[发明专利]具有与温度相关控制特性的平面型聚合物波导器件

说明书

相关申请

本申请要求对1999年2月23日提出的美国临时申请连续号N0.60/121,259的优先权。

发明领域

本发明一般涉及平面型光波导器件，特别涉及其中至少设置一涂层且其热膨胀系数足以响应于温度变化将拉伸应力施加给器件的平面型光波导器件。

发明背景

业已发现，用聚合材料制作的光波导器件，可以随环境温度呈现出不同的响应特性。如果能控制平面型光波导响应特性的温度变化速率就好了，这样就可对光学器件的波导响应加以选择，使之基本上不受少量温度扰动的影响，或者使之明显地受这类变化的影响(即按其调谐能力选择)。在本文中，术语“调谐”表示光信号器件的滤光元件能够反射对一预选波长优先变化的光。

例如，做在平面型聚合物光波导里的光栅，光谱响应随温度变化可以呈现明显的变化。若不希望有这种变化，则必须根据工作温度范围制造多个波导器件。有时希望光谱响应很少或不随温度变化。如若把光栅设计成最好将某一特定频率与许多其它频率隔率开来，就希望该选择的频率在整个使用期间出现一般环境温度变动的情况下不发生变化。此种温度扰动会对读数精度产生不利影响，或要求高度精密的温控形式。

但在另一些场合中，希望光谱响应以受控的速率发生变化(即装置具有调谐能力)。如可用包含波导与光栅的光学传感器来测量温度，传感器的灵敏度应与控制波长响应随温度变化的速率(即控制dλ_B/dT)的能力相关。

对于光信号器件的平面型聚合物光栅而言，灵敏度(dλ_B/dT)目前由平面波导材料的本征特性确定。这些本特征性包括热膨胀系数(cTE)和材料折射率随温度的变化(dn/dT)，这两种特征都随温度呈现线性变化，其值取决于制作光波导器件所用材料的组份。要发现在平面型光波导中制作光栅且具有所需光学特性的合适的材料极其困难，而要求材料具有正确的温敏响应(dλ_B/dT)会使材料选择问题变得更困难。因此，较为有利的是光信号器件的dλ_B/dT能置成零或者被控制在期望的范围内而不必更改波导材料的组份，从而让单个波导器件工作在一系列选定的dλ_B/dT值内。

在应用平面型光学定向耦合器时，这种控制也是有利的。单模光学定向耦合器通常用作干涉分束器，将信号分至各种不同的路径。它们通常是输入/输出装置，将一个输入分成两个具有某种特征分束比的输出。这种分束比受光路间隔中小尺寸变化的影响。通过控制光信号器件的任一操作元件(CTE和/或dn/dT)，就能控制分束比的灵敏度。

此外，应用CTE受控的操作元件还可用于控制多模干涉(MMI)装置。这类装置密切依赖于它们的尺寸，因而受温度扰动的影响。正确地选用CTE受控的元件也有助于控制其特性。

因此，希望光信号器件的生产与应用技术有一明显的进步，以提供这种灵敏度可控的装置(即控制频响特性随温度变化的速率)。

希望光信号器件的生产与应用技术有进一步的发展，使这种装置具备调谐能力。

发明内容

本发明一般针对特别对温度扰动具有受控灵敏度的光信号器件，本发明的一特定方面提供了这种装置。

一种光信号器件包括：

a)一种对温度敏感且其中具有波导层的平面型聚合物光信号器件，和

b)配用于所述光信号器件的至少一种材料，它具有约20～200ppm/°K的热膨胀系数，当光信号器件的温度变化时，足以对所述波导层施加拉伸应力。

在本发明的一个具体方面中，配用的材料至少作为一独立的层或形成至少一部分基片。

附图简介

下列附图用于示例本发明的诸实施例，但不限制由构成本申请一部分的权要求书所提出的本发明范围。

图1～8B是剖面图，表示用于本发明的光栅区的开发状况；

图9A是本发明一实施例的剖面图，光栅区的开发状况如图1～8B所示，选CTE的层对应用于本发明的光信号器件施加应力；

图9B是类似于图9A的剖面图，但用多个层对光信号器件施加应力；和

图10是本发明光信号器件一实施例示意图。

本发明的详细描述