热光调制平面波导型布拉格光栅及含有该结构的微型OCM或TOF及可调谐激光器的制作方法

热光调制平面波导型布拉格光栅及含有该结构的微型ocm或tof及可调谐激光器
技术领域
1.本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及了热光调制平面波导型布拉格光栅及含有该结构的微型ocm或tof及可调谐激光器。


背景技术：

2.布拉格光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件成一体等特性，光纤中的折射率改变量与许多参数有关，主要有照射波光纤类掺杂水平等，现有的布拉格光栅直接用紫外光照射光纤，折射率增加仅为(10-4
) 数量级便已经饱和。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种较大波长范围内的窄带反射波长的热光调制平面波导型布拉格光栅。
4.本实用新型的热光调制平面波导型布拉格光栅，采用以下技术方案：其包括平面波导本体和波导加热装置；所述平面波导本体包括光学基片和波导层，所述波导层包括在光学基片上依次层叠镀设第一波导膜层、第二波导膜层以及第三波导膜层，所述第二波导膜层的折射率分别大于第一波导膜层和第三波导膜层；第一波导膜层、第二波导膜层和第三波导膜层均由a-si、a-sih、a-sigeh和a-geh中的任意一种波导材料成型，所述第二波导膜层光刻布拉格光栅；所述波导加热装置为波导层加热。
5.进一步，所述布拉格光栅采用紫外或者飞秒激光光刻成型。
6.进一步，所述第二波导膜层为一层单模结构。
7.进一步，第一波导膜层、第二波导膜层以及第三波导膜层采用不同蒸发速率或者不同光学基片的温度镀设成型。
8.进一步，所述波导加热装置为电磁加热层或加热电阻片设在光学基片底部为波导层加热；或波导加热装置为可见光led芯条设在波导层上方照射波导层，波导层吸收光加热。
9.微型ocm或tof，应用上述任意一种所述的热光调制平面波导型布拉格光栅，其包括光电探测器、环形器、准直镜、柱面镜透镜和热光调制平面波导型布拉格光栅；光源发射光信号从环形器a端射入后，从环形器b端射出，再依次经过准直镜和柱面镜透镜射入热光调制平面波导型布拉格光栅的第二波导膜层，一部分光透过第二波导膜层中的布拉格光栅后射出，另一部分光被布拉格光栅反射回柱面镜透镜，再经准直镜射入环形器b端后，从环形器c端射出输入到光电探测器中。
10.可调谐激光器，应用上述任意一种所述的热光调制平面波导型布拉格光栅，其包括半导体激光器、准直镜、柱面镜透镜和热光调制平面波导型布拉格光栅；所述半导体激光
器、准直镜、柱面镜透镜和热光调制平面波导型布拉格光栅依次排列；半导体激光器发出激光依次经过准直镜、柱面镜透镜后射入热光调制平面波导型布拉格光栅的第二波导膜层，激光透过第二波导膜层中的布拉格光栅后射出。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：采用a-si、a-sih、a-sigeh和a-geh 材料制成平面波导，再用紫外或者飞秒激光在波导层光刻布拉格光栅，制成热光调制平面波导型布拉格光栅，利用a-si、a-sih、a-sigeh和a-geh材料的大热光系数，通过控制温度变化，产生较大波长范围内的窄带反射波长的变化，该结构的热光调制平面波导型布拉格光栅可用于制作微型ocm、tof以及可调谐激光器。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，在附图中：
13.图1为本实用新型实施例热光调制平面波导型布拉格光栅的结构示意图；
14.图2为本实用新型实施例应用热光调制平面波导型布拉格光栅制成微型ocm或tof的光路示意图；
15.图3为本实用新型实施例应用热光调制平面波导型布拉格光栅制成可调谐激光器的光路示意图。
具体实施方式
16.参见图1所示，实施例的热光调制平面波导型布拉格光栅，其包括平面波导本体和波导加热装置；所述平面波导本体包括光学基片1和波导层2，所述波导层2包括在光学基片1上依次层叠镀设第一波导膜层21、第二波导膜层22以及第三波导膜层23，所述第二波导膜层22的折射率分别大于第一波导膜层21和第三波导膜层23；第一波导膜层21、第二波导膜层22和第三波导膜层23均由a-si、a-sih、a-sigeh和a-geh中的任意一种波导材料成型，所述第二波导膜层22光刻布拉格光栅221；所述波导加热装置为波导层加热。
17.进一步，所述布拉格光栅221采用紫外或者飞秒激光光刻成型。
18.进一步，所述第二波导膜层22为一层单模结构。
19.进一步，第一波导膜层21、第二波导膜层22以及第三波导膜层23采用不同蒸发速率或者不同光学基片1的温度镀设成型。
20.进一步，所述波导加热装置可以为可见光led芯条7设在波导层上方照射波导层，波导层吸收光加热。当然也可以采用电磁加热层或加热电阻片设在光学基片底部为波导层加热。
21.参见图2所示，微型ocm或tof，应用上述任意一种所述的热光调制平面波导型布拉格光栅，其包括光电探测器6、环形器5、准直镜4、柱面镜透镜3和热光调制平面波导型布拉格光栅；光源发射光信号从环形器5的a端射入后，从环形器5的b端射出，再依次经过准直镜4和柱面镜透镜3射入热光调制平面波导型布拉格光栅的第二波导膜层22，一部分光透过第二波导膜层22中的布拉格光栅221后射出，另一部分光被布拉格光栅221 反射回柱面镜透镜3，再经准直镜4射入环形器5的b端后，从环形器5的c端射出输入到光电探测器6中。
22.可调谐激光器，应用上述任意一种所述的热光调制平面波导型布拉格光栅，其包括半导体激光器7、准直镜4、柱面镜透镜3和热光调制平面波导型布拉格光栅；所述半导体
激光器7、准直镜4、柱面镜透镜3和热光调制平面波导型布拉格光栅依次排列；半导体激光器7发出激光依次经过准直镜4、柱面镜透镜3后射入热光调制平面波导型布拉格光栅的第二波导膜层22，激光透过第二波导膜层22中的布拉格光栅221后射出。
23.本实用新型的工作原理：
24.由于光纤的热膨胀系数和热光效果，其反射的波长会随着温度变化产生移动，贾振安等在文献“the influence of temperature on reflected wavelength shift of fiber布拉格grating”(laser technology vo1.28.no.3june，2004)给出两者相互关系：
25.光纤光栅的布拉格方程为：
26.λc＝2n
eff
λ
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
27.式中，λc为光纤光栅的布拉格反射光波中心波长，n
eff
为光纤光栅反射光波的有效折射率，λ是光栅的周期。当环境温度发生变化时，若不考虑应力作用，由(1)式得布拉格方程的变分形式为：
[0028][0029]
式中，(δn
eff
)
ep
表示热膨胀引起的弹光效应；表示由于热膨胀导致光纤芯径变化而产生的波导效应。
[0030]
由(1)式、(2)式，得：
[0031][0032]
式中，为光纤光栅的热光系数，用ξ表示；为光纤光栅的热膨胀系数，用α表示。因此(3)式可以写成：
[0033][0034]
式中，
[0035][0036]
η是光纤光栅的温度灵敏度系数。因为弹光效应和波导效应对光纤光栅温度灵敏度系数η的影响较热光系数ξ和热膨胀系数α小得多，所以可以忽略它们对η的影响，这样，(5) 式就变为：
[0037]
η＝ξ+α
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0038]
即
[0039][0040]
若不考虑温度对热膨胀系数α和热光系数ξ的影响，则光纤光栅温度灵敏度系数η为一常量，由(7)式可以得出，光纤光栅反射波中心波长相对漂移量与温度改变量δt成正比，比例系数就是温度灵敏度系数η。对掺锗石英光纤，ξ≈9.9x10-6
/℃，α≈0.55x10-6
/℃，所以η≈10.45x10-6
/℃。
[0041]
另外一方面，a-si:h有大于光纤20多倍的热光系数，若是对a-si:h的平面波导，采用紫外或者飞秒激光，仿激光制作光纤布拉格光栅类似的工艺，制作一维平面波导式的布拉格反射光栅——从准直器输出的激光，在一维方向采用柱面透镜耦合进入a-si:h单模平面波导，另一个方向以准直光自由行进，则光纤布拉格公式计算亦是适用于该平面波导的布拉格光栅。
[0042]
我们借用光纤brag光栅计算公式，忽略热膨胀系数的问题，热光系数取高低温(300～ 480k)的平均值：(230+290)/2＝260
[0043]
则假定温度变化200度，则1550nm附近的波长变化范围是0.000026*200*1550＝80.6nm
[0044]
一般光纤布拉格光栅，光刻10mm长,反射波长带宽0.5nm～2nm,亦可做到0.1nm反射带宽。若是能够达到0.1nm，即13ghz的带宽，作为普通光谱测量亦是不错的精度了。暂时还没有查到a-ge:h的热光系数，但是，ge的热光系数是462，是si热光系数200的2倍以上。
[0045]
若是简单推理a-ge:h热光系数亦是a-si:h热光系数的2倍以上，则a-geh的平面波导布拉格光栅在200度的温度变化，反射波长的移动量应当是在160nm以上，即一片即可覆盖c+l波段。
[0046]
另外，a-sih和a-geh透过波段下降到800nm,这样的话近红外波段亦是可以采用。
[0047]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。