CN1197217A - 非热变化的共掺杂光学波导装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种光学波导装置和制造非热变化装置的方法。通过减小由温度的变化引起的光谱的移位来使波导非热变化,将硼结合在光学波导的成分中。本发明包含硼掺杂剂在光学波导装置,如Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤光栅的纤芯和包层中的使用。

Description

非热变化的共掺杂光学波导装置
本发明涉及一种抑制了热光谱的移位的光学波导装置。本发明尤其涉及一种非热变化的光学波导装置，这种装置中光透射性对温度变化和升降是不灵敏的。
光学波导装置，比如马赫-策恩德(Mach-Zehnder)耦合器装置和长周期光纤光栅，这种装置和光学信号一起使用，作为发射滤波器(transmitting filters)，传感器，和波长多路复用器和去多路复用装置，这些装置在标准室温下提供良好的性能，但当它们暴露在热变化和温度不稳定的环境中使用时，会出现热光谱的移位和与此有关的不良性能。
Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤光栅可以作为发射滤波器用于窄带，多波长***的应用中。另外，Mach-Zehnder耦合器装置可以用作传感器，和波长多路复用以及去多路复用装置。
在长周期光纤光栅中，长周期光栅在纤维中形成，这种光纤耦合在基模和被引导的包层模之间的光线，其中所述的基模在波导纤芯中传播。这种光栅沿光纤的波导轴具有一个折射率调制，而且可以通过用UV辐照写入，刻蚀，或其它产生周期性扰动的方法形成。
Mach-Zehnder耦合器装置是Mach-Zehnder干涉仪的一种形式。在Mach-Zehnder耦合器装置中，耦合器将光线分进两个或者更多的波导，这波导通常是具有不同的光程长的光纤。该光线经过这些不同的光程长之后，由第二个耦合器复合。另外，Mach-Zehnder耦合器可以用于去多路复用器器和传感器的应用中。在Mach-Zehnder耦合器装置的一族中的各种类型包含了多包层(MultiCladTM)Mach-Zehnder耦合器装置，熔成纤维Mach-Zehnder耦合器装置以及Mach-Zehnder点阵滤波器。
已经发现象长周期光纤光栅和Mach-Zehnder耦合器装置这样的光学波导装置的使用受到它们的温度相依性的限制。在这样的装置中，在发射波长为1550nm时超过0.04nm/℃的热光谱的移位限制了它们在温度变化的环境中的应用和效能。
因此，本发明目的在于针对一种光学波导，这种波导基本上避免了由相关的现有技术的限制和缺点导致的一个或者更多的问题。
下面将详细陈述本发明另外的特点和优点，而且其中一部分从这些详细的陈述中是显而易见的或通过对本发明的实践是可以理解的。通过文章，结构，和书面陈述中特别指出的方法以及权利要求和附图可以知道和获得本发明的目的和其它的优点。
为了达到这些和其它的优点以及根据本发明的意图(如进行的实施和广泛的描述)，本发明提供了一种非热变化光学波导装置，这种装置中在光传送的至少掺有GeO2的石英纤芯中共同掺杂B2O3，以抑制由温度的变化引起的热光谱的移位。
另一方面，本发明包含用B2O3掺杂的非热变化的光学波导。
本发明的再一个方面是提供一种抑制方法，这种方法通过将波导用B2O3共掺杂以抵销光学波导的热灵敏度使光学波导非热变化。
应该理解上述一般性的描述，和下面详细的描述是作为示例性的和说明性的而试图在权利要求中提供本发明进一步的解释。
本说明书包含了附图，以提供对本发明进一步的理解，它被合并进来而构成了本说明书的一部分，例举了本发明的七个实施例，并且和描述一起解释了本发明的原理。
图1包含对一种Mach-Zehnder耦合器装置的概要的表示。
图2是用于和Mach-Zehnder耦合器装置对照的模型温度(℃)对峰值波长(nm)的图表。
图3是根据本发明的教导的Mach-Zehnder耦合器装置的温度(℃)对峰值波长(nm)的图表。
图4是根据本发明的教导的Mach-Zehnder耦合器装置的温度(℃)对峰值波长(nm)的图表。
图5是根据本发明的教导的Mach-Zehnder耦合器装置的温度(℃)对峰值波长(nm)的图表。
图6是根据本发明的教导的B2O3的含量(重量百分率)对热光谱的移位系数(nm/℃)的图表。
图7是温度(℃)对根据本发明的教导的长周期光纤光栅的峰值波长(nm)的图表。
图8是温度(℃)对根据本发明的教导的长周期光纤光栅的峰值波长(nm)的图表。
图9是温度(℃)对根据本发明的教导的长周期光纤光栅的峰值波长(nm)的图表。
图10是在20℃时根据本发明的教导的长周期光纤光栅的纤芯和包层之间的B2O3重量百分率差对长周期光纤光栅的斜率(nm/℃)的图表。
可能相关的现有技术另外提供。
本发明的光学波导装置包含掺杂二氧化锗的二氧化硅纡芯(germania dopedsilica core)和数量足够的B2O3掺杂剂，以抑制热光谱的移位。
现在将对本发明现有的最佳实施例进行详述，这些实施例在附图中例举。
本发明的非热变化光学波导装置包含提供光线穿过二氧化硅纤芯的光学波导，光纤，Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤光栅。本发明的非热变化光学波导装置在一个较宽的温度范围中用作发射滤波器，去多路复用器，多路复用器，和传感器。
本发明的光学波导装置包含掺杂了折射率提高掺杂剂(index raising dopant)和数量足够的B2O3掺杂剂，以在装置受到温度的变化时抑制该装置中热光谱的移位。本发明最佳折射率提高掺杂剂是GeO2。
本发明的光学波导装置包含发射滤波器。本发明的发射滤波器包含长周期光纤光栅和Mach-Zehnder干涉仪。本发明的Mach-Zehnder耦合器装置使用Mach-Zehnder干涉仪，这种干涉仪中由第一个波导纤芯引导的光的模式耦合到第二个波导纤芯。本发明的长周期光纤光栅发射滤波器将波导纤芯中传播的光模式和波导包层中的模式耦合。
本发明的光学波导装置包含二氧化硅纤芯，这种二氧化硅纤芯具有从1重量百分率B2O3∶3重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶10重量百分率GeO2的B2O3∶GeO2的比值，最好从1重量百分率B2O3∶4重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶6重量百分率GeO2。一种最佳的二氧化硅纤芯具有1重量百分率B2O3∶5重量百分率GeO2的比值。
非热变化的光学波导包含石英玻璃(silica glass)成分，这种成分有含B2O3的掺杂剂和一种或更多种折射率提高掺杂剂，其中掺杂剂含量为B2O3∶折射率提高掺杂剂克分子比的范围从1mole B2O3∶1.5moles折射率提高掺杂剂到1moleB2O3∶8moles折射率提高掺杂剂。最佳的掺杂剂含量的范围是从1mole B2O3∶2moles折射率提高掺杂剂到1mole B2O3∶7moles折射率提高掺杂剂。更好的掺杂剂含量的范围是从1mole B2O3∶3moles折射率提高掺杂剂到1mole B2O3∶4moles折射率提高掺杂剂。
产生本发明的光学波导装置的方法包含使光学波导装置非热变化以抑制热光谱的移位的方法。这种方法包含形成硅波导纤芯，并将纤芯用一种折射率提高掺杂剂(最好是GeO2)掺杂。这种方法还包含将纤芯用B2O3掺杂的步骤。用B2O3掺杂方法是提供足够数量的B2O3，其中当波导装置受到温度的变化时，在1550nm处，出现小于0.04nm/℃热光谱的移位。纤芯用足够数量的B2O3掺杂，以抵销纤芯的热灵敏度。
这种方法还包含用经掺杂的硅波导纤芯形成mach-Zehnder干涉仪的步骤。
这种方法还可以包含对经掺杂的波导纤芯进行包层以形成光学波导的步骤。这种包层可以由二氧化硅或B2O3掺杂二氧化硅构成。本发明的另外一个步骤是在光学波导中写入长周期光栅。
本发明包含减小光学波导装置的温度依赖性的方法。这种方法包含形成波导纤芯，给波导纤芯掺进具有正的热光谱的移位斜率的折射率提高掺杂剂，给波导纤芯同时掺进具有负的热光谱的移位的斜率的第二种掺杂剂。给纤芯共掺杂包含用第二种掺杂剂的负的热光谱的移位的斜率抵销纤芯的正的热光谱的移位的斜率的步骤。所述的第二种掺杂剂最好是硼，它是一种折射率降低掺杂剂。共掺杂的步骤可以进一步包含用一定量的第二掺杂剂共掺杂，从而第二种掺杂剂对折射率提高掺杂剂的克分子比的范围是1摩尔第二种掺杂剂比2-4摩尔折射率提高掺杂剂。
这种方法还包含对波导纤芯进行包层和从被包层的波导纤芯制造出光学波导装置的步骤。这种包层可以包含应用以第二种掺杂剂掺杂的玻璃。
本发明包含通过给波导掺杂一种允许引导光线的折射率更改掺杂剂和给波导掺杂一种减小了波导的温度依赖性的解脱温度依赖性掺杂剂制造一种具有减小的温度相依性的光学波导的方法。
本发明的非热变化的光学波导包含纤芯和包层，其中纤芯和包层的B2O3掺杂剂含量有差别，范围从1到5重量百分率B2O3，其中最佳的差别范围是从2到4重量百分率B2O3。
通过引用把Miller等人申请的美国第5,295,205号专利所揭示的内容结合在此，这些内容揭示了Mach-Zehnder耦合器装置和制造这种装置的方法。
本发明的一个实施例包含MultiCladTMMach-Zehnder耦合器，这种耦合器使用具有掺GeO2的二氧化硅纤芯第一光纤，纤芯中同时掺杂了B2O3，以抑制Mach-Zehnder耦合器装置中由温度的变化而引起的热光谱的移位。本发明的Mach-Zehnder耦合器装置还包含第二光纤，该光纤具有和第一光纤不同浓度的B2O3掺杂剂。这种实施例提供一种对温度的变化具有减小了的灵敏度的Mach-Zehnder耦合器装置。
一些这种类型的具有两个相等物理路程长度的但不同的基模有效折射率臂(arm)的MultiCladTMMach-Zehnder耦合器装置(在图1中通过Mach-Zehnder耦合器装置20所示)是在从-40℃到125℃的温度范围中制造和分析的。在图1中，拼接的Mach-Zehnder耦合器装置的臂11有和未拼接的Mach-Zehnder耦合器装置的臂12相同的物理路程长度。第一耦合器16将光线分给拼接的耦合器臂11和未拼接的耦合器臂12。由于光程变化的光纤段13的***，拼接的耦合器臂11有不同于未拼接的耦合器臂12的光程长。第二耦合器17将被分开的穿过耦合器臂11和12的光线再复合。在Mach-Zehnder耦合器装置20中，通过由Mach-Zehnder干涉仪将光线分为两个不同的光程长并且而后再复合，光线被选择性地传输。本发明也可和其它形式的Mach-Zehnder干涉仪和耦合器装置一起使用，例如具有多于两个的臂的Mach-Zehnder耦合器装置，具有不相等的耦合器分束的Mach-Zehnder耦合器装置，以及具有不同物理路程长度的多个臂的Mach-Zehnder耦合器装置。
提供了一个用市场上买得到的光纤制成的Mach-Zehnder耦合器装置的对比模型，如图1中所示。本发明的实验的Mach-Zehnder耦合器装置制作成如图1中所示，并和对比模型比较。在对比模型中，Mach-Zehnder耦合器装置未拼接的臂12由市场上可以买到的康宁SMF-28TM单模光纤制成。
具有和未拼接的耦合器臂12相同的物理路程长的拼接的耦合器臂11由拼接一段市场上买得到的Corning CS-980TM单模光纤而制成。Corning SMF-28TM单模光纤具有纤芯-包层Δ＝0.35％，截止波长为1260nm，而且是掺杂了6-10重量百分率的GeO2的二氧化硅纤芯。Corning CS-980TM单模光纤具有纤芯-包层Δ＝1.0％其中截止波长为950nm，而且是掺杂了大约18-20重量百分率GeO2的二氧化硅纤芯。在这个对比模型中，拼接进的光纤段13，是一个10mm的CorningCS-980TM单模光纤，它拼接在Corning SMF-28TM单模光纤段18和19之间(在接合点15，14处)。Mach-Zehnder对比模型耦合器的热光谱的移位用一个光谱分析器和一个铒ASE光源进行分析。用一个热室(thermal chamber)测试在-40℃到125℃的范围内的温度变化中这种对比模型的性能。对比模型的热光谱的移位显示在图2中，图2是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图2得出，这个对比模型具有大小为0.043nm/℃的热光谱的移位的系数。事实上，给其它的对比模型测试出相等的热光谱的移位系数(有各种GeO2纤芯掺杂剂量值，臂长度和纤维类型如具有不同截止波长的Corning CS-980TM单模光纤和Corning SMF-28TM单模光纤，具有掺杂TiO2的二氧化硅纤芯的光纤，和截止波长为1210nm具有Δ＝2.0％的阶跃折射率级光纤)。
实验的耦合器装置NO.1以图1的Mach-Zehnder耦合器装置20的构造制成，而且装备和方法都和对比模型相同，除了被拼接进的光纤长度13不是CorningCS-980TM以外光纤。在实验的耦合器NO.1的拼接进的光纤长度13是一个实验光纤的10mm段，该光纤具有以25重量百分率GeO2掺杂还以14重量百分率B2O3共掺杂的光学波导二氧化硅纤芯。(16.5mole％GeO2，13.7mole％B2O3，和69.8mole％SiO2)以和对比模型同样的方法对实验的耦合器No.1的热光谱的移位进行分析。实验的耦合器No.1的热光谱的移位示于图3中，图3是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图3可以得出实验的耦合器No.1具有大小为-0.204nm/℃的热光谱的移位系数。
实验的耦合器装置NO.2以图1的Mach-Zehnder耦合器装置20的构造制成，而且装备和方法都和对比模型相同，除了拼接进的光纤长度13是由一7.757mm的长度的Corning CS-980TM单模光纤构成以外(如用于对比模型中那样)，而用实验的光纤的长度为1.158mm拼接，它具有以25重量百分率GeO2掺杂并以14重量百分率B2O3共掺杂的二氧化硅纤芯(如用于实验的耦合器No.1那样)。选出用于耦合器No.2的并接光纤的组合以获得净零(net zero)热光谱的移位。以和对比模型相同的方法对实验的耦合器No.2的热光谱的移位进行分析。实验的耦合器No.2的热光谱的移位示于图4中，图4是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图4可以得出实验的耦合器No.2具有大小为-0.008nm/℃的热光谱的移位系数。
实验的耦合器装置NO.3以图1的Mach-Zehnder耦合器装置20的构造制成，而且装备和方法都和对比模型相同，除了在纤维长度13中拼接的是实验的纤维的10mm段，它具有以15重量百分率GeO2掺杂并以5重量百分率B2O3共掺杂的二氧化硅纤芯。(9.3mole％GeO2，4.6mole％B2O3，和86.1mole％SiO2)这个实验的共掺杂的纤维通过外部汽相淀积处理，使用火焰水解装置和适当的二氧化硅，GeO2掺杂剂，和B2O3掺杂剂原料标准以导致这样的由二氧化硅包层的纤芯而制成。实验的耦合器No.3的热光谱的移位用和对比模型相同的方法进行分析。实验的耦合器No.3的热光谱的移位显示在图5中，图5是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图5可以得出实验的耦合器No.3具有大小为-0.07nm/℃的热光谱的移位系数。
设想的实验Mach-Zehnder耦合器装置No.4可以从在纤维长度13中的整体的拼接部分来制造以避免在纤维长度13中的接合部分的复杂性(如在实验的耦合器No.2中该部分由以GeO2掺杂的纤维和以掺杂GeO2的B2O3共掺杂的光纤制成)，以得到具有接近零的热光谱的移位系数的非热变化的光学波导装置。图6显示了对比模型的热光谱的移位系数(在0重量百分率B2O3为.043nm/℃)，实验的耦合器No.3的热光谱的移位系数(在5重量百分率B2O3为-0.07nm/℃)，以及实验的耦合器No.1的热光谱的移位系数(在14重量百分率B2O3为-0.215nm/℃)。图6是这些耦合器在热光谱的移位系数(单位是nm/℃)对这些耦合器B2O3的含量(单位是重量百分率)的图表。图6提供了为获得温度的无关性，掺杂了GeO2的二氧化硅纤芯的所共掺杂的硼的最佳值。如图6中所示的线性的内插给出了以15重量百分率GeO2掺杂的二氧化硅纤芯的共掺杂为的硼的最佳值大约为1.7±0.6重量百分率B2O3(9.3mole％GeO2，1.6mole％B2O3，和89.1mole％SiO2)以获得大小是零nm/℃的热光谱的移位系数。由于只和二氧化锗掺杂的二氧化硅纤芯波导的热光谱的移位系数在大约10重量百分率到40重量百分率GeO2的较宽的范围内独立于二氧化锗掺杂值，故该最佳和足够的B2O3掺杂剂浓度值在GeO2纤芯掺杂值的较宽的范围是可用的。
假想的实验耦合器No.4可以按照如图1的相同的配置并用和对比模型同样的方法和装备进行制造，除了在纤维长度13中拼接的部分是实验纤维的10mm部分以外，该纤维具有以1重量百分率到40重量百分率的GeO2，最好是15重量百分率到25重量百分率的GeO2以及1重量百分率到4重量百分率的B2O3的共掺杂，最好是1.1重量百分率到2.3重量百分率的B2O3共掺杂的光学波导二氧化硅纤芯。这个实验共掺杂的光纤可以通过外部的汽相淀积处理，用火焰水解装置和适当的二氧化硅，GeO2掺杂剂，和B2O3掺杂剂原料标准进行制造，也可以通过其它的处理，以得到这样的二氧化硅包层的纤芯。
本发明的另外一个实施例包含来自具有以B2O3掺杂的二氧化硅纤芯的光纤的长周期光纤光栅的制造。本发明的长周期光纤是用UV Excimer激光器和适当的能量，暴露时间，以及光栅周期形成的。
一种长周期光纤光栅的对比模型是由市场上买得到的Corning SMF-DSTM制成的，它是具有色散移位纤芯的峰值大约在18-20重量百分率GeO2处的曲线的色散移位的纤芯。用激光以550mJ脉冲(248nm)并在8Hz的重复频率进行6分钟，将长周期光栅写进光纤。在写这些长周期光栅之前，将光纤放于氢气中(1550psi)一个星期，以增加光纤的光敏度。这一点导致了具有强光栅的对比模型(只有9％的功率透射)。这个对比模型的长周期光纤光栅的热光谱的移位用和Mach-Zehnder耦合器装置相同的方法进行分析。这个对比模型长周期光纤光栅具有大小为0.044nm/℃的热光谱的移位系数。
实验的长周期光纤光栅No.1由具有掺杂了15wt.％GeO2和5重量百分率B2O3的二氧化硅纤芯的实验光纤制成。这种实验的共掺杂的纤芯由二氧化硅包层进行包裹，这种包层有大约0.8重量百分率的B2O3。对实验的长周期光纤光栅No.1进行氢处理，随后以和对比模型相同的方法写进。这一点导致比对比模型更弱的光栅。实验长周期光纤光栅No.1具有大小为62％的功率透射，这说明这个实验光纤比用于对比模型中的传统的色散移位纤维的感光性小。用和Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤光栅的对比模型相同的方法对该长周期光纤光栅的热光谱的移位进行分析。实验的长周期光纤光栅No.1的热光谱的移位示于图7中，图7是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图7中可以得出，实验长周期光纤光栅No.1具有大小为-0.028nm/℃的热光谱的移位系数。可以相信，由于包层中硼的存在，实验长周期光纤光栅No.1比使用同样的B2O3和GeO2成分的纤芯的实验Mach-Zehnder耦合器装置No.3更加非热变化性。
实验的长周期光纤光栅No.2由具有掺杂了15wt.％GeO2和2重量百分率B2O3的二氧化硅纤芯的实验光纤制成。这种实验的共掺杂的纤芯由二氧化硅包层进行包裹，这种包层有大约1重量百分率的B2O3。对实验的长周期光纤光栅No.2进行氢处理，随后以和对比模型相同的方法写入。用和Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤相同的方法对长周期光纤光栅的热光谱的移位进行分析。实验的长周期光纤光栅No.2的热光谱的移位示于图8中，图8是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图8中可以得出，实验长周期光纤光栅No.2具有大小为0.026nm/℃的热光谱的移位系数。
实验的长周期光纤光栅No.3由具有掺杂了17wt.％GeO2和3.3重量百分率B2O3的二氧化硅纤芯的实验光纤制成。这种实验的共掺杂的纤芯由二氧化硅包层进行包裹，这种包层有大约0.9重量百分率的B2O3。对实验的长周期光纤光栅No.3进行氢处理，随后以和对比模型相同的方法写入。用和Mach-Zehnder耦合器装置和长周期光纤光栅相同的方法对长周期光纤光栅的热光谱的移位进行分析。实验的长周期光纤光栅No.3的热光谱的移位示于图9中，图9是峰值波长(nm)对温度(℃)的图表。从图9中可以得出，实验长周期光纤光栅No.3具有大小为0.004nm/℃的热光谱的移位系数。
图10是实验长周期光纤光栅和对比模型的热光谱的移位系数对每个长周期光纤光纤的纤芯和包层之间的B2O3重量百分率的差别的图表。如图10中所示，对比模型有大小为0.044nm/℃的热光谱的移位系数，而它的纤芯与包层(其中未掺硼)之间差别为0B2O3重量百分率。实验长周期光纤光栅No.1有大小为-0.028nm/℃的热光谱的移位系数，而它的纤芯(5重量百分率B2O3)和包层(0.8重量百分率B2O3)之间的差别为4.2B2O3重量百分率。实验的长周期光纤光栅No.2具有大小为0.026nm/％的热光谱的移位系数，而它的纤芯(2重量百分率B2O3)和包层(1重量百分率B2O3)之间的差别为1B2O3重量百分率。实验的长周期光纤光栅No.3具有大小为0.004nm/％的热光谱的移位系数，而它的纤芯(3.3重量百分率B2O3)和包层(0.9重量百分率B2O3)之间的差别为2.4B2O3重量百分率。如图10中所示，最好使光学波导在纤芯和包层之间具有大小为大约2到3.2的B2O3重量百分率的差别，以得到从0.01到-0.01nm/℃的热光谱的移位系数。一个较佳的非热变化的长周期光纤光栅在纤芯和包层之间的B2O3浓度可具有大约2.6重量百分率的差别。
假想的长周期光纤光栅No.4可以由在纤芯和包层之间的B2O3重量百分率差别为2.6的实验光纤制成，如由具有0.7重量百分率B2O3的二氧化硅包层进行包裹的实验长周期光纤光栅No.3的二氧化硅纤芯。
一个光学波导二氧化硅纤芯(有大约1重量百分率到40重量百分率的GeO2，最好是15重量百分率到25重量百分率的GeO2，而且以1重量百分率到5重量百分率的B2O3，最好是2重量百分率到4.5重量百分率的B2O3共掺杂，并用0重量百分率到2重量百分率的B2O3最好是0.6到1重量百分率的B2O3的二氧化硅包层进行包裹，以得到非热变化的不依赖温度的光学波导装置，如长周期光纤光栅。另外，为了得到这样一个被绝热的不依赖温度的光学波导装置，尤其是长周期光纤光栅，在纤芯和包层之间的B2O3的浓度的差别最好在2到3.2重量百分率之间的范围内，最好如图10中揭示的是2.2到3重量百分率。
对长周期光纤光栅，B2O3可以用在Mach-Zehnder耦合器装置中的光学波导光纤的纤芯周围的二氧化硅包层中。对本发明的光学波导纤维，包层中的实际B2O3浓度和在纤芯和包层中的B2O3浓度的差别相比有相对较小影响。另外，Mach-Zehnder耦合器装置可以在有超过一个以硼掺杂的光纤的情况下制造。
本发明的实验的光纤使用外部汽相淀积方法用火焰水解装置制造，以形成这些以GeO2和B2O3掺杂的光波导二氧化硅纤芯。将适当的二氧化硅，GeO2掺杂剂，和B2O3掺杂剂原料标准传送给火焰水解燃烧器，以提供特别的掺杂剂和共掺杂浓度标准。类似地，将适当的二氧化硅和B2O3掺杂剂蒸汽原料标准传送给火焰水解燃烧器，以提供用于长周期光纤光栅中的二氧化硅包层玻璃中特定的B2O3浓度。
可以相信，本发明的掺杂了GeO2的二氧化硅纤芯用B2O3的共掺杂有利地改变了波导纤芯的折射率的热可变性，以及波导色散效果和光纤的应力光学效果的潜在有利的变化。
本发明的波导纤芯和光纤成分是特别的敏感的，并依赖B2O3掺杂剂浓度。在本发明的波导纤芯成分中，将GeO2用作掺杂剂以有利地改变二氧化硅纤芯的折射率，以得到用于引导光线有利的Δ和在长周期光纤光栅中提供光敏度。将B2O3用作共掺杂剂，以有利地改变二氧化硅纤芯的折射率的热可变性。B2O3比GeO2的浓度比(该比值在1重量百分率B2O3∶3重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶10重量百分率GeO2的范围中)将提供一个有利的热可变性，当提供一个适当的波导纤芯折射率时这个可变性抑制和减小了热光谱的移位。最佳的B2O3比GeO2的浓度比在1重量百分率B2O3∶4重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶6重量百分率GeO2的范围中。本发明的最佳B2O3比GeO2的浓度比是1重量百分率B2O3∶5重量百分率GeO2。
考虑到要得到有益的纤芯对包层的B2O3浓度差，较佳的纤芯成分来自1-40重量百分率GeO2和0.5-15重量百分率B2O3。更佳的纤芯成分来自4-25重量百分率GeO2和0.75-7重量百分率B2O3。最佳的纤芯成分来自6-20重量百分率GeO2和1-3重量百分率B2O3。
还考虑到本发明中将GeO2用作折射率提高掺杂剂以引导光波而且将B2O3用作负的热光谱的移位掺杂剂以抵销折射率提高掺杂剂的正的热光谱的移位，较佳的克分子比是1摩尔的B2O3比2-4总摩尔的折射率提高掺杂剂(该掺杂剂中包含如锗和磷之类的掺杂剂)。负的热光谱的移位掺杂剂比总摩尔的折射率提高掺杂剂的最佳摩尔比值是1摩尔的B2O3比3总摩尔的折射率提高掺杂剂，以得到一个非热变化的光学波导。
对熟悉本领域的人，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，显然在本发明的成分和方法中可以有各种修改和变化。因此，本发明覆盖了所提供的发明的修改和变化，它们包含于所附的权利要求和与其等同的内容中。

Claims (32)

1.一种由掺杂了折射率提高掺杂剂的光学波导二氧化硅纤芯构成的光学波导装置，其特征在于所述波导纤芯和足够数量的B2O3共掺杂，以抑制由所述装置的温度的变化引起的装置中的热光谱的移位。
2.如权利要求1中所述的光学波导装置，其特征在于所述折射率提高掺杂剂是GeO2。
3.如权利要求1所述的光学波导装置，其特征在于所述波导装置包括发射滤波器。
4.如权利要求1所述的光学波导装置，其特征在于由所述波导纤芯引导的模式耦合到第二个波导纤芯。
5.如权利要求1所述的光学波导装置还包含包层，其特征在于在所述纤芯中传播的模式耦合到在所述包层中的模式。
6.如权利要求2所述的光学波导装置，其特征在于所述二氧化硅纤芯具有一个B2O3∶GeO2比，所述比值范围从1重量百分率B2O3∶3重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶10重量百分率GeO2。
7.如权利要求2所述的光学波导装置，其特征在于所述二氧化硅纤芯具有一个B2O3∶GeO2比，所述比值范围从1重量百分率B2O3∶4重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶6重量百分率GeO2。
8.如权利要求2所述的光学波导装置，其特征在于所述二氧化硅纤芯具有1重量百分率B2O3∶5重量百分率GeO2的B2O3∶GeO2比。
9.如权利要求4所述的光学波导装置，其特征在于所述装置由Mach-Zehnder干涉仪构成。
10.如权利要求5所述的光学波导装置，其特征在于所述装置由长周期光纤光栅构成。
11.一种非热变化的光学波导，所述光学波导由二氧化硅玻璃构成，其特征在于具有B2O3和多种折射率提高掺杂剂分子构成的掺杂剂。
12.如权利要求11所述的波导，其特征在于所述掺杂剂含量具有从1摩尔B2O3∶2摩尔的折射率提高掺杂剂到1摩尔B2O3∶7摩尔的折射率提高掺杂剂的B2O3∶折射率提高掺杂剂的克分子的比。
13.如权利要求11所述的波导，其特征在于所述掺杂剂含量具有从1摩尔B2O3∶3摩尔的折射率提高掺杂剂到1摩尔B2O3∶4摩尔的折射率提高掺杂剂的B2O3∶折射率提高掺杂剂的克分子比。
14.一种非热变化的光学波导装置，所述装置由二氧化硅玻璃构成，其特征在于所述二氧化硅玻璃具有大体上由B2O3和GeO2组成的掺杂剂含量。
15.如权利要求14所述的光学波导，其特征在于所述掺杂剂含量具有一个B2O3∶GeO2比，所述比值范围从1重量百分率B2O3∶3重量百分率GeO2到1重量百分率B2O3∶10重量百分率GeO2。
16.如权利要求14所述的光学波导，其特征在于所述掺杂剂成份大体上由10重量百分率到30重量百分率GeO2和1重量百分率到5重量百分率B2O3组成。
17.如权利要求14所述的光学波导，其特征在于包含所述掺杂剂含量具有一个B2O3∶GeO2克分子比，所述比值范围从1摩尔B2O3∶1.5摩尔GeO2到1摩尔B2O3∶8摩尔GeO2。
18.一种使光学波导装置非热变化以抑制热光谱的移位的方法，其特征在于所述方法包含
(a)形成二氧化硅波导纤芯；
(b)将所述二氧化硅波导纤芯以GeO2掺杂；并且
(c)将所述二氧化硅波导纤芯以B2O3共掺杂。
19.如权利要求18所述的使光学波导装置非热变化的方法，其特征在于所述二氧化硅波导纤芯以B2O3共掺杂的步骤包含将所述二氧化硅波导纤芯以足够量的B2O3共掺杂的步骤，其中所述波导装置在1550nm出现小于0.04nm/℃的热光谱的移位。
20.如权利要求18所述的使光学波导装置非热变化的方法，其特征在于所述方法还包含以下步骤：
将所述掺杂了GeO2的二氧化硅波导纤芯以足够量的B2O3共掺杂，以抵销所述掺杂了GeO2的二氧化硅波导纤芯的热灵敏度。
21.如权利要求18所述的使光学波导装置绝热的方法，其特征在于还包含以下步骤：
用所述共掺杂的二氧化硅波导纤芯形成Mach-Zehnder干涉仪。
22.如权利要求18所述的使光学波导装置非热变化的方法，其特征在于所述方法还包含对所述共掺杂的波导纤芯用掺杂了B2O3的二氧化硅包层的步骤。
23.如权利要求18所述的使光学波导装置非热变化的方法，其特征在于所述方法还包含以下步骤：
对所述共掺杂的波导纤芯包层以形成光学波导；及
将长周期光栅写入所述形成的光学波导。
24.一种减小光学波导装置的温度依赖性的方法，其特征在于包含：
a)形成波导纤芯；
b)将波导纤芯用一种具有正热光谱的移位斜率的折射率提高掺杂剂掺杂；
c)将所述波导纤芯用第二种具有负的热光谱的移位斜率的掺杂剂共掺杂；
d)对所述波导纤芯包层；以及
e)由所述包层的共掺杂的波导纤芯制造光学波导装置。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述共掺杂的步骤还包含用第二种掺杂剂抵销波导装置的正的热光谱的移位斜率的步骤。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将所述波导纤芯用第二种掺杂剂共掺杂的步骤包含将所述波导纤芯用折射率抑制掺杂剂共掺杂的步骤。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将所述波导纤芯用第二种掺杂剂共掺杂的步骤包含将所述波导纤芯用硼共掺杂的步骤。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将所述波导纤芯用第二种掺杂剂共掺杂的步骤包含用一些所述第二种掺杂剂共掺杂的步骤，从而，所述第二掺杂剂对所述折射率提高掺杂剂的克分子比在1摩尔的所述第二种掺杂剂对2-4摩尔的所述折射率提高掺杂剂的范围中。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对所述波导纤芯包层的步骤包含用所述第二种掺杂剂掺杂的玻璃包裹波导纤芯的步骤。
30.一种使包含纤芯和包层的光学波导非热变化的方法，其特征在于所述纤芯和所述包层具有从1重量百分率到5重量百分率的B2O3掺杂剂含量的差别。
31.如权利要求30所述的波导，其特征在于所述B2O3掺杂剂含量的差别在2重量百分率到4重量百分率B2O3的范围内。
32.一种制造具有减小的温度依赖性的光学波导的方法，其特征在于包含：
a)将波导用折射率变化掺杂剂掺杂，所述掺杂剂允许光线被引导；及
b)将波导用温度依赖释放掺杂剂掺杂，所述掺杂剂减小了波导的温度相依赖性。
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