专利名称：温度补偿的长周期光纤光栅滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温度补偿的长周期光纤光栅滤波器。
背景技术：
一般地，长周期光纤光栅滤波器(long period optical fiber grating)为用于将在光纤芯部内传播的模式与在光纤外层内传播的模式耦合的装置。这种长周期光纤光栅滤波器在铒掺杂光纤放大器(EDFA)的增益平坦度方面具有的优点在于它是不同于反射模式耦合型的模式耦合型。这种长周期光纤光栅被制造成在其芯部的折射率上呈现周期变化。该折射率的周期变化由在制造光纤光栅的过程中将光纤光栅中的光纤芯部周期性地暴露于紫外线而获得，其中所述光纤对紫外线敏感。即，在暴露于紫外线的芯部部分呈现出折射率增大，而折射率未变化发生在未暴露于紫外线的剩余芯部部分处。从而，在芯部中呈现折射率周期变化。在这种长周期光纤光栅中，模式耦合发生在由以下公式表示的相位匹配条件满足的情况下 其中，βco表示芯部模式的传播常数，βd表示m阶外层模式的传播常数，而表示光栅周期。
将β＝2πn/λ替代入公式1中(n表示折射率，而λ表示波长)，可以推导出芯部和外层模式的折射率差值，其与nco-ncl(m)＝λ/一致。于是，具有一定波长的光线在外层模式中的变化可以由适宜地确定理想的光栅周期和理想的折射率差值nco-ncl(m)来获得。
理想的折射率差值可以通过将紫外线激光适宜地辐射到对紫外线敏感的光纤上而获得。即，对紫外线敏感的光纤由具有特定周期的掩膜片遮蔽。然后当激光照射到掩膜片上时，光敏感的光纤产生反应，导致芯部折射率变化。为了获得理想的光谱，即，理想的耦合波长和理想的消光比(extinctionratio)，紫外线激光的辐射应通过精确调节遮盖周期而在适宜的时间段内进行。
如上述制造的长周期光纤光栅的耦合波长也受温度影响。取决于温度变化的耦合波长的偏移是以取决于温度变化的折射率变化以及取决于温度变化的长度热膨胀为基础的。这可以由以下公式2加以表示 其中，T表示温度。
在长周期光纤光栅应用于通信用的一般光纤或扩散偏移(dispersionshift)光纤情况下，公式2中右侧的第二项由于由公式2右侧的第一项所确定的值大于第二项确定的值几十倍而可以不加以考虑。例如，由Corning玻璃公司制造的Flexcor1060呈现出每100C约5nm的耦合波长。典型的扩散偏移光纤由于发生折射率改变而呈现出每100C约0.3nm的耦合波长偏移，而由于长度膨胀而呈现出每100C约5nm的耦合波长偏移。然而，在作为长周期光纤光栅的实际应用的示例的增益平坦滤波器情况下，需要大约每100℃0.3nm的温度稳定性。
为了获得满足上述要求的温度补偿，已经使用一种方法，其中滤波器的折射率被调整成公式2中的项dλ/d具有负值的型式。存在另一种传统方法，其中长周期光纤光栅的周期被缩短成选择高阶外层模式的型式。也公知另一种方法，其中添加B2O3以使公式2的项dn/dT值为零。
然而，所有上述提及的传统方法由于它们包含调整滤波器中的折射率，或添加材料以作用为避免由温度变化导致折射率变化而采用了复杂的工艺。授予Judkins等人的美国专利5,757,540用于温度稳定性而封装的长周期光纤光栅装置中公开了用于温度稳定性的包围绕长周期光栅的外层的材料封装。然而，Judkins等人的专利5,757,540未公开涂覆没有长周期光栅的光纤外层的区域。所需要的是具有两个分离涂层的光纤，一个用于包含长周期光栅的区域，而另一个用于没有长周期光栅的区域。这将使光栅在所有区域内具有均匀的直径，而更容易操纵及使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种长周期光纤光栅，其涂覆有作用为在由温度变化所导致的耦合波长偏移的相反方向偏移滤波器的耦合波长的材料。
本发明的另一目的是将一种类型的涂层施加到光纤中围绕长周期光栅的外层上，并施加单独并不同的涂层到没有长周期光栅的光纤的外层环绕部分上。
本发明的再一目的是具有彼此邻近的两种不同涂层，且具有相等的内径和外径，以便光纤结构平顺，且在光纤整个长度上具有均匀的直径。
根据本发明，该目的是通过提供一种长周期光纤光栅滤波器来实现，其包括形成有长周期光栅的芯部；围绕芯部的外层；覆盖在未环绕长周期光栅的外层的部分的涂层；以及涂覆在环绕长周期光栅的外层部分并由随着温度增加而呈现折射率增大的材料制成的再次涂覆层，该另外涂层作用为使由折射率增加引起的耦合波长偏移在由芯部和外层之间的折射率差值引起的耦合波长偏移相反的方向上进行。
本发明的更完整的理解以及其很多存在的优点将轻易明白，由于通过参照以下详细描述并关联附图考虑时，本发明变得更容易理解，附图中相同的附图标记标识相同或相似的元件，其中图1A是示出长周期光纤光栅滤波器的横截面图；图1B是示出在图1A的长周期光纤光栅滤波器中将芯部模式耦合到外层模式的操作；图2A到2D是分别说明取决于围绕外层呈现的不同折射率而不同的耦合峰值偏移的曲线；图3是说明取决于围绕外层所呈现的折射率的耦合波长偏移的曲线；图4是示出基于围绕外层所呈现的折射率的变化，在穿过长周期光栅的光信号的每个模式阶(mode order)处呈现的耦合波长偏移的曲线；以及图5A到5D分别示出根据本发明的长周期光栅滤波器的温度补偿机制。
具体实施例方式
图1A是示出长周期光纤光栅滤波器的横截面图。如图1A所示，长周期光纤光栅滤波器包括具有形成长周期光栅100的芯部102、以及沿着长周期光栅100围绕芯部102的外层104，以及围绕外层104的涂层。
长周期光栅100由局部去除对紫外线敏感的光纤的涂层106而形成，并然后将紫外线激光照射到光纤上，同时利用适于在一定周期间隔透射紫外线激光的振幅掩膜(amplitudemask)(未示出)，从而在芯部102内产生周期的折射率变化。
图1B示出在图1A的长周期光纤光栅滤波器中将芯部模式耦合到外层模式的操作。在芯部102内传播的基本导引模式(fundamental guided mode)110在通过折射率变化区域112的同时散射。由附图标记114标识的散射光耦合到外层104上，以便其同相增强具有满足所希望的相位匹配条件的波长。随着具有上述波长的光从外层104发射，长周期光纤光栅滤波器作用为波长相关的衰减器。基本导引模式110在穿过折射率改变区域112同时强度减弱。另一方面，具有与外层104耦合的波长的光呈现强度逐渐增强。在图1B中，强度较大的光由粗箭头标识。每个折射率变化区域112对应于图1A所示的长周期光栅。
在布置上述长周期光栅的围绕外层部分的周围条件为折射率为1的空气。在长周期光栅形成之后，在外层再次涂覆折射率为n的材料的地方，耦合条件发生变化。结果，耦合波长向较长波长或向较短波长偏移。
图2A到2D分别示出根据围绕外层所呈现的不同折射率的不同耦合峰值偏移。图2A示出在围绕长周期光栅外层所呈现的折射率为1的情况下的光的传输特性。图2B示出在围绕长周期光栅外层所呈现的折射率为1.400的情况下的光的传输特性。参照图2A和2B，可以看出消光比(extinctionratio)根据围绕外层所呈现的折射率的增加而增大。图2C示出在围绕长周期光栅外层所呈现的折射率为1.448的情况下的光的传输特性。参照图2C，可以看出，耦合波长朝较短波长偏移16.5nm。图2D示出围绕长周期光栅外层所呈现的折射率为1.484的情况下的光的传输特性。参照图2D，可以看出与围绕外层所呈现的折射率为1的情况相比耦合波长向较长波长偏移。在这种情况下，也发生消光比减小。
从而，向较短波长偏移的耦合波长发生在围绕外层所呈现的折射率从1增大，并同时小于外层的折射率时，如图2B或2C所示的情况。然而，当围绕外层所呈现的折射率超过外层的折射率，发生耦合波长向较长波长偏移，如图2D所示的情况。在围绕外层所呈现的折射率等于外层的折射率情况下，失去全反射条件，因此耦合峰值消失。
图3示出根据围绕外层所呈现的折射率的耦合波长的偏移。参照图3，可以看出耦合波长随着围绕外层的折射率从1增大而向较短波长偏移。当围绕外层的折射率与外层的折射率相同时，耦合峰值消失。随着围绕外层的折射率超过外层的折射率，耦合波长向较长波长偏移。
为了改变围绕外层所呈现的折射率，根据本发明，在形成长周期光栅的地方除去光纤的涂层。在局部去除涂层后露出的光纤部分再次涂覆取决于温度变化而折射率呈现变化的材料。优选地是，再次涂覆的材料根据温度的增加而折射率增大。随着再次涂覆材料的折射率增大，长周期光栅的耦合波长向较短波长偏移。
如果再次涂覆材料根据温度增加而折射率呈现减小，那么长周期光栅的耦合波长向较长波长偏移。例如，Corning玻璃公司制造的Flexcor1060在未涂覆上述的再次涂覆涂层的地方呈现出约每100℃5nm的温度敏感度，然而，在Flexcor1060涂覆有作为上述再次涂覆涂层的硅树脂的地方，其呈现出约每100℃10nm的温度敏感度。该结果是从除耦合波长根据上述的公式2的右侧第一项而向较长波长偏移的现象之外，耦合波长由于用作再次涂覆材料的硅树脂的折射率随着温度增加而减小向较长波长偏移的效应而产生的。
于是，理想的温度补偿效应可以通过利用作为再次涂覆材料的随着温度升高呈现折射率增大的材料而获得。这种用于温度补偿的长周期光栅滤波器的再次涂覆材料应具有理想的特性。即，该再次涂覆材料应具有小于外层材料，例如纯石英的折射率的初始折射率，同时具有随着温度升高而呈现折射率增大的特性，从而将光栅的耦合波长向较短波长偏移。
图4是示出根据围绕外层所呈现的折射率的变化耦合波长偏移的曲线。在图4中，参照字符LP01到LP0P表示穿过长周期光栅的光信号的相应的模式阶。光信号的模式阶沿图4所示的曲线的垂直轴增大。参照图4，可以看出在每个模式阶的耦合波长随着外折射率的增大而向较短波长偏移。
图5A到5D分别示出根据本发明的长周期光栅滤波器的温度补偿机制。图5A示出再次涂覆材料基于温度的折射率变化特性。参照图5A，可以看出折射率随着温度升高而发生增大。图5B示出取决于围绕外层所呈现的外部折射率的耦合波长偏移特性，参照图5B可以看出，耦合波长随着外部折射率的增大而向较短波长偏移。图5C示出基于温度的耦合波长偏移。参照图5C，可以看出温度升高导致再次涂覆材料的折射率增大，从而导致耦合波长向较短波长偏移。
另一方面，图5D示出长周期光栅根据温度所呈现的温度补偿效应。在图5D中，曲线500表示耦合波长根据再次涂覆材料的温度而偏移。曲线502表示耦合波长根据芯部和外层取决于温度而呈现的折射率差值的耦合波长偏移。曲线504是表示在曲线500和502分别示出的耦合波长偏移之间补偿后所获得的结果的曲线。参照曲线504，可以看出，即使在发生温度升高的情况，耦合波长也不会偏移。
图6是示出根据本发明的温度补偿的长周期光栅滤波器的结构的横截面图。在图6中，附图标记600表示长周期，602表示芯部、604表示围绕长周期光栅和芯部的外层，606表示涂层，而608标识围绕布置在形成长周期光栅区域内的外层再次涂覆层。如上所述，再次涂覆层优选地由折射率随着温度升高而增大，并同时小于外层的折射率的材料制成。
根据本发明，有可能通过在长周期光栅上再次涂覆随着温度升高而折射率增大的材料补偿由于温度升高而发生的耦合波长偏移。于是，根据本发明温度补偿可以更容易地实现，而没有任何由于滤波器内折射率的调节或加入避免折射率随着温度变化的材料的不便。
虽然本发明已经具体图示，并参照其特定实施例加以描述，本领域技术人员应理解在不背离权利要求书所限定的本发明的范围情况下，可以在形式上及细节上作出各种改变。
权利要求
1.一种长周期光纤光栅滤波器，包括所形成的具有长周期光栅的芯部；围绕芯部的外层；涂覆在未围绕长周期光栅的外层部分上的第一涂层；以及涂覆在围绕长周期的外层部分上的第二涂层，且该涂层材料随着温度升高呈现出折射率增大，第二涂层作用为使由折射率增大导致的耦合波长偏移在由于芯部和外层之间的折射率差值引起的耦合波长偏移的相反方向进行。
2.如权利要求1所述的长周期光纤光栅滤波器，其特征在于，第二涂层的材料的折射率随着温度升高而增大，而同时小于外层的折射率。
3.如权利要求1所述的长周期光纤，其特征在于，所述第一涂层的内半径等于所述第二涂层的内半径，而所述第一涂层的外半径等于所述第二涂层的外半径。
4.一种光纤，包括芯部，所述芯部周期地包括长周期光纤光栅；围绕所述芯部的外层；只在所述光纤的没有长周期光栅部分围绕所述外层的第一涂层；由与第一涂层不同的材料构成的第二涂层，所述第二涂层围绕所述光纤的包含所述长周期光栅的部分。
5.如权利要求4所述的光纤，其特征在于，所述第二涂层随着温度升高而呈现折射率增大。
6.如权利要求5所述的光纤，其特征在于，所述第二涂层具有小于所述外层的折射率的折射率。
7.如权利要求6所述的光纤，其特征在于，所述第一涂层的内半径等于所述第二涂层的内半径，而所述第一涂层的外半径等于所述第二涂层的外半径。
全文摘要
本发明公开了一种温度补偿长周期光纤光栅滤波器。该长周期光纤光栅滤波器包括形成有长周期光栅的芯部,围绕该芯部的外层,涂覆在未围绕长周期光栅的外层部分上的涂层,以及涂覆在围绕长周期光栅的外层部分上并由随着温度升高而呈现折射率增大的材料制成的再次涂覆层,该再次涂覆层作用为使由折射率增大导致的耦合波长偏移在由于芯部和外层之间的折射率差值引起的耦合波长偏移的相反方向进行,根据这个长周期光纤光栅滤波器,温度补偿可以更容易地实现,而没有任何由于滤波器内折射率的调节或加入避免折射率随着温度变化的材料的不便。
文档编号G02B6/34GK1343315SQ00804710
公开日2002年4月3日 申请日期2000年3月13日 优先权日1999年3月12日
发明者章絑宁 申请人:三星电子株式会社