[發(fā)明專利]光學(xué)元件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00136642.4
• 申請(qǐng)日: 2000-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN1299068A
• 公開（公告）日: 2001-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小山正;山本博章;中村浩一郎;山口淳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日本板硝子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G02B6/34
• 分類號(hào): G02B6/34;G02F1/035
• 代理公司: 柳沈知識(shí)產(chǎn)權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 陶鳳波

本發(fā)明涉及一種用于構(gòu)成一種光學(xué)元件的材料，該光學(xué)元件可用于光通信/光測(cè)量和激光工程。

近年來，隨著光通信和激光器的進(jìn)步，光學(xué)技術(shù)有了顯著的發(fā)展。這些領(lǐng)域?qū)τ谒鶓?yīng)用的光學(xué)元件的精度和性能的要求也越來越高。玻璃是構(gòu)成諸如光纖和光學(xué)透鏡這類光學(xué)部件最重要的材料之一。玻璃的組分非常多，可根據(jù)不同用途的需要來選擇。用于上述用途的玻璃必須有良好的光透性和穩(wěn)定性。盡管玻璃有較好的抗大氣腐蝕能力和耐熱性，可有些組分的玻璃的防水性和熱力學(xué)性能卻達(dá)不到某些特殊應(yīng)用的需要。

光學(xué)材料的所需性能之一是溫度穩(wěn)定性。溫度穩(wěn)定性是指其性能不隨溫度變化而變化的特性。也就是說，隨著溫度的變化，耐熱玻璃并不總是具有穩(wěn)定的性能。

當(dāng)溫度變化時(shí)，光學(xué)材料的折射率和長(zhǎng)度都隨之變化，這兩個(gè)參數(shù)一起變化使光程長(zhǎng)度發(fā)生變化。考慮到空間光程長(zhǎng)度隨熱膨脹的變化，根據(jù)Izumiya?Tetsuro,Kogaku?glass(光學(xué)玻璃)，Kyoritsu?Syuppan(1984)，熱膨脹系數(shù)α_a和折射率n_a與溫度的關(guān)系之間的關(guān)系滿足方程[1]，

????????dn_a/dT+(n_a-1)α_a=0???????????????????-----(1)

當(dāng)一種光學(xué)性能隨溫度而變化的材料用作光學(xué)元件如激光介質(zhì)時(shí)，光束模式也將隨之改變。當(dāng)在干涉儀中用棱鏡來控制光程長(zhǎng)度時(shí)，光程長(zhǎng)度將被準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。根據(jù)Kogaku?Glass，LSG91H玻璃的光程長(zhǎng)度s的溫度變化系數(shù)ds/dT是6×10^-6/℃。尤其在干涉儀中，光程長(zhǎng)度隨溫度的變化將會(huì)引起相當(dāng)大的不穩(wěn)定性。已開發(fā)出一種叫做非熱玻璃(athermal?glass)的材料來克服上述缺陷，該玻璃的光程長(zhǎng)度隨溫度的變化幾乎為0。

為滿足方程1必須選擇非熱玻璃的組分，這就使得非熱玻璃含有更多的磷酸/硼酸等，從而使該玻璃的抗水性較差，這個(gè)難題妨礙了它的廣泛應(yīng)用。另外由于組分受到限制，使控制該玻璃的物理性能，如折射率，變得非常困難。

此外，近年來隨著光通信的發(fā)展，光學(xué)元件發(fā)展很快。特別是光學(xué)波分復(fù)用(WDM,wavelength?division?multiplex)通信系統(tǒng)由于能滿足對(duì)通信能力的日益增長(zhǎng)的需求，變得非常重要。不象傳統(tǒng)的傳輸一種波長(zhǎng)例如1550nm的單通道光通信系統(tǒng)，波分復(fù)用(WDM)通信系統(tǒng)的每根光纖同時(shí)傳輸不同的波長(zhǎng)以增加傳輸容量。峰值波長(zhǎng)分別以等間距1.6nm或0.8nm排列的8-通道系統(tǒng)和16-通道系統(tǒng)已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。而且，通道數(shù)有增加的趨勢(shì)，波長(zhǎng)之間的間隔有減小的趨勢(shì)。在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)合成(多路復(fù)用)或者將光信號(hào)分離(多路解編)成不同波長(zhǎng)的功能非常重要。光的衍射效應(yīng)或干涉效應(yīng)已被用來分離不同的波長(zhǎng)。

光纖布拉格(Bragg)光柵是具有代表性的波長(zhǎng)分離元件。如圖4所示，光纖包括一包層14和一含有SiO₂和GeO₂的纖芯13，該光纖受到強(qiáng)度呈周期性分布的(如波長(zhǎng)為248nm的準(zhǔn)分子激光束)的紫外光15的輻射以在纖芯13內(nèi)形成呈周期性分布的高折射率部分19和低折射率部分，該光纖起光纖布拉格(Bragg)光柵11的作用。強(qiáng)度分布呈周期性變化的光線可以由相位掩模16等形成，并使衍射光束17和18相互干涉。光纖布拉格(Bragg)光柵11作為多路解編元件，用來反射和隔離所需波長(zhǎng)，在波分復(fù)用(WDM)通信系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

用周期性形成高折射率部分和低折射率部分的方法，上述布拉格(Bragg)光柵不僅可以做成光纖，而且做成扁平部件，如感光高分子膜等等，以被用作多路解編元件或?yàn)V光器。

另外，利用光束通過光束分離器(two-split?optical?paths，二分光程)產(chǎn)生的干涉效應(yīng)的系統(tǒng)也被應(yīng)用于光通信技術(shù)，如光波技術(shù)期刊(J.Lightwave?Technology)第16卷第265頁(1998)描述的光纖型Mach-Zehnder干涉元件和上述同一期刊第17卷第771頁(1999)描述的光波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉元件。