专利名称：激光微加工处理全光纤型元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，特别是涉及一种以激光切削(laser ablation)方法进行微加工处理所制作的全光纤型元件。
背景技术：
本发明的描述是参考如下参考文献进行的，其中1.R.A.Burgh，G.Kotler，and H.J.Shaw，单模态光纤光定向耦合器(Single-mode fibre optic directional coupler)，Electron.Lett.，vol.16，pp.260-261，1980.
2.B.S.Kawasaki，K.O.Hill，and R.G.Lamont，双锥形单模态光纤耦合器(Biconical-taper single-mode fiber coupler)，Opt.Lett.，vol.6，pp.327-328，1981.
3.Michel Digonnet，and H.J.Shaw，单模态光纤耦合器中的波长复用(Wavelength multiplexing in single-mode fiber couplers)，Appl.Opt.vol.22，pp.484-491，1983.
4.Michael Eisenmann，and Edgar weidel，用于100～300nm之间的频道间隔的波分复用的单模态熔烧双锥形耦合器(Single-mode fused biconicalcouplers for wavelength division multiplexing with channel spacing between 100and 300nm)，J.Lightwave Technol.，vol.6，pp.113-119，1988.
5.Katsumi Morishita，and Katsuyoshi Takashina，熔烧光纤耦合器的极化属性和极化分光器(Polarization properties of fused fiber couplers and polarizingbeamsplitters)，J.Lightwave Technol.，vol.9，pp.1503-1507，1991.
6.C.V.Cryan，and C.D.Hussey，熔烧抛光单模态光纤耦合器(Fused-polished singlemode fibre couplers)，Electron.Lett.，vol.28，pp.204-205，1992.
7.C.V.Cryan，J.M.Lonergan，and C.D.Hussey，当制造熔烧抛光耦合器时克服抛光引起的应力(Overcoming the effects of polishing induced stresswhen fabricating fused polished couplers)，Electron.Lett.，vol.29，pp.1243-1244，1993.
8.T.L.Wu，and H.C.Chang，熔烧光纤耦合器形成双折射的精密分析(Rigorous analysis of form birefringence of fused fibre couplers)，Electron.Lett.，vol.30，pp.998-999，1994.
9.G.Kakarantzas，T.E.Dimmick，T.A.Birks，R.Le Roux，and P.St.Ressell，基于锥形光纤的CO2激光微观结构的微型全光纤装置(Miniature all-fiberdevices based on CO2 laser microstructuring of tapered fibers)，Opt.Lett.，vol.26，pp.1137-1139，2001.
10.Nan-Kuang Chen，Sien Chi，and Shiao-Min Tseng，熔烧抛光光纤耦合器(Fused-polished fiber couplers)，in OptoElectronics and CommunicationsConference 2003(OECC’2003)，p.299.
(1)侧磨式光纤耦合器最早是由美国史丹佛大学Prof.Shaw实验室所提出的；请参阅图1(a)，其将光纤11埋入石英基板12并对其光壳研磨至距离光芯约剩数微米的距离后，将此侧磨光纤元件对迭形成光纤耦合器13，如图1(b)所示。它的loss很低(＜0.5dB)，且具有分光比可调的优点；然而，由于研磨长度不长、必须使用折射率匹配液体、以及制作成本昂贵等缺点，使得此型光纤耦合器对于环境的稳定性不高而不具商用价值。目前，全世界仅剩数家公司生产此型光纤耦合器，但大都使用于保极化光纤之类的可调式光纤耦合器。(参考文献1&、3)(2)利用火焰制作熔烧式光纤耦合器是由Kawasaki所率先提出，因为制作方法简单快速，故如今已成为光纤耦合器的主流制造技术。利用火焰熔烧的制造方法很简单，也可以用来制作各种不同的光纤元件，例如光纤极化器、极化分波器、波长多任务/解多任务器、以及滤波器等，但这样的方法却存在一个致命的缺点，使其无法制作更高等级的光纤元件。也就是两条光纤在熔烧拉伸时造成光纤耦合器的截面呈哑铃形的不对称结构，导致不同极化模态的光具有不同的耦合系数，一但熔烧拉伸的距离加长时，不同极化态的相位差就会大幅度地发生差距，造成不同极化光永远无法同时到达某特定长度，这样光纤元件的通道隔离度(channel isolation)就会变得很差。然而，通道间隔却又取决于耦合器作用长度的长短，因此，要利用这样的做法制作出兼具窄波道间距和高通道隔离度的光纤耦合器是很不容易的。此外，火焰燃烧会产生大量的水气，水气通过光纤拉伸的机会渗入光纤造成1.38μm波长附近产生光学损耗，导致此法不适合生产疏密度分波多任务(CWDM)光纤元件(参考文献2、4、5、8)(3)因为侧磨式与熔烧式各有其优缺点，所以C.V.Cryan等人就将侧磨光纤元件熔烧起来，使得侧磨光纤耦合器的稳定度增加。但他们所发展的光纤研磨技术是利用砂轮机对光纤研磨，熔烧光纤时还必须利用熔胶-凝胶法(sol-gel method)加入一层薄的液态二氧化硅以填补光纤研磨接口；这样的做法虽然改善了侧磨光纤耦合器的稳定度，但可惜的是制作方式不佳，而且他们没有提出加入光纤细化(tapering)的制作方法，导致分光比跟波长选择特性无法调整。因此实用性不大。(参考文献6、7)(4)中国台湾专利公告第493090号案(微型光纤耦合器及其制造方法，发明人曾孝明、陈南光)，则是同时利用上述侧磨和熔烧的技术，将两个侧磨过的光纤熔烧合而为一，并加入一个微调拉伸动作，以调整光纤的两个特征模的相位关系，并由此得到所需的分光比。在这种耦合器的制作过程中，由于这个拉伸光纤动作的目的仅是为了微调光纤耦合区的两个特征模的相位差，使得输出光可以在同一个端子输出；因此光纤所具有的光芯在被拉伸的过程中并没有被破坏，也就是说光纤耦合器的内部仍然存在有第一及第二光芯的结构，且光信号的传导基本上还是利用光芯进行导光。然而，由于光纤侧磨元件制作过程耗时过长且需使用大量研磨耗材及极为精准的硅芯片沟槽，故产业上的实用价值不高。
(5)美国专利第5101090号案(Methods and apparatus for making opticalfiber couplers)提出使用准分子激光切削(laser ablation)光纤部分光壳到靠近光芯的地方才停止并形成一道缺口(notch)；而停止点的决定是以另一信号激光斜向入射此光纤缺口，同时以一光检测器于光纤尾端测量进入的信号光能量大小，直到能量超过阈值后即通知切削激光停止动作；此结构同时并被使用于制作光纤耦合器。然而，显而易见的是激光切削光纤形成一道缺口后，因为光壳厚度突然变化，将导致光模场大小突然受改变而产生高阶模态的耦合现象并导致严重的光损耗。再者，激光切削的深度仅由信号激光射入的能量大小决定并无法真正了解残余光壳的厚度，且此结构当成光纤耦合器使用时将因信号激光的传播常数(propagation constant)与光芯传导光的传播常数不吻合而导致光纤耦合器的耦合效率不高。此案亦提及准分子激光用于切削的光壳为高分子聚合物(polymer)材料与一般常见的石英玻璃光纤光壳不同，且准分子激光不能用于切削紫外光敏光纤(photosensitive fiber)以避免对光芯产生感光的现象。
发明内容
本发明的主要目的提供一种激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，直接对光纤的光壳施以激光切削(ablation)使得光纤消逝场得以裸露出来，光壳切削的深度可由另一激光干涉条纹间距计算得知。激光切削时，光纤必须维持在弯曲的状态以使得切削光壳的深度可以缓慢渐变而避免光学损耗的产生；光纤切削的长度可通过改变光纤曲率半径控制。此外，若激光针对没有弯曲的光纤进行切削时，则可程序化光束移动路径，使切削后的光壳形成一弧度渐变的形状，以避免光学损耗。利用此种消逝场型激光侧削光纤元件，我们可以用来制作消逝场型光纤耦合器、光纤塞取多任务器、光纤滤波器、光极化器、光放大器与激光及光纤光栅等光纤主被动元件。为了达到上述目的，本发明提供了一种功率激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该光壳以形成一消逝场(Evanescent-Field)裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；以及(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度。
根据上述构思，步骤(b)还包括步骤如下以该第一激光束切削该光壳的同时旋转该光纤，使得该光纤消逝场裸露面围绕该光纤；及/或以该第一激光束切削该光壳的同时弯曲该光纤，并通过该光纤弯曲时的曲率半径决定该第一激光束切削该光壳的长度。
根据上述构思，步骤(b)还包括步骤如下于该第一激光束切削该光壳前，通过至少一反射镜反射该第一激光束；及/或移动或转动所述反射镜，使得该第一激光束的切削范围包含该消逝场裸露面。
根据上述构思，步骤(b)还包括步骤如下于该第一激光束切削该光壳前，通过至少一透镜聚焦该第一激光束以切削该光壳。
根据本发明的另一方面，提供了一种光纤耦合器的制作方法，包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)；以及(e)贴合两光纤的消逝场裸露面，加以熔烧及拉伸以形成该光纤耦合器。
根据本发明的另一方面，提供了一种光纤耦合器的制作方法，包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以该第一激光束切削该光壳的同时旋转该光纤，以形成围绕该光纤的一消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对每一光纤重复步骤(b)～(c)；以及(e)贴合所有光纤的消逝场裸露面，加以熔烧及拉伸以形成该光纤耦合器。
根据本发明的另一方面，提供了一种光纤塞取多任务器(add-dropmultiplexer)的制作方法，包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)；(e)贴合两光纤的消逝场裸露面并加以熔烧；(f)写入光纤光栅至所述光芯；(g)拉伸所述光纤以调整光学性质，构成该光纤塞取多任务器。
根据本发明的另一方面，提供了一种多波道光纤塞取多任务器的制作方法，通过串联多个上述的光纤塞取多任务器所构成。
根据本发明的另一方面，提供了一种可调式光纤窄波道多任务/解多任务器的制作方法，包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)，并使其光壳切削的部份深度较深；(e)贴合两光纤的消逝场裸露面并加以熔烧，其中所述光纤的深度不同的部份形成一空隙；(f)填入一光学色散物质至该空隙，以构成该可调式光纤塞取多任务器。
根据上述构思，该光学色散物质为高分子聚合物；及/或该光学色散物质的折射率随温度而变。
根据本发明的另一方面，提供了一种光纤光栅的制作方法，包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束间隔切削该光壳以形成多个消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；以及(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度，以构成该光纤光栅。
根据上述构思，步骤(b)通过步骤(c)以缓慢变化该第一激光束切削该光壳的深度，以钟形化(apodize)该光纤光栅。
根据本发明的另一方面，提供了一种可调式光纤塞取多任务器的制作方法，包括下列步骤(a)提供两条具有上述方法制作的光纤光栅的光纤；(b)贴合两光纤光栅，并加以熔烧，其中所述光纤光栅之间的多个消逝场裸露面形成多个空隙；以及(c)填入一光学色散物质至该多个空隙，以构成该可调式光纤塞取多任务器。
本发明得通过下列附图及详细说明，得以更深入的了解，其中图1(a)～图1(b)公知的侧磨式光纤耦合器的制作方法图；图2本发明所述光纤耦合器一较佳实施例的结构图；图3(a)～图3(b)本发明所述光纤耦合器另一较佳实施例的结构图(多条光纤)；图3(c)本发明所述具有光纤光栅效应的光纤耦合器的结构图；图4(a)～图4(b)本发明激光微加工处理全光纤型元件的另一种制作方法的示意图；图5(a)光纤切削截面的照片；图5(b)激光切削的中心区域的照片；图5(c)激光切削的边缘区域的照片；图6(a)及图6(b)本发明激光微加工处理全光纤型元件的制作方法的应用面的示意图；图7使用本发明的激光切削方法所制作的2*2光纤耦合器及4*4光纤耦合器的示意图；图8使用本发明的激光切削方法所制作的N*N光纤耦合器的示意图；图9(a)使用本发明的激光切削方法所制作的光纤塞取多任务器的示意图；图9(b)使用本发明的激光切削方法所制作的串联式光纤塞取多任务器的示意图；图10使用本发明的激光切削方法所制作的可调式光纤窄波道多任务/解多任务器的示意图；图11(a)～图11(b)使用本发明的激光切削方法所制作的光纤光栅的示意图；以及图12使用本发明的激光切削方法所制作的另一种可调式光纤塞取多任务器的示意图。
其中，附图标记说明如下11-光纤；21-光纤；22-光纤；41-光纤；52-光纤；61-光纤；62-光纤；73-光纤；12-石英基板13-光纤耦合器；30-光纤耦合器；31-光纤耦合器；32-光纤耦合器；33-光纤耦合器；70-光纤耦合器；80-光纤耦合器；81-光纤耦合器；211-光芯；221-光芯；241-光芯；412-光芯；212-光壳；222-光壳；242-光壳；411-光壳；23-贴合区域；53-贴合区域；24-耦合区域；63-耦合区域；413-切削部份；414-消逝场裸露面；74-消逝场裸露面；415曲率半径；42第一激光；43反射镜；44-46凸透镜；45-第二激光；47-屏幕；48-第三激光；49-光检测器；71-光纤元件；72-光纤元件；83-光纤塞取多任务器；84-光纤塞取多任务器；87-光纤塞取多任务器；85-光纤光栅；90-光学色散物质。
具体实施例方式
本发明所提出的激光微加工处理全光纤型元件的制作方法可以有多种不同的应用，兹分述如下(1)请参阅图2，其为本发明激光微加工处理全光纤型元件所能够制作的一种光纤耦合器的结构图。配合图2的光纤耦合器20的结构，本发明所采用的制作方法如下
首先，准备光纤21及光纤22，其中光纤21由光芯211以及光壳212所构成，而光纤22由光芯221以及光壳222所构成。接着，再利用激光分别切削光壳212和222以形成两个消逝场(Evanescent-Field)裸露面(图中未示出)，使得光纤21及22的光消逝场得以露出光壳212和222，对其进行回火(annealing)之后，再将两个消逝场裸露面固定并迭合在一起，以形成贴合区域23。
其次，在贴合区域23周围以激光熔烧贴合区域23，使得光纤21及22发生耦合，在耦合的过程中，利用步进马达以渐进式的拉力拉伸光纤21及22，以调整耦合区域24的长度以及光相位耦合比例，同时使得光芯211和221在拉伸的过程中逐渐细化并耦合成一条光芯241，此时的光芯241已经失去了导光(guiding effect)的作用；也就是说，是由光壳212和222位于耦合区域24中的部份光壳242，来取代光芯211和221以进行导光作用。
调整耦合区域24的长度的动作在获得了所需的分光比之后便停止，最后再利用一封装层(图中未示出)对耦合区域24进行封装，以形成光纤耦合器20；其中封装层的制作材料可为选自金属、陶瓷、玻璃、高分子材料、或是具有温度补偿作用的材料。
当然，本发明所述的制作方法亦不限定于两条光纤的情况，除了如图3(a)所示的4×4的光纤耦合器30之外，亦可以使用三条光纤形成6×6的光纤耦合器31，或是利用更多条光纤来进行制作程序。
值得注意的是，通过上述的激光切削方法对两条以上数量的光纤进行更为平整地切削，可以形成如图3(c)所示般的光纤耦合器32、33，和前述的光纤耦合器31在功能上较为不同的是，光纤耦合器32或33在彼此贴合的至少一切削面会产生光栅的效应；亦即，这种制作方法可以制作出具有光纤光栅的光纤耦合器或是光塞取多任务器。
本发明所欲解决的问题是目前熔烧拉伸式光纤耦合器(fused-taperedfiber couplers)存在的严重非等向性极化及应用于窄波道合/分波器时通道隔离度(channel isolation)不佳的问题。首先，目前的商用产品中最多只能做到1480/1550约70nm的波道空间(channel spacing)而已，且此时波道隔离(channelisolation)已经降到了12-15dB左右；本发明1310/1550的耦合器的波道隔离则可以高达30dB。其次，应用于窄波道合/分波时，公知技术中波道隔离的之所以不佳，问题就是出在耦合器本身的截面是属于高度不对称的哑铃形(dumb-bell)结构，导致不同极化光的耦合系数(coupling coefficient)不相同所造成，在这种情况下为了应用于窄波道合/分波，则光纤作用长度势必大幅加长，导致两极化光产生更严重的相位差，因此波道隔离就跟着劣化了。而本发明的耦合器结构及制作方法刚好解决了这个缺点。
此外，本发明亦解决了传统侧磨式光纤耦合器的稳定性不佳、以及有效作用长度不长的问题。虽然，C.V.Cryan等人在公元1992年就提出了熔合侧磨式光纤耦合器的观念，但可惜的是，他们的光纤研磨方法是利用砂轮机研磨，使得有效作用长度无法很长且熔烧时必须加入一层液态二氧化硅，以弥补两光纤难以熔合的问题；此外，他们也没有提到对熔合侧磨式光纤耦合器作出拉伸的动作，以使有效作用长度大幅加长，并令导光作用耦合到光壳，以制作窄波道光纤合波器。相反地，本发明的光纤耦合器几乎是圆形对称的，所以将其熔烧拉伸后，光纤截面仍是圆形对称，不会发生像传统的哑铃形的结构，也是故不会造成耦合系数对极化光不是等向性的问题，因此可以使光纤拉伸很长而波道隔离仍不会劣质化，加上圆形的光纤截面不论经过多长的加热拉伸，仍然维持圆形的形状。因此，利用这样的做法可以制作出窄波道且低串音的光纤耦合器，非常适用于高密度的光通讯系统使用，而这也是目前相关全光纤型耦合器制造技术所无法达到的。
(2)此外，若是激光切削光纤的剖面上设置光增益介质、光非线性物质、光色散物质、光双折射物质、液晶、或是光子晶体等材料之后，再对其进行封装，还可以用来制作其它各式各样的光纤型元件。
(3)请参阅图4(a)，其为本发明激光微加工处理全光纤型元件的另一种制作方法的示意图。在图4(a)中，所使用的元件包括具有光壳411及光芯412的光纤41、第一激光42、反射镜43、凸透镜44、第二激光45、凸透镜46、屏幕47、第三激光48以及光检测器49。
在图4(a)中，先利用第一激光42将光壳411切削掉413的部份，在切削的过程中，通过反射镜43的移动或转动的所造成的反射以及凸透镜44的聚焦，便可以使得切削范围413包含整个消逝场裸露面414。
接着将第二激光45透过凸透镜46射入消逝场裸露面414，通过在屏幕47所得的干涉条纹的间距便能够决定第一激光42切削光壳411的深度。此外，在切削之前，若是将光纤41弯曲成具有一曲率半径415的型态再进行切削，便能够通过控制曲率半径415决定第一激光42切削光壳411的长度。
(4)请参阅图4(b)，其为本发明激光微加工处理全光纤型元件的再一种制作方法的示意图。相同的元件采用同样的元件符号，但与图4(a)惟一的不同处在于，利用第一激光42切削光纤41的时候，必须将光纤41旋转，如果便可使得光纤41上出现环绕型态的消逝场裸露面414。图5(a)为使用前述方法所制成的光纤切削截面的照片，图5(b)为激光切削的中心区域的照片，而图5(c)为激光切削的边缘区域的照片。
(5)请参阅图6(a)及图6(b)，其为本发明激光微加工处理全光纤型元件的制作方法的应用面的示意图。使用前述的切削方法制作两条切削后的光纤61及62，再将切削部份互相贴合、加热以及熔烧，便可以形成一耦合区域63。此外，若是微幅拉伸耦合区域63亦可以改变光耦合比例，当然，亦能够不实施拉伸动作而直接加以使用。
(6)请参阅图7，其为使用本发明的激光切削方法所制作的2*2光纤耦合器及4*4光纤耦合器的示意图。
在制作2*2光纤耦合器时，先使用前述的激光切削方法制作一光纤元件71，再将两个相同结构的光纤元件71以切削部份相互贴合后加以熔烧及拉伸，使得原本的光芯712失去作用，以构成一2*2的光纤耦合器70。
而在制作4*4光纤耦合器时，先以制作2*2光纤耦合器的方式完成两个光纤元件71的贴合之后，再对其加以激光切削，再将两个同样的结构相互对迭后加以熔烧及拉伸，以构成一4*4的光纤耦合器80。
(7)请参阅图8，其为使用本发明的激光切削方法所制作的N*N光纤耦合器的示意图(图示为以7*7为例进行说明)。
在制作N*N光纤耦合器时，先以前述的环状激光切削的方式制作一光纤元件71，再将N个光纤元件71以彼此的切削部份贴合之后，加以熔烧及拉伸，以构成一N*N的光纤耦合器81。
(8)请参阅图9(a)，其为使用本发明的激光切削方法所制作的光纤塞取多任务器(add-drop multiplexer)的示意图。同样先以前述的激光切削的方式制作两光纤元件71，再将两个光纤元件71以彼此的切削部份贴合之后，于耦合区域写入光纤光栅82，再加以熔烧及拉伸，以构成一光纤塞取多任务器83。
请参阅图9(b)，其为使用本发明的激光切削方法所制作的串联式光纤塞取多任务器的示意图。其将两只前述的光纤塞取多任务器83以输出/入端相接合所构成。
(9)请参阅图10，其为使用本发明的激光切削方法所制作的可调式光纤窄波道多任务/解多任务器的示意图。虽然同样以前述的激光切削的方式制作两光纤元件71和72，但其差异在于，通过前述干涉条纹的间距的控制，使得光纤元件72的切削深度较深，如此在贴合两光纤元件71及72时，深度的差异便会形成一空隙，接着再于熔烧之后在该空隙内填入一折射率可随温度而变的光学色散物质90(如高分子聚合物等)，以构成一可调式光纤塞取多任务器84。
(10)请参阅图11(a)，其为使用本发明的激光切削方法所制作的光纤光栅的示意图。其制作方法是，使用前述的激光切削方法以第一激光间隔地切削光纤73，使其上形成多个消逝场裸露面74，以构成光纤光栅85。此外，若是在以第一激光进行间隔切削的过程中缓慢变化切削的深度，则可能形成消逝场裸露面74被钟形化(apodize)的光纤光栅86，如图11(b)所示。
(11)请参阅图12，其为使用本发明的激光切削方法所制作的另一种可调式光纤塞取多任务器的示意图。其制作方法是，将两条图11(a)的光纤光栅85相互贴合并加以熔烧之后，在其中的多个空隙中填入前述折射率可随温度而变的光学色散物质，以构成可调式光纤塞取多任务器87。
综上所述，本发明提供一种激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，直接对光纤的部分光壳施以激光切削去除，使得光纤内的消逝场(evanescentfield)能够裸露出来，切削的深度可通过测量激光干涉条纹间距的方法得知；激光切削形成的消逝场的作用长度则可透过改变光纤曲率半径控制。将侧削后的光纤彼此靠合，使其光消逝场能够发生耦合后予以加热熔合或施以熔烧拉锥(fuse-tapering)，即可用来制作光纤耦合器、光塞取多任务器(add/dropmultiplexer)、光纤窄波道多任务/解多任务及光纤光栅等光纤元件。
本发明得由熟悉本技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱所附权利要求书所欲保护的范围。
权利要求
1.一种功率激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；以及(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征是步骤(b)还包括步骤如下以该第一激光束切削该光壳的同时旋转该光纤，使得该光纤消逝场裸露面围绕该光纤；及/或以该第一激光束切削该光壳的同时弯曲该光纤，并通过该光纤弯曲时的曲率半径决定该第一激光束切削该光壳的长度。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征是步骤(b)还包括步骤如下于该第一激光束切削该光壳前，通过至少一反射镜反射该第一激光束；及/或移动或转动所述反射镜，使得该第一激光束的切削范围包含该消逝场裸露面。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征是步骤(b)还包括步骤如下于该第一激光束切削该光壳前，通过至少一透镜聚焦该第一激光束以切削该光壳。
5.一种光纤耦合器的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)；以及(e)贴合两光纤的消逝场裸露面，加以熔烧及拉伸以形成该光纤耦合器。
6.一种光纤耦合器的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以该第一激光束切削该光壳的同时旋转该光纤，以形成围绕该光纤的一消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对每一光纤重复步骤(b)～(c)；以及(e)贴合所有光纤的消逝场裸露面，加以熔烧及拉伸以形成该光纤耦合器。
7.一种光纤塞取多任务器的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)；(e)贴合两光纤的消逝场裸露面并加以熔烧；(f)写入光纤光栅至所述光芯；(g)拉伸所述光纤以调整光学性质，构成该光纤塞取多任务器。
8.一种多波道光纤塞取多任务器的制作方法，其中通过串联多个权利要求7的光纤塞取多任务器所构成。
9.一种可调式光纤窄波道多任务/解多任务器的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供两光纤，所述光纤分别包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束切削该一光纤的该光壳以形成一消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度；(d)针对另一光纤重复步骤(b)～(c)，并使其光壳切削的部份深度较深；(e)贴合两光纤的消逝场裸露面并加以熔烧，其中所述光纤的深度不同的部份形成一空隙；(f)填入一光学色散物质至该空隙，以构成该可调式光纤塞取多任务器。
10.如权利要求9的制作方法，其特征是该光学色散物质为高分子聚合物；及/或该光学色散物质的折射率随温度而变。
11.一种光纤光栅的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供至少一光纤，该光纤包括一光芯及一光壳；(b)以一第一激光束间隔切削该光壳以形成多个消逝场裸露面，并以一第二激光束射入该消逝场裸露面；以及(c)通过该第二激光束经反射所得的干涉条纹间距决定该第一激光束切削该光壳的深度，以构成该光纤光栅。
12.如权利要求11的制作方法，其特征是步骤(b)通过步骤(c)以缓慢变化该第一激光束切削该光壳的深度，以钟形化该光纤光栅。
13.一种可调式光纤塞取多任务器的制作方法，其中包括下列步骤(a)提供两条具有权利要求11的光纤光栅的光纤；(b)贴合两光纤光栅，并加以熔烧，其中所述光纤光栅之间的多个消逝场裸露面形成多个空隙；以及(c)填入一光学色散物质至该多个空隙，以构成该可调式光纤塞取多任务器。
全文摘要
本发明指一种激光微加工处理全光纤型元件的制作方法，直接对光纤的部分光壳施以激光切削去除，使得光纤内的消逝场(evanescent field)能够裸露出来，切削的深度可通过测量激光干涉条纹间距的方法得知；激光切削形成的消逝场的作用长度则可透过改变光纤曲率半径控制。将侧削后的光纤彼此靠合，使其光消逝场能够发生耦合后予以加热熔合或施以熔烧拉锥(fuse－tapering)，即可用来制作光纤耦合器、光塞取多任务器(add/drop multiplexer)、光纤窄波道多任务/解多任务器及光纤光栅等光纤元件。
文档编号G02B6/34GK1880986SQ20051007859
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月17日 优先权日2005年6月17日
发明者祁甡, 陈南光 申请人:陈南光