生效的。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信，更具体地讲，本专利技术涉及一种利用加热和极化电场处理石英光纤和其它硅基材料以感应光调制和光交换所需的光学非线性的方法。在吉赫至数个吉赫范围工作的调相器和开关是光通信系统，局域网，和光纤传感器，特别是光纤陀螺仪中的光纤传感器所需关键器件。直到现在，合理高频(＞1MHz)的低压调相和开关还不可在任何形式的全光纤组件中使用。它一般是由一个LiNbO3集成光(IO)通道波导器件提供的，其依赖于LiNbO3的电光特性通过一个外部施加电场调制光信号的相位。但是，当把这些IO器件插入一个光纤回路时，将导致至少1dB的相当大的耦合损耗。把IO器件物理耦合于光纤的所谓猪尾连接(pigtailing)过程也是高成本和十分困难的。用一个全光纤调制器代替这些IO通道波导调制器，通过提供一种能够直接连接到回路光纤的器件将会消除高成本和技术上的困难。连接也将一同消除通常发生在光纤/IO接口的机械不稳定性和不希望的反射损耗。在通信领域中，损耗制约更大。光纤市场的大部分是面对包括成百个，具有极低总损耗，一般低于0.1dB串行开关的多用户系统。这样严格的要求再次基本上排除了IO组件。这些考虑实际上要求这些器件必须用玻璃基光纤制造。其它许多应用也可以从远红外和紫外线光纤基器件的低传输损耗获得好处，并且因此可以把其它电光器件，电光光纤调制器和开关在一个大的波长和功率范围中使用。本专利技术的目的是一种新方法，这种方法能够在包括，但不限于，用熔凝石英制造的标准光纤和IO波导器件的玻璃基材料中感应大的电光系数，并因此而能够制造单模光纤中的低压电光相位振幅调制器和开关。如同其IO对应物，由低电压、低电流信号直接驱动这些器件。简单地讲，把一种石英或其它玻璃基材料放置在一个最好是真空腔的密封室内的炉子中。逐渐把炉内温度从室温提高到450℃左右或更高等级的最大值T1。以一种不会物理地损害玻璃材料的速度提高温度。在升温期间或是在达到最高温度之后对石英材料施加一个电场。电场强度应当尽可能高，在800V/μm或更高的等级，和/或电压应当在不超过材料的介质击穿值的前提下尽可能高(10kV或更高)。将温度和电场维持一段时间(极化时间)，该时间的范围是数秒至数十分钟。然后以足以使材料处于恒定的极化平衡的低速逐渐降低温度。当样品的温度已经降低到一个足够低的值时切断电压，该温度最好是室温(一般为20℃)，尽管较高的温度(例如50℃)也可以。通过参考附图可以从以下的说明和所附的权利要求更为清楚地了解包括其处理替代方法的本专利技术。附图说明图1示出了实施本专利技术的装置；图2是显示本专利技术的极化温度周期的时间和温度曲线图。标准单模光纤是由非晶石英制造的，其一般不具有二阶非线性，特别是电光效应。我们提出的用于在光纤中感应二阶非线性的方法是极化，沿用了几年前S.Brueck及其新墨西哥大学的合作者提出的方法。见Opt.Lett.Vol.16，1732(1991)中R.A.Myer，N.Mukerjhee和S.R.J.Brueck所写“极化熔凝石英中的大二阶非线性(Large Second-OrderNonlinearity in Poled Fused Silica)”一文。极化包括提高玻璃样品的温度到大约280℃左右，并对其施加数分钟的高电压(见Myers等人的文章)。X.-C.Long，R.A.Myers，和S.R.J.Bruek在Electronic Letters vol.30，pp.2162-2163，1994的“在温度/电场极化光纤中线性电光效应的测量(Mearsurement of linear electrooptic effect intemperature/field poledoptical fiber)”一文中提到，这种简单的方法已经用来在一个石英衬底中感应出0.4pm/v等级的电光(非线性)系数r。这个值要比以前用不同方法(光电感应的非线性)在相同的光纤中感应的强二到三个数量级。见U.Osterburg和W.Margulis在Opt.Lett.Vol.11，516(1986)中发表的“用在玻璃光纤中倍增的NdYAG激光脉冲频率泵激的染色激光(Dye Laser Pumped by NdYAG Laser Pulses Frequency Doubled in aGlass Optical Fiber)”，和D.M.Kroll和J.R.Simpson在Opt.Lett.Vol.16，No.21，1650-1652，Nov.1991中发表的“在稀土掺杂的铝硅酸盐光纤中的光电感应二次谐波产生(Photoinduced Second-Harmonic Generationin Rare-Earth-Doped Aluminosilicate Optical Fiber)”。我们，以及其他一些人，自从应用了该极化方法已经成功地在包括石英通道波导的各种玻璃基材料中展示了电光调制器和二次谐波产生。见A.C.Liu，M.J.F.Digonnet和G.S.Kino在Opt.Lett.Vol.19，No.7，466-468，(April1994)中发表的“在石英通道波导中的电光调相(Electro-optic PhaseModulation in a Silica Channel Waveguide)”论文。从这些测量方法推导出的电光系数一般具有与Broeck等人报导的相同的等级。但是，由于通过上面定义的极化方法产生的非线性区仅延伸到波导芯的一部分，并且由于它的非线性仍然太弱，因此观察到的调相相当低，大约为35mrd。作为比较，为制造一个有用的调相器或开关，需要有一个π的调相。一年半前，在澳大利亚的光纤技术中心(OFTC)对相同效应所作的研究产生了5.8pm/V的电光系数r的显示。见T.Fujiwara，D.Wong，Y.Zhao，S.Fleming，S.Poole和M.Sceats在19th Australian Conf.on Opt.Fibre Techno.，Postdeadline Paper PDP-3，1994上发表的论文“在石英光纤中用紫外线激励极化感应的电光效应(Electro-optic effect induced byUV-excited poling in a silica fiber)”。为此目的，他们在室温，紫外线照射下，用比以前强得多的电场(-80V/μm)极化光纤。最近，南安普敦大学报导了光纤技术中的新进展，从中可以得到1.3pm/V的电光系数r。见P.G.Kazansky，A.R.Smith，L.Dong，P.St.J.Russel在Conf.onlasers and Electro-optic 1996，Paper CWK2，1996年6月发表的论文“在经过内电极极化的石英光纤中的二次谐波产生(Second harmonicgeneration in silica fibers poled via internal electrodes)”。为校准目的，在标准商用IO调制器中使用的LiNbO3电光系数r为-31pm/V。利用这个值，在2.5-cm长的LiNbO3波导管中，在1.55μm信号波长的π的调相需要-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在石英材料中感应非线性的方法，包括步骤：ａ）把石英材料放到一个受控环境内的炉中，ｂ）将炉内的温度以不会物理地损害石英材料的速率逐渐提高到一个升高的温度，ｃ）通过石英材料施加一个低于石英材料的介质击穿的电场，ｄ）以足以能够 使石英材料是极化平衡的低速率逐渐降低炉内温度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔迪戈内，艾丽丝刘，戈登基诺，
申请(专利权)人：利兰斯坦福初级大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]