(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法であって、波長λ辺りを中心とする光について動作する光ファイバ格子を提供し、負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を環境的に安定化させ、前記光ファイバ格子を該環境的に安定化されたガラスセラミック基板にホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールにより張力下で取り付ける各工程を含み、
前記基板を環境的に安定化させる工程が、安定化処理されていないベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を提供し、脱イオン水中で少なくとも３時間に亘り煮沸し、乾燥雰囲気中で少なくとも１２時間に亘り２００℃で乾燥させ、８０℃以上、８０％の相対湿度以上の湿潤処理雰囲気に少なくとも５日に亘り露出させ、１００℃の乾燥雰囲気中で少なくとも１２時間に亘り乾燥させる工程を含み、
ここで、前記安定化されたガラスセラミック基板は、前記ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、前記波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.020ｎｍ未満しか変動しないことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板を環境的に安定化させる工程が、前記安定化処理されていないベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板として、長さおよび亀裂先端を持つ複数の微小亀裂が形成された基板を提供し、該微小亀裂の長さを増大させるように該微小亀裂を進行させ、該微小亀裂の亀裂先端を封止する各工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法であって、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子を提供し、負の熱膨張の、微小亀裂の形成されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を環境的に安定化させ、前記光ファイバ格子を張力下で該環境的に安定化されたガラスセラミック基板に取り付ける各工程を含み、
前記基板を環境的に安定化させる工程が、安定化処理されていないベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を提供し、脱イオン水中で少なくとも３時間に亘り煮沸し、乾燥雰囲気中で少なくとも１２時間に亘り２００℃で乾燥させ、８０℃以上、８０％の相対湿度以上の湿潤処理雰囲気に少なくとも５日に亘り露出させ、１００℃の乾燥雰囲気中で少なくとも１２時間に亘り乾燥させる工程を含み、
ここで、前記安定化されたガラスセラミック基板は、前記ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、前記波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.010ｎｍ未満しか変動しないことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記基板を環境的に安定化させる工程が、前記安定化処理されていないベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板として、長さおよび亀裂先端を持つ複数の微小亀裂が形成された基板を提供し、該微小亀裂の長さを増大させるように該微小亀裂を進行させ、該微小亀裂の亀裂先端を封止する各工程を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記取り付けられたファイバ格子および前記基板を非気密包装容器内に格納する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記取り付けられたファイバ格子および前記基板を気密包装容器内に気密シールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、1999年4月23日に出願された米国仮特許出願第60/130,653号の恩恵を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．  発明の分野
本発明は、広く光導波路デバイスに関し、特に、光導波路を不伝熱化(athermalizing)する負の熱膨張の基板を含む光導波路デバイスに関する。この基板は、光導波路デバイスの光学的特性の熱的な変更を補償する、温度の上昇とともに収縮するような負の熱膨張を有する材料から作製される。
【０００３】
２．  技術背景
本発明は、温度補償型不伝熱化光デバイスに関し、特に、光ファイバ反射型ブラッグ格子光導波路デバイスに用いられる安定化された負膨張基板を有する環境的に安定化されたデバイスおよび光導波路デバイスを安定化させる方法に関する。
【０００４】
紫外線により誘発される屈折率変化は、フィルタおよびチャンネル合波／分波(add/drop)デバイスのような複雑な狭帯域光学成分の製造に有用である。
【０００５】
これらのデバイスは、多波長通信システムの重要な部分となり得る。普及している感光性光ファイバデバイスは、狭波長帯域に亘り光を反射する反射格子（ブラッグ格子）である。一般的に、これらのデバイスは、ナノメートル単位で測定されるチャンネル間隔を有する。
【０００６】
光フィルタの様々な構成が既に知られており、その中に、波長選択式フィルタリングのためのブラッグ効果を用いるものがある。米国特許第4,725,110号には、フィルタを構成する方法の１つが開示されており、その方法は、互いに180°まで補足する、ファイバ軸に対する２つの角度で光ファイバに対して向けられる２つの紫外線ビームの干渉パターンに、クラッドを通してコアを露出することにより、光ファイバのコアに少なくとも１つの周期格子を形成する(imprinting)工程を含む。これにより、ファイバ軸に対して垂直に向けられた反射格子が得られる。格子フィルタが組み込まれたそのような光ファイバにより反射される光の波長は、明確に定義された関係で、格子領域がさらされる歪みによって、または格子領域の温度によって変化する格子の間隔に関連付けられ、この間隔は、これらのパラメータの内の１つに対して実質的に線形である。
【０００７】
実効屈折率ｎおよび膨張ａを有するファイバにおいて、間隔Ｌを有する均一な格子に関して、中心反射波長の変動ｌrは、以下の数式により与えられる：
ｄｌr／ｄＴ＝２Ｌ［ｄｎ／ｄＴ＋ｎａ］
シリカおよびゲルマニアドープファイバ反射格子において、中心波長の変動は、角型括弧内の第一項、すなわち、温度による屈折率の変化により支配される。この膨張項は全変動性の10パーセント未満で寄与する。ｄｌr／ｄＴは、一般的に、1550ｎｍでピーク反射率を有する格子に関して、0.01ｎｍ／℃である。
【０００８】
これらの格子を使用する上での実際的な難点の１つは、温度によるそれら格子の変動である。ファイバ格子により反射される光の波長は格子領域の温度により変動するので、この基本的フィルタは、反射光の波長が温度とは独立しているべきである用途には使用できない。そのような格子に関する厳密かつ常に増加する光通信用途の要望と要件を満たすために、ファイバ反射格子を確実かつ安定に不伝熱化する方法が必要とされている。
【０００９】
ファイバ反射格子を不伝熱化する方法の１つは、格子の環境を、能動的に制御された熱安定化システムにより熱的に制御することである。そのような熱的安定化は、実行し、促進するのに費用が高くつき、それが複雑なために、信頼性の懸念が生じる。
【００１０】
第２の不伝熱化手法は、ｄｎ／ｄＴを補償する負の膨張を起こすことである。要求される負の膨張を達成するために異なる正の熱膨張を有する材料を用いたデバイスが知られている。
【００１１】
米国特許第5,042,898号には、光ファイバ格子を有する、温度補償され、格子が埋め込まれた光導波路光フィルタリングデバイスが開示されている。ファイバの各々の端部が、ファイバの長手方向の歪みに適合するように、互いに対してとファイバ材料のものとに対して異なるような熱膨張係数を有する材料から作製された２つの補償部材の内の１つに取り付けられている。それらの係数の大きさは、長手方向の歪みの変化が、格子の温度の変化に対するこれらの属性を実質的に補償するような様式で温度により変動する。
【００１２】
Yoffe,G.W.等は、「Temperature-Compensated Optical-Fiber Bragg Gratings」OFC'95 Technical Digest, paper W14において、光ファイバの取付点の間の距離が、温度の上昇と共に減少し、格子の歪みを減少させる異なる熱膨張を有する金属の機械的配置を有するデバイスを開示している。
【００１３】
光導波路デバイスを不伝熱化する別の方法では、光ファイバ格子を取り付けるための基板が用いられ、その基板は固有の負の膨張係数を有する材料から製造される。
【００１４】
発明の概要
本発明のある実施の形態は、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化された光ファイバ格子導波路デバイスである。このデバイスは、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバ格子と、環境的に安定な（安定化処理された）負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板とを含み、前記ファイバ格子は、環境的に耐久性のあるホウ酸鉛亜鉛（lead zinc borate）ガラスフリット融着シールによりこの基板に張力下で取り付けられており、ここで、この基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.015ｎｍ未満しか変動しない。
【００１５】
本発明のある実施の形態によれば、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化された光ファイバ格子導波路デバイスは、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子と、安定化処理された環境的に安定な負の熱膨張の、微小亀裂の形成されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板とを含み、前記ファイバ格子は基板に張力下で取り付けられており、ここで、この基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.015ｎｍ未満しか変動しない。
【００１６】
ある実施の形態によれば、本発明は、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法を含む。この方法は、波長λ辺りを中心とする光について動作する光ファイバ格子を提供し、負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を環境的に安定化させ、前記光ファイバ格子をこの環境的に安定化されたガラスセラミック基板にホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールにより取り付ける各工程を含み、ここで、この基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.015ｎｍ未満しか変動しない。
【００１７】
本発明のある実施の形態はまた、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法を含む。この方法は、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子を提供し、負の熱膨張の、微小亀裂の形成されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を環境的に安定化させ、前記光ファイバ格子を張力下でこの環境的に安定化されたガラスセラミック基板に取り付ける各工程を含み、ここで、この基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.010ｎｍ未満しか変動しない。
【００１８】
本発明のある実施の形態はまた、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバブラッグ格子導波路デバイスの製造方法を含む。この方法は、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子を提供し、負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を提供し、前記光ファイバ格子を張力下でこのガラスセラミック基板に410℃から430℃未満までの範囲の温度でホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールで取り付ける各工程を含み、ここで、この基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.010ｎｍ未満しか変動しない。
【００１９】
本発明のデバイスおよび方法は、光導波路配置環境で経験される様々な温度での湿度への長期間の露出の元で高度の寸法安定性を与える。
【００２０】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであり、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付された図面を含む、ここに記載された本発明を実施することにより認識されるであろう。
【００２１】
上述した一般的な説明および以下の詳細な説明の両者は、本発明の単なる説明であり、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであるのが理解されよう。添付の図面は、本発明のさらに理解するために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。これら図面は、本発明の様々な実施の形態を示し、前記説明と共に、本発明の原理および動作を説明するように働く。
【００２２】
好ましい実施の形態の詳細な説明
ここで、本発明の現在好ましい実施の形態を詳細に参照する。その実施例が添付の図面に示されている。本発明の環境的に安定な不伝熱化された光ファイバ格子の例示としての実施の形態が図１に示されており、全体を通じて参照番号19により示されている。
【００２３】
本発明によれば、本発明の光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化された光ファイバブラッグ格子導波路フィルタデバイスは、波長λ辺りを中心とする光について動作し、その光を反射する光ファイバブラッグ格子を含む。図１に示したように、光ファイバブラッグ格子22に加えて、不伝熱化された光ファイバブラッグ格子導波路デバイス19は、安定化処理された環境的に安定な負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板20も含む。ファイバ格子22は、張力下で環境的に安定なホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール24により基板20に取り付けられ、ここで、基板20は、波長λが、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.015ｎｍ未満しか変動しないようにファイバ格子22において熱的に誘発された波長シフトを補償する。好ましくは、ファイバ格子22は、張力下で第１と第２のホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール24により基板20に取り付けられる。さらに、ファイバ22の基板20およびガラスフリット融着シール24に対する動きをさらに固定するために、固定部材26が用いられる。好ましくは、固定部材26はエポキシシールである。導波路デバイス19は、デバイスとその周りの温度が上昇するときに、基板20が収縮し、ファイバ格子22への張力を解放して、光導波路ファイバ格子22の上昇した温度により生じた光学的変化および波長変動を補償するように組み立てられている。好ましい実施の形態において、波長λは、デバイス19が、80％より高い相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに、±0.010ｎｍ未満しか変動しない。最も好ましくは、波長λは、デバイス19が、少なくとも85％の相対湿度および少なくとも25℃の温度を有する湿潤雰囲気に2000時間に亘り露出されたときに、±0.010ｎｍ未満しか変動しない。光導波路デバイス19は、その寿命に亘り波長λの変動を最小にした状態で、光導波路配置環境において用いられたときに改良された性能を与える。
【００２４】
安定化処理された環境的に安定な負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板20は、封止された微小亀裂の亀裂先端を有する複数の進行された微小亀裂を有する、微小亀裂の形成されたガラスセラミック体である。浸され、湿らされ、乾燥された基板20は、水を含む液浴中に沈められ、湿度処理雰囲気に露出され、次いで、ファイバ格子22の取付けの前に乾燥処理雰囲気に露出された基板である。好ましくは、基板22は、寸法長さ（特に、ファイバ格子22に整合された基板20の長さ）および複数の微小亀裂を有する、微小亀裂の形成された物体であり、この微小亀裂は安定化された亀裂長さを有し、ここで、基板である微小亀裂の形成された物体の寸法長さは、光導波路配置環境に露出されたときに安定である。そのような基板に関して、基板の微小亀裂が形成された物体の寸法長さは、好ましくは、光導波路配置環境に露出されたときに32ｐｐｍ未満しか変化しない。好ましくは、基板の微小亀裂の形成された物体は、亀裂先端で終わる複数の微小亀裂を有し、その亀裂先端は、封止され、ガラスセラミック基板物体から浸出したガラスセラミック成分の堆積物(precipitant)により実質的に充填されている。そのような封止され充填された先端に関して、基板20は、好ましくは、光導波路配置環境およびその湿度に露出されたときに、20ｐｐｍ以下の寸法デルタＤの変化を有する。
【００２５】
環境的に耐久性のあるフリット融着シール24は、ピロリン酸塩ミル添加物のような、転相(phase inverting)ミル添加物が充填されているホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールである。好ましくは、ファイバ格子22は、405℃から440℃までの範囲のフリット結合温度でガラスフリット融着シール24により張力下で基板20に取り付けられている。好ましくは、融着シール24は、410℃から430℃未満、最も好ましくは、420℃から430℃未満の範囲のフリット結合シール温度を有するそのようなホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール24は、好ましくは、少なくとも2ポンド（約900ｇ）の、好ましくは、3ポンド（約1350ｇ）より大きい引張強度を有するファイバ格子22との結合を形成する。
【００２６】
図２に示したように、不伝熱化された光ファイバブラッグ格子導波路デバイス19は包装容器28を含む。デバイス19をよりよく示すために、図２において、容器28の頂部のカバーは適所になく、前面壁は取り去られている。ファイバブラッグ格子22の屈折率格子は、ファイバおよびそのコアを超えて延在する垂直線により示されている。ファイバブラッグ格子22は容器28内に収容されており、ファイバ格子22のファイバ端部21は、光ファイバ系の光ファイバと接続できるように容器28の端部壁を通って延在している。好ましい実施の形態において、基板20により不伝熱化されたファイバ格子22を含有する容器28は、非気密包装容器である。好ましい非気密包装容器は、ＶＥＣＴＲＡ（登録商標）液晶ポリマー容器である。デバイス19のそのような包装は、閉じられた容器28の外側からの湿度（Ｈ2Ｏ分子）が容器28の内部に進入し、ファイバ格子22、基板20、およびフリット融着シール24並びにその包装に含まれる他の含有物と接触できる点で非気密である。代わりの実施の形態において、容器28は気密包装容器であり、したがって、ファイバ格子、基板およびフリットシールは、気密に収容され、容器28内に封止され、Ｈ2Ｏ分子および他のガスは、外側から容器中に進入できない。そのような気密容器は金被覆されたＫＯＶＡＲ（登録商標）容器である。容器28、およびファイバ格子22、基板22、およびフリット融着シール24のそのようなハウジング容器内への包装、並びにハウジングから隔離についてのより詳しい説明を開示している国際特許出願第PCT/US98/20042号（Bookbinder 10）（1997年10月10日に出願された米国仮特許出願第60/061,688号）を参照のこと。
【００２７】
本発明は、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法を含む。この方法は、波長λ辺りを中心とする光について動作する光ファイバ格子を提供し、負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を環境的に安定化させる各工程を含む。この方法は、光ファイバ格子22を環境的に安定化されたガラスセラミック基板20にホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールにより取り付ける工程を含み、ここで、基板20は、ファイバ格子22において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.015ｎｍ未満しか変動しない。
【００２８】
基板20を環境的に安定化させる工程は、寸法不安定な基板を提供し、その基板を水を含有する液浴中に沈め、次いで、その基板を湿潤処理雰囲気に露出し、この露出された基板を乾燥させる各工程を含む。基板20を環境的に安定化させる工程は、長さおよび亀裂先端を持つ微小亀裂を有する寸法不安定な微小亀裂の形成された基板を提供し、これらの微小亀裂を進行させてそれらの長さを増大させ、次いで、微小亀裂の亀裂先端を封止する各工程を含む。好ましくは、そのような露出および封止は、前記基板を、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出する工程を含む。好ましい実施の形態において、環境的に安定化させる工程は、提供された基板を脱イオン水中で少なくとも３時間に亘り煮沸し、乾燥雰囲気（低い、ゼロに近い湿度の空気）中で少なくとも12時間に亘り200℃で乾燥させ、次いで、湿気熱（damp heat）雰囲気（80℃以上／80％相対湿度以上）に少なくとも５日に亘り前記基板を露出し、次いで、100℃で乾燥雰囲気中において少なくとも12時間に亘り乾燥させる各工程を含む。環境的に安定化させる代わりの実施の形態は、湿度処理により亀裂先端を封止する前に50℃未満の温度で水を含有する液浴を用いて前記微小亀裂を進行させる工程を含む。安定化および安定化された基板20のより詳しい説明を開示する、1999年4月23日に本出願と同時に出願されたWebb等の米国仮特許出願第60/130,896号、METHOD OF MAKING STABILIZED NEGATIVE THERMALEXPANSION OPTICAL WAVEGUIDE SUBSTRATE AND A GLASS-CERAMIC SUBSTRATE, 代理人番号P14721を参照のこと。
【００２９】
ファイバブラッグ格子22を基板20に取り付ける工程は、ホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール24を405℃から440℃までの範囲の温度で処理する工程を含む。好ましくは、そのようなシール24の処理は、前記ガラスフリット融着シールを、410℃から403℃未満、より好ましくは、420℃から430℃未満の範囲の温度まで、最も好ましくは、約425℃の温度で加熱する工程を含む。そのような加熱処理により、好ましくは、2ポンド（約900ｇ）より大きい、好ましくは、3ポンド（約1350ｇ）以上の引張強度を有するガラスフリット融着シールのファイバ格子への結合が形成される。
【００３０】
前記方法は、好ましくは、取り付けられたファイバ格子22、基板20、およびガラスフリット融着シール24を非気密包装容器28内に格納する工程を含み、ここで、湿度は容器の外側から格納容器中に進入できる。追加の実施の形態において、前記方法は、取り付けられたファイバ格子22、基板20、およびガラスフリット融着シール24を気密包装容器28内に気密シールする工程を含む。
【００３１】
本発明は、光導波路配置環境に使用するための環境的に安定な不伝熱化された光ファイバブラッグ格子導波路フィルタデバイスを含む。このデバイスは、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子と、安定化処理された環境的に安定な負の熱膨張の、微小亀裂の形成されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板とを含む。ファイバブラッグ格子22は基板20に張力下で取り付けられ、ここで、基板20は、ファイバ格子22において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、湿潤雰囲気に露出されたときに±0.04ｎｍ未満しか、好ましくは、±0.03ｎｍ未満しか、好ましくは、±0.02ｎｍ未満しか、より好ましくは、±0.015ｎｍ未満しか変動しない。好ましい実施の形態において、波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.010ｎｍしか変動せず、最も好ましくは、25℃の温度および少なくとも約85％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に2000時間に亘り露出されたときに±0.010ｎｍ未満しか変動しない。
【００３２】
環境的に安定な基板20は、好ましくは、封止された亀裂先端で終わる進行された微小亀裂を有する。好ましくは、そのような基板は、水浴（水を含有する液体）中に沈められ、湿度処理雰囲気に露出され、格子22の取付けの前に乾燥処理雰囲気に露出される。そのような安定な基板20は、水浸漬され、加湿され、乾燥された基板である。好ましくは、基板20は、ファイバ格子取付点の間の寸法長さを有する微小亀裂の形成された物体であり、この基板物体の寸法長さが安定でありかつ光導波路通信配置環境に露出されたときに実質的に変化しないような安定な亀裂長さを持つ微小亀裂を有する。好ましくは、基板の寸法長さは、配置環境に露出されたときに、50ｐｐｍ未満しか、好ましくは、40ｐｐｍ未満しか、より好ましくは、約32ｐｐｍ未満しか変化しない。好ましい実施の形態において、その長さ変化は20ｐｐｍ未満である。
【００３３】
好ましくは、基板20の微小亀裂は、基板物体から浸出したガラスセラミック成分の乾燥膜堆積物により実質的に充填されている亀裂先端で終わっている。好ましくは、基板20の物体は、配置環境に露出されたときに、32ｐｐｍ未満の寸法変化を有する。好ましい実施の形態において、前記デバイスは、基板に取り付けられたファイバ格子を含有する非気密包装容器28を含む。代わりの実施の形態において、前記デバイスは、包装の外側にある汚染物への露出が最小となるようにその中に基板20およびファイバ格子22を有する気密包装容器28を含む。
【００３４】
本発明はさらに、環境的に安定な不伝熱化されたファイバ格子導波路デバイスの製造方法であって、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子22を提供し、負の熱膨張の、微小亀裂の形成されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板20を環境的に安定化させる各工程を含む方法を含む。この方法はさらに、ファイバ格子22を環境的に安定化されたガラスセラミック基板20に取り付ける工程を含み、ここで、基板20は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.020ｎｍ未満、好ましくは±0.010ｎｍ未満しか変動しない。基板20を環境的に安定化する工程は、寸法不安定な基板を提供し、提供された基板を、水を含有する浴中に沈め、沈められた基板を湿潤処理雰囲気に露出し、取付前に露出された基板を乾燥させる各工程を含む。
【００３５】
前記基板を環境的に安定化させる工程は、長さおよび亀裂先端を持つ微小亀裂を有する寸法不安定な、微小亀裂の形成された基板を提供する工程を含む。この微小亀裂は、その長さを増大させるように進行され、所望の標的とする熱膨張係数を提供し、亀裂先端は、前調整処理により封止される。好ましくは、これには、先に沈められた基板を、十分に長期間に亘り、少なくとも80℃の温度および少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出し、次いで乾燥させる各工程が含まれる。
【００３６】
好ましくは、前記方法はさらに、取り付けられたファイバ格子22および基板20を非気密包装容器28内に格納する工程を含む。あるいは、前記方法は、前記取り付けられたファイバ格子および基板を気密包装容器28内に気密シールする工程を含む。
【００３７】
好ましくは、本発明は、前記基板に取り付けられたファイバ格子を、約25℃の温度で少なくとも85％の相対湿度の湿潤雰囲気に少なくとも2000時間に亘り露出し、中心波長λをモニタする各工程を含む。そのような露出および試験により、極端な配置環境における代表的なデバイス19の信頼性を確実にする。
【００３８】
本発明はさらに、光通信配置環境のための環境的に安定な不伝熱化されたファイバブラッグ格子導波路デバイスの製造方法であって、波長λ辺りを中心とする光を反射する光ファイバブラッグ格子を提供し、負の熱膨張のベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板を提供する各工程を含む方法を含む。この方法はさらに、ファイバ格子22を張力下でガラスセラミック基板20に410℃から430℃未満までの範囲の温度でホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールで取り付ける工程を含み、ここで、基板は、ファイバ格子において熱的に誘発された波長シフトを補償し、波長λは、少なくとも80％の相対湿度を有する湿潤雰囲気に露出されたときに±0.010ｎｍ未満しか変動しない。好ましくは、ファイバ格子22を基板20に取り付ける工程は、ホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シールを、422℃から428℃の範囲内、好ましくは、425℃まで加熱する工程を含む。好ましくは、基板20は環境的に安定化された基板である。図３に示したように、ホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール24により取り付ける工程は、好ましくは、基板20を通してレーザビーム30でシール24を加熱する工程を含む。好ましくは、取付けは、レーザビーム30により加熱し、加熱されたガラスフリット融着シール24の温度を赤外線（ＩＲ）熱電対36によりモニタする各工程を含む。図３に示したように、ＣＯ2レーザ32は、10.6マイクロメートルの波長を有するレーザビーム30を発生する。ホルダ34は、基板の20のレンズ系を保持し、基板20も保持する。下からの高温計を用いることに加えて、融着シール24の温度を赤外線熱電対（例えば、ステンレス鋼に収容された自己出力型非接触赤外線熱電対であるＯＭＥＧＡブランドの温度センサＯＳ３６−２）でモニタすることが好ましい。このモニタにより、融着シール24の温度を精密制御することができ、有益なフリット融着シールを形成できる。好ましくは、取付けは、1から3ポンド（約450から1350ｇ）の範囲の引張強度を有するガラスフリット融着シール対ファイバ格子の結合を形成する工程を含む。
【００３９】
前記方法はさらに、取り付けられたファイバ格子22、基板20、およびガラスフリット融着シール24を非気密包装容器28内に格納する工程を含む。あるいは、それは、気密包装容器28内に気密シールされる。
【００４０】
実施例
本発明はさらに、本発明の例示であることを意図する以下の実施例によりさらに明らかにされる。
【００４１】
これらの実施例は、湿気熱および湿潤条件中への2000時間の露出後に±0.01ｎｍ未満の中心波長安定性を有する、非気密包装された不伝熱化されたファイバブラッグ格子デバイス19の完成を示す。これらのファイバブラッグ格子デバイスは、環境的に安定な基板20および耐久性フリット24を用いて完成された。沸水中に沈めることに加えて、基板20は、85℃／85％相対湿度の湿気熱に露出され、100℃で一晩乾燥された。この耐久性のホウ酸鉛亜鉛ガラスフリット融着シール（ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3）（ＰＺＢ）に、転相（Ｍｇ，Ｃｏ）2Ｐ2Ｏ7が充填された。
【００４２】
ベータ・ユークリプタイトガラスセラミック検体を、48.7重量％のＳｉＯ2、37.8重量％のＡｌ2Ｏ3、9.7重量％のＬｉ2Ｏ、および3.8重量％のＴｉＯ2（8.5重量％のＡｌ2ＴｉＯ5）のガラス組成物から作製した。それから、非安定化ベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板の製造をより詳しく説明するための、その全体をここに引用する、1997年1月16日に出願された米国特許出願第08/785,336号（ATHERMAL OPTICAL DEVICE）にしたがって、ベータ・ユークリプタイト検体を作製した。
【００４３】
ＰＺＢ群からホウ酸鉛亜鉛ＣＲＴシーリングフリットを選択した。74.7重量％のＰｂＯ、12.9重量％のＺｎＯ、8.3重量％のＢ2Ｏ3、1.9重量％のＢａＯ、2.2重量％のＳｉＯ2の基礎ガラス組成を有する、コーニング社のコーニングコード7580 PZB CRTシーリングフリットを用いた。そのようなフリットは、ＰＺＢ基礎ガラスフリットが＋0.006の水性耐久性（90℃の脱イオン水／24時間における重量％変化）を示すという点で、環境的に耐久性のあるフリットである。
【００４４】
フリット
Ａ．  385℃−460℃の温度範囲に亘り、ＰＺＢ基礎フリットにより取り付けられたファイバ格子の５つの複製品（５つの試料）を用いて、フリット処理マトリクス実験を以下のように設定した。
【００４５】
【表１】
0004620255.tif 000002
取付け後、これらのフリット結合について強度評価のために引張試験を行い、この引張試験による破損後、ＳＥＭ検査のためにフリット結合を選択した。
【００４６】
これらの評価から、ファイバが破損せず、2ポンド（約900ｇ）より良好な引張試験強度に関する最良のフリットおよび処理条件を選択し、使用して、十分な機能のＶＥＣＴＲＡ包装デバイスを製造した。
【００４７】
ＰＺＢ耐久性フリットコード7580に、転相ピロリン酸塩ミル添加物を加えた：ＰＺＢ；コード7580＋10重量％の（Ｃｏ，Ｍｇ）2Ｐ2Ｏ7＋5重量％のＣｏ2Ｐ2Ｏ5
下記の表１は、図３に示したようなフリット処理中にＩＲ熱電対により測定されたフリット結合温度の関数としてのファイバ引張強度の結果を示している。
【００４８】
ＰＺＢフリットを用いた場合、410℃および435℃で処理した（フリット24＋エポキシ26）結合の引張強度は、3.4-4.0ポンド（約1530-1800ｇ）の範囲で一貫して高く、その内の1.5-2.0（1.75）ポンド（約670-900（790）ｇ）は、外側のエポキシ結合による寄与であると考えられ、反射率測定（50.0ｄＢ以下）により、ファイバが破損していないことが示される。しかしながら、460℃のフリット処理温度は、比較的高いが一定しない引張強度を示したが、−15から−20ｄＢの反射率測定値はファイバの破損を示し、460℃のフリット結合温度は高すぎるであろうことを暗示している。好ましいフリット処理温度は、410℃から430℃未満の範囲にある。フリット結合が380℃以下で行われた場合、フリットは適切に流動せず、ファイバは、0.5ポンド（約225ｇ）未満の非常に低い引張で破損せずに引き抜かれた。これらの結果から、425℃のフリット結合温度が最適条件として選択される。以下の表において、計算したフリット引張強度は、全体から1.75ポンド（約790ｇ）を減算して、エポキシ結合の強度への寄与を除くことにより決定した。
【００４９】
【表２】
0004620255.tif 000003
図４は、耐久性ガラスフリット融着シールと非耐久性ガラスフリット融着シールとの間の差を示している。ＰＺＢ（ホウ酸鉛亜鉛）耐久性ガラスフリットは、より性能が優れており、比較のスズ亜鉛リン（ＳＺＰ）ガラスフリット融着シールよりも耐久性がある。ファイバブラッグ格子をこれらのフリットにより処理されていない不安定なベータ・ユークリプタイト基板に取り付け、波長を湿気熱（85℃／85％相対湿度）への露出中にモニタした；耐久性フリットは、±0.010未満、好ましくは、約±0.006以下の水性耐久性（90℃の脱イオン水／24時間中の重量％変化）を有するという点で耐久性である。比較してみると、ＳＺＰの不安定フリットは、約−0.030の水性耐久性を有する。図４は、耐久性フリットが、波長シフトを最小にするのに役立つことを示している。
【００５０】
図５は、耐久性フリットの利点および加湿器に匹敵する湿気熱に露出した異なる結果を示している。ファイバブラッグ格子は、耐久性ＰＺＢにより処理されていない不安定ベータ・ユークリプタイトに取り付けられた。不安定な基板により、中心波長λが大きく変化することになる。フリットは、中心波長への寄与を最小にし、ファイバ−フリット結合−基板の取付接続の一体性を維持するという点で耐久性である。図４および５は、取付けの耐久性および環境的耐性（水性耐久性）が低λ変動を達成するのにある役割を果たすことを示している。
【００５１】
基板
1300℃−16時間のセラミック化および800℃までの２回の熱サイクルにより製造した2×4×50ｍｍの基板を脱イオン水中で4時間に亘り煮沸し、200℃で16時間に亘り乾燥させ、その後、湿気熱（85℃／85％相対湿度）における１週間の前調整処理を施し、100℃で16時間に亘り乾燥させ、次いで、環境的安定性の耐久性試験に用いた。
【００５２】
ファイバ格子
125℃で24時間に亘りアニールされた、20ｐｓの分散を持つ5ｍｍ長のブラッグ格子を有する、コーティングの剥がされた高デルタファイバを用いた。
【００５３】
デバイス
ファイバ格子22を張力下でＰＺＢ−１フリットシール24により425℃で基板20に取り付けた。格子、基板、およびフリットの取付体を、以下のものを用いてＶＥＣＴＲＡ容器内に包装した：
・  外側レリーフ結合のための、エポキシ固定部材26のＭＣＡ９５紫外線硬化エポキシ（Polyset CompanyブランドのSiloxy PC-1000、Union Carbide Chemical & Plastics CompanyブランドのERL-4221,ERL-4206,Cyracure UVI-6974,およびA-187 Silane、Shell Oil CompanyブランドのEpon Resin 828、Cabot CorporationブランドのCab-O-Sil 610、Geltech Inc.ブランドのSilaned GelTech 1.5 Micro、およびコーニング社ブランドのN118/TCEおよびN118/SIK）
・  ファイバが裸（コーティングが剥がされている）であるという点で部材26から26へのデバイス（ファイバ格子22）の頂部を覆うための、2部の6679 Fluorogel二液型硬化誘電ゲル
・  容器端部の孔を通してファイバをブーツシールファイバに固定し、ブーツを容器端部に固定するための395紫外線硬化エポキシ
・  基板底部と容器底部との間のS-2000 Poron（登録商標）シリコーン（Rogers Corporation）発泡パッド（２1/2インチ×5/32インチ×1/32インチ）
・  固定孔のための3145シリコーン（ＶＥＴＲＡ包装に基板を結合するため）（以前に引用したPCT/US98/20042(Bookbinder 10)(米国仮特許出願第60/061,688号)にしたがって）。
【００５４】
包装された二組の(6)ＶＥＣＴＲＡを、それぞれ、加湿器（25℃／100％相対湿度）および湿気熱（脱イオン水、85℃／85％相対湿度）に露出した。以下の評価を行った：
中心波長の安定性
中心波長の変化（Δλc）を12週間（2000時間）までに亘り時間の関数としてモニタした。
【００５５】
図６は、湿度露出時間の関数としての12のＶＥＣＴＲＡ包装デバイス19の中心波長変化（Δλc）を示す；６つのデバイスを湿気熱（ＤＨ）に露出し、６つのデバイスを加湿器（ＨＵＭ）に露出した。12のデバイスの内の11について、Δλcが12週間後でさえ±0.01ｍｍ以内のままであり、残りの１つは、ＨＵＭにおいて−0.03ｎｍ未満であるのが分かる。
【００５６】
図６から、ＤＨ並びにＨＵＭ中の両方における12週間後でさえ、Δλc安定性により示されるように、ＤＨ中の１週間の追加の前調整処理が、達成するのが困難な加湿器（25℃、100％湿度）おける基板の寸法安定性を達成したのが明らかである。
【００５７】
図６は、λが、湿気熱（85℃／85％相対湿度）および加湿器（25℃／100％相対湿度）の湿潤雰囲気に露出したときに最小量で変動することを示している。本発明により、安定化されたベータ・ユークリプタイトガラスセラミック基板と耐久性ホウ酸鉛亜鉛フリットにより高い安定性が達成される。12の試料デバイスの全てにより、±0.030ｎｍ未満の波長λ変動が得られる。このデバイスにより、約2000時間の期間に亘り、±0.020ｎｍ未満、±0.015ｎｍ未満、さらには±0.010ｎｍ未満の変動が得られる。このことは明らかに、ファイバブラッグ格子の環境的な安定な非気密包装能力を示している。
【００５８】
そのような実験は、本発明が、高湿度を含んでもよい極端な配置環境に露出されたときに、±0.020ｎｍ未満、±0.015ｎｍ未満、および±0.010以下しか波長λが変動しない、有益な環境的に丈夫な波長安定性を与えることを示している。
【００５９】
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行っても差し支えないことが当業者には明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれれば、本発明の改変および変更を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明を具体化する光導波路デバイスの側面図である
【図２】  図２は、本発明を具体化する光導波路デバイスの予想される部分切り取り図である
【図３】  図３は、本発明を具体化する装置および方法の側面図である
【図４】  図４は、フリット露出耐久性を比較する、波長シフト（ｎｍ）（ｙ軸）対経過時間（日数）（ｘ軸）のプロットである
【図５】  図５は、フリット耐久性を比較する、波長シフト（ｎｍ）（ｙ軸）対経過時間（日数）（ｘ軸）のプロットである
【図６】  図６は、本発明によるファイバブラッグ格子デバイスであって、ＶＥＣＴＲＡ包装容器を含み、12週間に亘り加湿器（Ｈｕｍ）または湿気熱（Ｄ．Ｈ．）に露出されたデバイスの波長変化（ｎｍ）（ｙ軸）対日数で表した経過時間（ｘ軸）のプロットである
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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