[發明專利]以氫氣或氘氣使玻璃光致敏的方法及用該方法制造的波導

無效

• 申請號: 00803975.5
• 申請日: 2000-01-27
• 公開（公告）號: CN1341222A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發明（設計）人: G·E·克恩克;D·W·奈廷格爾;P·G·威格利
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: G02B6/18
• 分類號: G02B6/18;G03F7/38;G03F7/24;G03F7/26
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 錢慰民

發明背景

1.發明領域

本發明一般地涉及提高光波導的感光性，尤其涉及一種用于提高光波導對輻射諸如對紫外輻射的敏感性的方法。

盡管本發明應用廣泛，但它特別適于為光波導提供持久的紫外感光性，并特制這些波導的折射率分布曲線。

2.技術背景

由紫外線引起折射率變化而在光波導中產生光柵的技術是本領域眾所周知的。一般來說，這種光柵有兩類，第一類是長周期光柵(LPG)，通常使紫外線通過振幅掩模進行曝光來形成。第二類是短周期光柵或光纖布拉格光柵(FBG)，一般利用雙光束干涉來形成。一般而言，用相位掩模產生雙光束干涉是目前認為較佳的一種將FBG寫入光波導的方法。對于這兩類光柵，已經發現光柵強度(即，因紫外曝光形成的折射率相對于紫外曝光前光波導折射率的變化)依賴于光波導感光性和其他因素。

一般在平面型波導和光波導纖維所用的摻雜石英玻璃中形成光柵，而所述平面型波導和光波導纖維通常用于電信系統的光電元件和其它器件。已經發現，作氫氣處理可以提高含這些摻雜石英玻璃的光波導對紫外輻射的感光度。早期提出的H₂致敏處理是在相對較高的溫度下，一般至少為400℃，將摻氧化鍺的石英玻璃置于H₂中。這樣的高溫被證明不利于摻氧化鍺的光纖，也不利于含其他摻雜劑的光纖。由于作為拉絲工藝的一部分一般要對光纖涂覆一種聚合物涂覆材料，所以這些極高溫度會破壞或至少嚴重損壞光纖涂覆層。另外，這種高溫致敏處理一般會增大與光纖相關的衰減和/或削弱光纖本身的質量。鑒于這些缺點，已開發了各種經改進的加載H₂技術。結果，極大地提高了標準光波導材料的光敏響應。

一項這樣的技術是在低溫(最多250℃)下將基于SiO₂的光波導置于H₂環境(局部壓力大于1個大氣壓)中，時間長達幾天或幾星期，使得H₂擴散到光波導中。然后，對加載H₂的光波導進行紫外輻射曝光，提高光波導中受輻照部分的折射率，形成光柵。已用這項技術為許多實際器件獲得了5×10^-5或10^-4大小的歸一化折射率變化，并有報告稱具有較少實際應用的某些特種光纖可以具有高達10^-2的折射率變化。已經發現只要波導不受熱，折射率的變化就基本上永遠不變，并且至少大部分變化不受中等加熱(例如，小于或等于400℃)的影響。

在更近期的發展中發現，用氫氣處理光纖并對其加熱可以提高摻氧化鍺光纖的折射率。該方法是將玻璃置于壓力在14-11,000p.s.i范圍、溫度在21-150℃范圍的氫氣中，直到足夠的氫氣擴散到光纖中。然后用火焰或紅外輻射對光纖加熱，加熱溫度超過約500℃，加熱時間為1秒或更短。該技術使歸一化折射率發生實質性的、持久的增長。對摻氧化鍺的單模光纖進行火焰加熱產生了4×10^-3大小的歸一化折射率變化(Δn/n)。

上述兩項技術均通過加載H₂來提供需要的光波導感光性。加入H₂后，對波導進行紫外輻射曝光或者對波導加熱，以改變波導的折射率。除了為穩定折射率變化而退火之外，上述技術不需要更多的處理步驟。相應地，用這些技術生產的器件具有會因光纖幾何形狀變化和/或光纖固有感光性以及其他因素而發生明顯變化的折射率特性。因此，盡管上述技術可以產生明顯的折射率變化，但幾乎不能控制這些變化的精度。結果，在缺少一些附加處理的情況下，只有少量器件能夠充分滿足其應用系統的需要和要求。

對于光柵器件來說尤其如此。例如，就FBG器件而言，上述H₂加載技術在具有合理成品率前提下，其精度不足以有選擇性地去除且僅僅去除所需波長。對于LPG器件，中心波長的變化使得合格器件的成品率較低。

鑒于以上說明，需要一種提高光波導之紫外感光性的方法，該方法能夠簡化光柵制造工藝，并提高合格光柵的成品率。另外，需要一種光波導，它可以在加載氣體外散后保留較大的感光性，以便通過對波導施加附加的輻射曝光處理使折射率發生明顯改變。另外，需要一種按微米數量級空間尺度來控制光波導感光性的方法。

發明內容