專利名稱：與熱無關(guān)的光學器件的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種溫度補償?shù)呐c熱無關(guān)的(athermal)光學器件，具體涉及將光纖反射光柵器件安裝在負膨脹的β-鋰霞石基材上而制得的與熱無關(guān)的光纖反射光柵器件，并涉及與熱無關(guān)的光纖反射光柵器件的制造方法。
發(fā)明的背景紫外光引發(fā)的折射率變化可用于制造復雜的窄頻帶光學部件，如濾波器和信道加入/脫離器件。這些器件是多波長通訊系統(tǒng)的重要部分。原型的光敏器件是反射光柵(或Bragg光柵)，它在很窄的波段反射光線。通常，這些器件具有納米級的波道間隔。
已知有各種結(jié)構(gòu)的光學濾波器，其中包括利用Bragg效應選擇性濾波的濾波器。美國專利4,725,110公開了一種濾波器的制造方法，它包括使兩束紫外光的干涉圖形透過包層照射光纖內(nèi)芯，在光纖的內(nèi)芯中形成至少一個周期性的光柵，所述兩束紫外光以與光纖軸呈互補成180°的兩個角度直射光纖。結(jié)果形成與光纖軸垂直取向的反射光柵。用這種裝有光柵濾波器的光纖反射的光線的頻率與光柵的間距有關(guān)，這種間距隨光柵區(qū)所受的應力或者隨光柵區(qū)的溫度以一種明確的相互關(guān)系發(fā)生變化，對于這些參數(shù)中的任何一個來說這種相互關(guān)系是基本線性的。
對于有效折射率為n，膨脹系數(shù)為a的光纖中間距為L的均勻光柵，中心反射波長lr的變化可由下式表示dlr/dT＝2L[dn/dT+na]在石英和氧化鍺-石英光纖反射光柵中，中心波長的變化主要是由括號中的第一項，即折射率隨溫度的變化所決定的。在總變化中膨脹項的貢獻小于10％。對于反射峰在1550nm的光柵，dlr/dT通常為0.01nm/℃。
在這些光柵的使用中一個實際的困難是它們隨溫度的變化。在光纖光柵反射的光頻率隨光柵區(qū)的溫度而發(fā)生變化的情況下，這種基本濾波器不能用于要求反射光頻率與溫度無關(guān)的場合。使光纖反射光柵與熱無關(guān)的方法可增加這種光柵的用途。
一種使光纖反射光柵與熱無關(guān)的方法是用一種自動控制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)控制光柵的熱環(huán)境。這種熱穩(wěn)定的設備和能源成本高，并且由于其復雜性而會產(chǎn)生可靠性問題。
第二種使光纖反射光柵與熱無關(guān)的方法是產(chǎn)生補償dn/dT的負膨脹。使用不同的正的熱膨脹材料以獲得所需負膨脹的器件是已知的。
美國專利5,042,898公開了一種溫度補償?shù)?、?nèi)埋光柵、具有光纖光柵的光波導濾光器。光纖的每一端分別連接在兩個補償部件上，所述補償部件的不同制造材料之間以及它們與光纖材料之間的熱膨脹系數(shù)的關(guān)系，會導致作用于光纖的縱向應變，而其大小隨溫度變化的方式可基本補償光柵隨溫度的變化。
Yoffe，G.W.等在“溫度補償?shù)墓饫wBeagg光柵”O(jiān)FC’95 Technical Digest，Paper WI4中公開了一種具有不同熱膨脹的多種金屬機械裝置的器件，在溫度上升時它能使光纖固定點之間的間距下降，減少光柵的應變。
這些器件具有一些不合要求的性能。首先，在這種器件中形成與光纖的可靠連接較為困難。其次，這些器件的機械裝配和調(diào)節(jié)使之制造成本高。這些體系還具有熱滯，在重復的熱循環(huán)下熱滯會使性能下降。最后，這些方法中的某一些需要懸掛數(shù)厘米長的光柵，使之不符合無源器件的其它要求，如對機械沖擊和振動不敏感。
可以設想另一種產(chǎn)生負膨脹的方法是提供一種用于在其上固定光纖光柵的基材，它是由本身具有負膨脹系數(shù)的材料制成的。
美國專利4,209,229公開了鋰-氧化鋁-石英型陶瓷玻璃，特別是那種以摩爾比計化學計量為1 Li2O∶0.5-1.5 Al2O3∶3.0-4.5 SiO2的陶瓷玻璃，它特別適合作為熔凝石英和其它光纖波導部件包層材料的保護外層。當這些鋁硅酸鋰玻璃被陶瓷化(cerammed)，即熱處理以產(chǎn)生成核結(jié)晶時，主要生成的晶相是β-鋰霞石或β-石英固溶體。使用成核試劑(如TiO2和ZrO2)以引發(fā)玻璃的結(jié)晶。以這種方法制得的玻璃在0-600℃具有平均約為-1.4×10-7/℃的負膨脹系數(shù)?？稍?00-1400℃將涂覆的長絲熱處理不超過1分鐘而對這些鋁硅酸鋰玻璃的薄層進行陶瓷化，生成細粒狀的晶相。冷卻的外層會向涂覆光纖施加壓縮應力。
美國專利5,426,714公開了采用具有低或負熱膨脹系數(shù)的β-鋰霞石鋁硅酸鋰作為聚合物樹脂填料的光纖耦合器。該玻璃陶瓷是在1650℃在鉑坩堝中熔融組合物而制得的。隨后將該玻璃drigaged、陶瓷化并研成粉末。該專利還公開(第4欄第24-28行)了組成為15.56重量％Li2O、53.125重量％Al2O3、31.305重量％SiO2，在-40℃至+80℃測得的負熱膨脹系數(shù)為-86×10-7/℃的β-鋰霞石組合物。
本發(fā)明的目的是提供一種溫度補償?shù)墓鈱W器件，它是與熱無關(guān)的器件。
本發(fā)明的目的是提供一種溫度補償?shù)墓饫w反射光柵器件，它是與熱無關(guān)的器件。
本發(fā)明的目的是提供一種可承受沖擊和振動的溫度補償?shù)墓饫w反射光柵器件。
本發(fā)明的目的是提供一種具有穩(wěn)定的中心波長的溫度補償?shù)墓饫w反射光柵器件。
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定補償?shù)墓饫w反射光柵器件，其中光纖的光柵區(qū)是直的。
發(fā)明的概述簡單地說，本發(fā)明提供一種與熱無關(guān)的光學器件的制造方法，它包括提供一種具有上表面的負膨脹基材；將熱敏的正膨脹光學部件安裝在該基材的上表面上；在至少兩個間隔位置將該部件固定在基材上。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種與熱無關(guān)的光學器件，它包括具有上表面的負膨脹基材；在至少兩個間隔的位置固定在所述基材上表面上的熱敏的正膨脹光學部件。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種與熱無關(guān)的光纖光柵器件的制造方法，它包括提供一種具有上表面和第一端及第二端的負膨脹基材；將其中至少限定有一個光柵的光纖安裝在基材的上表面上，使得光柵位于兩端中間并與各端有一間距處；并在至少兩個間隔的位置上將光纖固定在所述基材上。
本發(fā)明的再一個方面是提供一種與熱無關(guān)的光纖光柵器件，它包括具有上表面和第一端及第二端的負膨脹基材；在至少兩個間隔的位置上固定在所述基材上表面上的光纖；和限定在光纖中位于兩端之間并與各端有一間距處的光柵。
本發(fā)明的新的方面具體列于所附的權(quán)利要求書中。下面參照附圖對本發(fā)明較好實例進行的詳細描述將進一步說明本發(fā)明及其其它目的和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1是與熱無關(guān)的光纖光柵器件實例的示意圖；圖2是與熱無關(guān)的光纖光柵器件第二個實例的示意圖3是與熱無關(guān)的光纖光柵器件第三個實例的示意圖；圖4是圖3所示固定槽的放大圖；圖5是與熱無關(guān)的光纖光柵器件第四個實例的示意圖；圖6是β-鋰霞石玻璃陶瓷的熱膨脹曲線圖；圖7是β-鋰霞石玻璃陶瓷的熱膨脹曲線圖；圖8是與熱無關(guān)的光柵中心波長的曲線圖；圖9是與熱無關(guān)的光纖熔凝耦合器件實例的示意圖；圖10是與熱無關(guān)的平面波導器件實例的示意圖。
發(fā)明的詳細描述本發(fā)明熱敏光學器件包括光波導、UV光產(chǎn)生的光纖光柵和光纖耦合器。在本發(fā)明器件中使用的光纖反射光柵(如Bragg型UV光引發(fā)的光柵)是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所周知的。
在本發(fā)明中，采用的使器件與熱無關(guān)的方法是在溫度變化時產(chǎn)生負膨脹以補償光纖折射率的正變化。要求膨脹系數(shù)具有-50×10-7/℃的數(shù)量級，由于應力-光學(optic)效應，也許還要更高一些。在這種方法中，將含有光柵的光纖(最好在拉伸狀態(tài)下)安裝在使光纖發(fā)生負的熱膨脹的基材上。因此，當溫度上升時，拉伸減小，但是永不讓光纖處于壓縮狀態(tài)(因為這在力學上是不穩(wěn)定的)。
光纖(如氧化鍺-石英光纖)被固定在本身具有負膨脹系數(shù)的基材上。主要由熱漂移造成的光纖折射率的增加受到負機械膨脹的補償。這種負膨脹是由本身具有負膨脹系數(shù)的石英基玻璃陶瓷材料制成的基材引起的。負膨脹是通過高溫加熱(例如約1300℃)引發(fā)玻璃陶瓷中的微晶進行重建性的相變，形成高度有序的β-鋰霞石(即填密的β-石英)結(jié)構(gòu)而獲得的。
已確定了一種作為基材的材料(β-鋰霞石)，它在寬的溫度范圍(如-40-85℃)提供補償，對于蠕動在機械上是堅固的并顯示出最小的熱滯。在某些應用中甚至可容忍更寬的溫度范圍。β-鋰霞石材料基于高度有序的鋁硅酸鋰玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷本身是含有鋁和鋰的β-石英的填密衍生物。還需要加入大量的氧化鈦(如＞2重量％)作為成核劑以引發(fā)固溶體結(jié)晶，以便減小粒徑并降低由于晶粒間微小斷裂造成的熱滯。
較好的β-鋰霞石固溶體的化學計量處于LiAlSIO4(Li2O∶Al2O3∶2SiO2＝1∶1∶2)和Li2Al2Si3O10(Li2O∶Al2O3∶3SiO2＝1∶1∶3)之間，加入成核試劑TiO2并任選地加入ZrO2的方式應能產(chǎn)生次要相Al2TiO5或ZrTiO4(最好是前者)以獲得最小的熱膨脹系數(shù)。
這種玻璃陶瓷具有真正的負膨脹微晶相，沿一根軸(c-軸)具有強的負膨脹，沿另一根軸(a-軸)具有適度的正膨脹，在一個寬的溫度范圍內(nèi)是機械穩(wěn)定的，無熱滯或物理性能下降。
以重量百分數(shù)計，合適的玻璃陶瓷的組成如下SiO243-55％，Al2O331-42％，Li2O 8-11％，TiO22-6％，ZrO40-4％。
本發(fā)明β-鋰霞石基材最好是熱膨脹系數(shù)為-30×10-7-90×10-7/℃，較好為-50×10-7～-75×10-7/℃，最好為-55×10-7/℃的材料。
為了制造具有這種負膨脹程度的材料，必須對β-鋰霞石進行高度排序，形成交替的AlO4和SiO4四面體。這可在接近1300℃的最高溫度將結(jié)晶相加熱至少3小時，最好約4小時而實現(xiàn)。為了防止玻璃破裂，采用一種加熱過程，它要求在一個溫度范圍內(nèi)對玻璃進行加熱，在結(jié)晶過程中使粘度保持在要求的接近5×1010泊的范圍，從而防止松弛或斷裂。
現(xiàn)有技術(shù)制得的β-鋰霞石材料不是板狀的，而是制成薄覆蓋層或碾碎的粉末。為了制造具有要求尺寸(可能數(shù)厘米長)的玻璃-陶瓷基材，要求玻璃具有一定的穩(wěn)定性。必須在金屬臺面或模具中將熔融的玻璃澆鑄成薄板(如厚度＜0.5英寸)，使之快速冷卻。隨后在約700-800℃將玻璃退火數(shù)小時，接著緩慢冷卻以避免不合要求的應力。
β鋰霞石組合物的例子實施例1在坩堝中在1600℃熔融含有(以重量百分數(shù)計)50.3％SiO2、36.7％Al2O3、9.7％Li2O和3.3％TiO2的組合物，隨后將玻璃澆鑄在冷鋼板上，形成約0.25-0.5英寸厚的圓盤。接著將玻璃板切割成條，將其以300℃/小時的速率加熱至715℃，以140℃/小時的速率加熱至765℃，以300℃/小時的速率加熱至1300℃并將其在該溫度放置4小時，接著以爐子的冷卻速率將其冷卻數(shù)小時，冷卻至小于約100℃。
圖6表示在2英寸(50mm)的實施例1材料組合物試樣上的熱膨脹測量結(jié)果，它給出了-78×10-7/℃的平均負膨脹系數(shù)(在25-150℃測得)和適度的熱滯(由很相似的加熱和冷卻曲線為證)。
實施例2
在坩堝中在1600℃熔融含有(以重量百分數(shù)計)49.0％SiO2、37.1％Al2O3、9.6％Li2O和4.3％TiO2的組合物，隨后將玻璃澆鑄在冷鋼板上，形成約0.25-0.5英寸(6.3-12.7mm)厚的圓盤。隨后將平板切割成條，將其以300℃/小時的速率加熱至715℃，以140℃/小時的速率加熱至765℃，以300℃/小時的速率加熱至1300℃并將其在該溫度放置4小時，接著以爐子的冷卻速率將其冷卻數(shù)小時，冷卻至小于約100℃。將冷卻的試條再加熱至800℃并冷卻至環(huán)境溫度，重復4次以將熱滯降至最小。
實施例3將一種與實施例2相同的組合物處理成相同的狀態(tài)，但是冷卻前在1300℃僅保持0.5小時，并且不進一步進行加熱循環(huán)。
圖7表示在實施例2和3的材料組合物上進行的熱膨脹測量。實施例2的平均負膨脹系數(shù)為-52.8×10-17/℃(在25-150℃測定)并且由很相似的加熱和冷卻曲線可見其基本無熱滯。在相同的溫度范圍內(nèi)實施例3顯示零膨脹，無熱滯。
為了獲得要求的負膨脹程度，最好使組合物在1300℃的最高溫度放置約3-4小時，以獲得高度有序的晶體相。在1300℃僅放置0.5小時的實施例3的材料具有為零的膨脹系數(shù)并且仍然相對無序即可為證。
熱循環(huán)步驟對于獲得滿意的熱滯不是主要的。但是，使用1-4次熱循環(huán)步驟是有利的。加熱速率約為300℃/小時，并在每次循環(huán)中將試條在800℃放置約1小時。
圖1說明本發(fā)明的第一個實例。光纖反射光柵器件20包括由一塊平的負膨脹材料塊(如β-鋰霞石)制成的基材22。在內(nèi)部至少寫有一個UV-產(chǎn)生的光柵26的光纖24被安裝在表面28上，并在該表面兩端的點30和32上固定于其上。由于重要的是總是保持光纖是直的并不會因為負膨脹而受到壓縮，因此通常在拉伸下固定該光纖。固定前在受控的拉伸下放置光纖，在圖中示意性地用使用重物34表示。適當?shù)剡x擇拉伸程度可確保在所有預期的使用溫度下光纖均不會受到壓縮，而使光纖在所有預期的使用溫度下均處于拉伸狀態(tài)。在具體的應用中，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可容易地計算出用于補償負膨脹所需的拉伸程度。
固定材料可以是有機聚合物(如環(huán)氧膠粘劑)、無機玻璃料(如碾碎的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷材料)或金屬。在一個實例中用UV固化的環(huán)氧粘合劑將光纖粘結(jié)在基材上。也可以使用機械方法固定光纖。
一般來說，光纖反射光柵具有圍繞光纖的覆蓋層材料。在較好的封裝方法中，光纖的光柵區(qū)覆蓋層保持完整，而在光柵兩端的基材固定區(qū)則除去覆蓋層。但是可將器件中固定位置之間的覆蓋層完全除去?？墒褂脙煞N方法中的一種來除去覆蓋層非接觸、非化學剝離法或常規(guī)的化學剝離法。
在另一個實例中(參見圖2)，光纖不直接連接在基材上。由與基材不同的材料(如玻璃或陶瓷)制成的粘結(jié)墊40、42固定在基材的兩端。光纖26在點44、46固定在粘結(jié)墊上。由于光纖和基材之間存在很大的熱膨脹不匹配，因此與光纖和基材直接相連相比，這種粘結(jié)墊能獲得更好的粘結(jié)墊與光纖的連接性能。合適的粘結(jié)墊的熱膨脹系數(shù)介于光纖和基材的熱膨脹系數(shù)之間，如在-50×10-7至5×10-7之間，最好約-20×10-7?；蛘?，粘結(jié)墊可以是膨脹系數(shù)與光纖很匹配的熔凝石英。粘結(jié)墊可使得由熱失配和光纖拉伸引起的該組合體的應力分散在更大的面積中，降低破裂和脫落的幾率。用于連接光纖和粘結(jié)墊的連接材料與用于將光纖直接固定在基材上所用的材料相同，例如環(huán)氧膠粘劑、無機玻璃材料(如碾碎的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷材料)或金屬。
在另一個實例中(參見圖3)，利用基材22的負膨脹在光纖上產(chǎn)生一個夾持力。連接裝置(可以是在基材的突出部分54、56中的孔或槽50、52)是在室溫形成于基材中的，其間隙稍微小于光纖。參見圖4，通過將溫度降至比預期的使用溫度低的某一點，基材發(fā)生膨脹，使得光纖24能嵌入槽50中。隨后對基材加熱，使基材收縮，產(chǎn)生用于將光纖夾于槽中的夾持力。
在另一個實例中(參見圖5)，光纖24在點30、32與基材相連，其中間一段光纖60襯有低模量阻尼材料62。這種在光纖和基材之間的低模量材料(如圍繞光纖的硅橡膠覆蓋層或硅橡膠襯墊、天然或合成橡膠或其混合物襯墊)可保護光纖免受外部干擾(如機械沖擊或振動)。還可將光纖的彎曲減至最小。在另一個實例中，低模量材料被粘合在光纖和基材上。
在拉伸下固定光纖將改變器件的光學性能(如光柵的中心波長)。這可以通過偏置寫有反射光柵的器件來顧及拉伸，或者在拉伸下固定未寫有反射光柵的光纖(如摻雜氧化鍺的石英光纖)，隨后將光纖置于紫外光中以便在器件中原位制造光柵。
在本發(fā)明的典型實例中，中心波長的溫度靈敏度約為0.0125nm/℃，中心波長的應力靈敏度為9克張力漂移0.125nm，裸光纖的直徑為125微米，涂覆光纖的直徑為250微米。光纖的強度＞200kpsi，因此具有很高的可靠性。
在β-鋰霞石基材上的與熱無關(guān)的光柵的例子在對光折散敏感的光纖(Corning SMF-228光纖)中寫入光柵，在100atm的氫室中對該光纖充氫1星期。從氫室中取出光纖以后，用機械方法剝?nèi)ヒ欢渭s30mm的覆蓋層并將光纖置于240nm的激光下照射以產(chǎn)生光柵。隨后用10kpsi拉力使用可紫外光固化的環(huán)氧粘合劑將光纖固定在基本按實施例2方法制得的β-鋰霞石基材上。將裝配的光柵加熱至125℃2小時以擴散出殘留的氫并消除紫外光引發(fā)的不穩(wěn)定的空穴。將光纖在-40-125℃進行熱循環(huán)。用完全相同的方法對一對照光纖進行處理，但是不將其固定在基材上。對于不連接在基材上的光纖，溫度由-40℃升至+125℃時光柵中心波長改變約1.9nm(參見圖8)，而對于連接在基材上的光纖僅改變0.2nm。
盡管本發(fā)明描述了紫外光引發(fā)的光柵，但是它也可用于封裝其它熱敏器件。例如，可將光纖耦合器和光波導固定在負膨脹基材上而使其與熱無關(guān)。
光纖熔凝耦合器具有兩根或多根沿其長度方向的一個或多個點上熔凝在一起的光纖并固定在基材上。這種耦合器是熱敏的，具有某種程度的熱不穩(wěn)定性。特別熱敏的是其中利用干涉效應，如Mach-Zehnder干涉儀的雙錐形耦合器?？蓪⑦@種耦合器固定在負膨脹的基材(如上面實施例2所述的β-鋰霞石)而使其與熱無關(guān)。參見圖9，圖9表示熔凝的雙錐形耦合器器件70，它包括負膨脹基材72和固定在該基材上的兩根光纖74、76。兩根光纖在區(qū)域78、80熔凝在一起。在接近基材端部的位置82、84，這些光纖以與上面光纖反射光柵相同的方式與基材相連。
波導可限定在例如光纖或平面基材中。這些波導是熱敏的，會導致某種程度的熱不穩(wěn)定性。將波導固定在負膨脹基材(如上面實施例所述的β-鋰霞石)上可使其與熱無關(guān)。參見圖10，圖10說明平面波導器件90，它包括負膨脹基材92，粘結(jié)固定在基材上的材料層94，用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員眾所周知的方法在該材料中形成的平面波導96。波導材料可以是例如摻雜的石英(如氧化鍺硅酸鹽)、其它合適的玻璃組合物、聚合物和半導體(包括具有增益的半導體，如激光二極管)。
本發(fā)明器件是完全無源的體系，機械上簡單并證實是與熱無關(guān)的。該器件的制造方法是有益的，因為它形成溫度補償?shù)墓鈱W器件，這種器件能承受沖擊和振動并且是熱穩(wěn)定的。
盡管結(jié)合較好的實例對本發(fā)明進行了說明，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可進行許多改進和變化，這種變化和改進完全包括在所附的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種與熱無關(guān)的光學器件的制造方法，它包括提供具有上表面的負膨脹基材；將熱敏的正膨脹光學部件安裝在所述基材的上表面上；在至少兩個間隔的位置上將所述部件固定在基材上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述基材包括β-鋰霞石玻璃陶瓷。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于以重量百分數(shù)計所述β-鋰霞石包括SiO243-55％、Al2O331-42％、Li2O 8-11％、TiO22-6％和ZrO40-4％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述部件是用一層固定材料所固定的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述固定材料是聚合物、玻璃料和金屬中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述光學部件是光纖光柵。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述光學部件是光纖耦合器，所述光纖耦合器具有至少兩根沿其長度方向的一個或多個點上熔凝在一起的光纖。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述光學部件是波導。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述波導是平面波導。
10.一種與熱無關(guān)的光纖光柵器件的制造方法，它包括提供具有上表面和第一端及第二端的負膨脹基材；將具有至少一個光柵的光纖安裝在基材的上表面上，使得光柵位于兩端中間并與各端有一間距處；在至少兩個間隔的位置上將光纖固定在所述基材上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，它還包括在固定步驟前向光纖施加足夠的拉力，以便在所有預期的使用溫度下使光纖保持拉伸狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于在基材上表面上光柵和第一端之間的位置上以及光柵和第二端之間的位置上固定光纖。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于用一層固定材料固定光纖。
14.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述固定材料是聚合物、玻璃料和金屬中的一種。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述聚合物是環(huán)氧粘合劑。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于固定步驟包括將熱膨脹系數(shù)介于光纖和基材的熱膨脹系數(shù)之間的材料墊粘結(jié)在基材上表面的各個固定位置上，將光纖固定在各個材料墊上。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在固定位置之間的基本整個光纖長度上的光纖墊有低模量阻尼材料。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于基材上表面的各個固定位置形成有槽，其尺寸在低于任何預期的器件使用溫度時能接受光纖，并在通常的使用溫度范圍能夾持光纖，所述方法還包括將基材冷卻至所述較低的溫度；將光纖插入各個槽中；將基材溫熱至通常的使用溫度以夾持光纖。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于基材包括β-鋰霞石玻璃陶瓷。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于以重量百分數(shù)計所述β-鋰霞石包括SiO243-55％、Al2O331-42％、Li2O 8-11％、TiO22-6％和ZrO40-4％。
21.一種與熱無關(guān)的光纖光柵器件的制造方法，它包括提供具有上表面和第一端及第二端的負膨脹基材；將光折射敏感的光纖安裝在基材的上表面上；向光纖施加足夠的拉力，以便在所有預期的使用溫度下光纖均保持在拉伸狀態(tài)；在至少兩個間隔的位置上將光纖固定在所述基材上；將光纖置于紫外光照射下，在光纖中形成至少一個光柵，以便在安裝步驟前或后使光柵位于兩端之間并與各端具有一間距處。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述基材包括β-鋰霞石玻璃陶瓷。
23.一種與熱無關(guān)的光學器件，它包括具有上表面的負膨脹基材；固定在所述基材上表面至少兩個間隔的位置上的熱敏的正膨脹光學部件。
24.如權(quán)利要求23所述的器件，其特征在于所述基材包括β-鋰霞石玻璃陶瓷。
25.如權(quán)利要求24所述的器件，其特征在于以重量百分數(shù)計所述β-鋰霞石包括SiO243-55％、Al2O331-42％、Li2O 8-11％、TiO22-6％、和ZrO40-4％。
26.如權(quán)利要求23所述的器件，其特征在于所述光學部件是光纖光柵。
27.如權(quán)利要求23所述的器件，其特征在于所述光纖部件是光纖耦合器，所述光纖耦合器具有至少兩根沿其長度方向的一個或多個點上熔凝在一起的光纖。
28.如權(quán)利要求23所述的器件，其特征在于所述光學部件是波導。
29.如權(quán)利要求28所述的器件，其特征在于所述波導是平面波導。
30.一種與熱無關(guān)的光纖光柵器件，它包括具有上表面和第一端及第二端的負膨脹基材；固定在基材上表面的至少兩個間隔的位置上的光纖；以及限定在基材各端之間并與各端有一間距處的光纖中的光柵。
31.如權(quán)利要求30所述的器件，其特征在于所述光纖固定在基材上表面的第一和第二隔開的位置處，所述第一位置在光柵和第一基材端之間，所述第二位置在光柵和第二基材端之間。
32.如權(quán)利要求30所述的器件，其特征在于所述光纖是用一層固定材料所固定的。
33.如權(quán)利要求32所述的器件，其特征在于所述固定材料是聚合物、玻璃料和金屬中的一種。
34.如權(quán)利要求33所述的器件，其特征在于所述聚合物是環(huán)氧粘合劑。
35.如權(quán)利要求31所述的器件，它還包括在所述第一和第二位置安裝在光纖和基材之間的熱膨脹系數(shù)介于光纖和基材的熱膨脹系數(shù)之間的粘結(jié)墊，光纖被粘結(jié)在各個粘結(jié)墊上，各個粘結(jié)墊固定在基材上。
36.如權(quán)利要求31所述的器件，它還包括連接固定位置之間的基本整個光纖長度的低模量阻尼材料。
37.如權(quán)利要求31所述的器件，其特征在于各個固定位置包括一個槽，其尺寸在低于任何預期的器件使用溫度時能接受光纖，并在通常的使用溫度時能夾持光纖。
38.如權(quán)利要求30所述的器件，其特征在于所述基材包括β-鋰霞石玻璃陶瓷。
39.如權(quán)利要求38所述的器件，其特征在于以重量百分數(shù)計所述β-鋰霞石包括SiO243-55％、Al2O331-42％、Li2O 8-11％、TiO22-6％、和ZrO40-4％。
40.如權(quán)利要求39所述的器件，其特征在于所述β-鋰霞石的負的熱膨脹系數(shù)為-30×10-7～-90×10-7/℃。
全文摘要
公開了一種與熱無關(guān)的光學器件(如與熱無關(guān)的光纖反射光柵(20)及其制造方法。光纖反射光柵器件(20)包括負膨脹基材(22)、安裝在基材(22)表面上的光纖(24)和限定在光纖(24)中的光柵(26)。與熱無關(guān)的光纖反射光柵器件(20)的制造方法包括提供負膨脹的基材(22),將限定有至少一個反射光柵(26)的光纖(24)安裝在基材(22)的上表面上,并在至少兩個間隔的點(30,32)上將光纖(24)固定在基材(22)上。
文檔編號G02B6/122GK1207812SQ96199621
公開日1999年2月10日 申請日期1996年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月16日
發(fā)明者G·H·比爾, D·L·魏德曼 申請人:康寧股份有限公司