DE112019002715T5

DE112019002715T5 - Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung, optische Vorrichtung und Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112019002715T5
Application number: DE112019002715.8T
Authority: DE
Inventors: Shigehiro Nagano
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2021-02-18
Also published as: US20210048580A1; GB2599598B; GB2586931B; WO2019230609A1; GB2586931A; JP7322876B2; GB202018506D0; GB2599598A; JPWO2019230609A1

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung wird offenbart. Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung enthält: einen Laserbestrahlungsschritt des Kondensierens von gepulstem ersten Laserlicht und gepulstem zweiten Laserlicht auf der Innenseite eines Glasteils, das Germanium und Titan enthält, um das Auftreten einer photoinduzierten Brechungsindexvariation in dem Glasteil zu bewirken; und einen Kondensationspositionsbewegungsschritt des Bewegens von Kondensationspositionen relativ zu dem Glasteil. Sowohl das erste Laserlicht als auch das zweite Laserlicht hat eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr. Im Laserbestrahlungsschritt wird das erste Laserlicht zu einem punktförmigen Kondensationsbereich und das zweite Laserlicht zu einem ringförmigen Kondensationsbereich, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts umgibt, kondensiert. Eine Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts ist größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm, und eine Zentralwellenlänge des zweiten Laserlichts ist gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm. Durch abwechselndes Wiederholen des Laserbestrahlungsschrittes und des Kondensationspositionsbewegungsschrittes oder durch paralleles Ausführen des Laserbestrahlungsschrittes und des Kondensationspositionsbewegungsschrittes wird ein kontinuierlicher Brechungsindexvariationsbereich gebildet.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung, eine optische Vorrichtung und eine Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-105071 , die am 31. Mai 2018 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
Stand der Technik
In einem technischen Bereich wie der optischen Netzwerkkommunikation nehmen der Umfang eines Rechenzentrums und die Kapazität der Kommunikationsdaten in Übereinstimmung mit der Erweiterung eines Cloud-Dienstes rasch zu. Als Beispiel hierfür wurde die Anwendung eines optischen ICs mit Silizium-Photonik oder für eine optische Mehrkernfaser (im Folgenden als „MCF“, multi-core optical fiber bezeichnet) als hochdichte optische Verbindung untersucht. Der MCF hat als optische Faser der nächsten Generation mit hoher Kapazität Aufmerksamkeit erregt, weil der MCF ein Mittel sein kann, um eine zulässige Grenze aufgrund eines Fasersicherungsphänomens zu vermeiden, das auftritt, wenn Licht hoher Leistung durch Raummultiplexverfahren auf die optische Faser fällt. Für den Einsatz optischer Komponenten wie der MCF ist jedoch eine Technologie zur Verbindung von nebeneinander liegenden MCFs oder eine Technologie zur Verzweigung und Verbindung von jedem einer Vielzahl von Kernen der MCF zu einer Vielzahl von Einzelkernfasern erforderlich. Als eine Komponente, die in der Lage ist, eine Verbindung zwischen optischen Komponenten herzustellen, kann z.B. ein Koppler mit niedrigem Profil, ein Gitterkoppler oder ähnliches verwendet werden. Die Herstellung einer dreidimensionalen optischen Vorrichtung, bei der ein optischer Lichtleiter an der Innenseite von Glas durch Laserziehen geformt wird, hat unter dem Gesichtspunkt der Produktivität und des Grades an Gestaltungsfreiheit Aufmerksamkeit erregt.
Im Hinblick auf die bisher berichtete dreidimensionale optische Lichtleitervorrichtung, die durch Laserzeichnen hergestellt wurde, wurden ein Glasmaterial, ein additives Material, eine Zusatzmenge oder die Bestrahlungsbedingungen eines Femtosekundenlasers (z.B. eine Wellenlänge von 800 nm oder weniger) durch einen Titan-Saphir-Laser untersucht. Nach Nicht-Patent-Literatur 1 wird z.B. Glas auf Phosphatbasis, das TiO2 enthält, mit Laserlicht bestrahlt, wodurch es gelingt, eine Brechungsindexdifferenz (d.h. eine Brechungsindexvariation) Δn bis etwa 0,015 an der Innenseite des Glases zu bilden. Nach der Patentliteratur 1 wird Quarzglas mit einer Zusammensetzung von GeO₂: 5 Gew.-% mit Laserlicht bestrahlt, wodurch es gelingt, den Brechungsindex im Glasinneren um 0,02 zu erhöhen.
Zitierliste
Patent-Literatur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H9-311237 Nicht-Patent-Literatur
Nicht-Patent-Literatur 1: Masakiyo Tonoike „The Result of the finished national project on „High-efficiency Processing Technology for 3-D Optical Devices in Glass"", NEW GLASS Vol. 26, No. 3, 2011, S. 33 bis 44.
Nicht-Patent-Literatur 2: D. L. Williams, et al., „ENHANCED UV PHOTOSENSITIVITY IN BOR CODOPED GERMANOSILICATE FIBERS", ELECTRONICS LETTERS, 7. Januar 1993, Vol. 29, No. 1, S. 45 bis 47.
Nicht-Patent-Literatur 3: B. I. Greene, et al., „Photoselective Reaction of H2 with Germanosilicate Glass", LEOS' 94 (1994), Vol. 2, PD-1.2, S. 125 bis 126.
Nicht-Patent-Literatur 4: Junji Nishii, et al., „Ultraviolet-radiation-induced chemical reactions through one- and two-photon absorption process in GeO2-SiO2 glasses", OPTICS LETTERS, Vol. 20, No. 10, May 15, 1995, S. 1184 bis 1186.

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung zur Verfügung. Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung enthält: einen Laserbestrahlungsschritt des Kondensierens von gepulstem ersten Laserlicht und gepulstem zweiten Laserlicht im Inneren eines Glasteils, das Germanium und Titan enthält, um eine photoinduzierte Brechungsindexvariation in dem Glasteil zu bewirken; und einen Kondensationspositionsbewegungsschritt des Bewegens von Kondensationspositionen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts relativ zu dem Glasteil. Sowohl das erste Laserlicht als auch das zweite Laserlicht haben eine Wiederholungsfrequenz (d.h. die Anzahl der Pulse pro Sekunde) von 10 kHz oder mehr. Der Laserbestrahlungsschritt enthält die Kondensation des ersten Laserlichts zu einem punktförmigen Kondensationsbereich und die Kondensation des zweiten Laserlichts zu einem ringförmigen Kondensationsbereich, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts umgibt. Das erste Laserlicht hat eine Zentralwellenlänge gleich oder größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm, und das zweite Laserlicht hat eine Zentralwellenlänge gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm. Der Laserbestrahlungsschritt und der Kondensationspositionsbewegungsschritt werden abwechselnd wiederholt oder parallel ausgeführt, um einen Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation im Glasteil zu bilden.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine optische Vorrichtung dar. Die optische Vorrichtung enthält ein Glasteil, das Germanium und Titan enthält. Das Glasteil enthält an der Innenseite einen photoinduzierten Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation. Der Bereich der Brechungsindexvariation enthält einen ersten Bereich, der sich in einer linearen Form erstreckt, und einen zweiten Bereich in einer röhrenförmigen Form, der den ersten Bereich umgibt. Der Brechungsindex des ersten Bereichs ist größer als der Brechungsindex eines Bereichs an der Peripherie des Bereichs zur Variation des Brechungsindex. Ein Brechungsindex des zweiten Bereichs ist kleiner als der Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des Bereichs der Brechungsindexvariation.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung zur Verfügung. Die Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung bildet einen Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation im Inneren eines Glasteils. Die Herstellungsvorrichtung enthält eine erste Laserlichtquelle, eine zweite Laserlichtquelle, ein Umwandlungselement, einen Wellenlängenkombinierer und ein optisches kondensierendes System. Die erste Laserlichtquelle emittiert erstes Laserlicht mit einer Zentralwellenlänge von mehr als 400 nm und gleich oder weniger als 700 nm und einer Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr. Die zweite Laserlichtquelle emittiert zweites Laserlicht mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm oder mehr und 1100 nm oder weniger und einer Wiederholfrequenz von 10 kHz oder mehr. Das Umwandlungselement ist in einem optischen Pfad des von der zweiten Laserlichtquelle emittierten zweiten Laserlichts angeordnet und wandelt ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts in eine Ringform um. Der Wellenlängenkombinierer ist auf dem optischen Weg des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts angeordnet und kombiniert das erste Laserlicht und das zweite Laserlicht, dessen Strahlprofil durch das Umwandlungselement umgewandelt wird. Das optische Kondensierungssystem kondensiert das durch den Wellenlängenkombinierer kombinierte Laserlicht zu einer vorbestimmten Bearbeitungsposition des Glasteils.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau für eine optische Vorrichtung 1 veranschaulicht, und zeigt einen Querschnitt entlang einer Ausdehnungsrichtung eines in der optischen Vorrichtung 1 vorgesehenen optischen Lichtleiters 2.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur der optischen Vorrichtung 1 veranschaulicht und einen Querschnitt orthogonal zur Ausdehnungsrichtung des optischen Lichtleiters 2 (d.h. einen Querschnitt II-II in 1) in vergrößerter Form veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das eine Brechungsindexverteilung in einer Durchmesserrichtung des optischen Lichtleiters 2 zeigt.
4 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung zur Herstellung der optischen Vorrichtung 1 zeigt.
5A ist eine Ansicht, die eine Querschnittsform des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das in ein Laser-Formumwandlungselement 14 eingegeben wird.
5B ist eine Ansicht, die eine Querschnittsform des zweiten Laserlichts P2 veranschaulicht, das von dem Laserformumwandlungselement 14 ausgegeben wird.
6A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das in das Laserformumwandlungselement 14 eingegeben wird.
6B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das vom Laserformumwandlungselement 14 ausgegeben wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung 1 veranschaulicht.
8 ist eine Ansicht, die einen kondensierenden Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 und einen kondensierenden Bereich C2 des zweiten Laserlichts P2 in einem Querschnitt eines Glasteils 3 zeigt, der orthogonal zu für eine optische Achse eines kondensierenden optischen Systems 16 ist.
9 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse einer Transmissionsmessung für eine Wellenlänge des einfallenden Lichts in Bezug auf jedes Material (z.B. SiO₂, GeO₂ oder B₂O₃), aus dem das Glasteil besteht, zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Problem wird durch vorliegende Offenbarung gelöst]
Die gegenwärtigen Erfinder haben eine Untersuchung über ein Herstellungsverfahren für eine optische Lichtleitervorrichtung der betreffenden Art durchgeführt und dabei folgende Probleme festgestellt. Das ist, nach den Herstellungsverfahren, die in Patentliteratur 1 oder Nichtpatentliteratur 1 offenbart wurden, beträgt die maximale Brechungsindexvariation, d.h. |Δn| ungefähr 0,020, und der optische Einschluss ist schwach. Da ein Krümmungsradius des in Glas geformten optischen Lichtleiters zunimmt, ist es notwendig, eine optische Vorrichtung, wie z.B. eine dreidimensionale optischen Lichtleitervorrichtung, zu vergrößern, d.h. es ist eine Vergrößerung der optischen Vorrichtung erforderlich.
[Auswirkungen der vorliegenden Offenbarung]
Nach der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen optischen Lichtleiter an der Innenseite von Glas zu bilden, und es ist möglich, die Größe für eine optische Vorrichtung, wie z.B. einer dreidimensionalen optischen Lichtleitervorrichtung, durch Vergrößerung einer Brechungsindexvariation zu reduzieren.
[Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Zunächst wird der Inhalt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgelistet und beschrieben. Ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform enthält: einen Laserbestrahlungsschritt des Kondensierens von gepulstem ersten Laserlicht und gepulstem zweiten Laserlicht auf der Innenseite eines Glasteils, das Germanium (Ge) und Titan (Ti) enthält, um zu bewirken, dass eine photoinduzierte Brechungsindexvariation in dem Glasteil auftritt; und einen Kondensationspositionsbewegungsschritt des Bewegens von Kondensationspositionen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts relativ zu dem Glasteil. Sowohl das erste Laserlicht als auch das zweite Laserlicht haben eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr. Im Laserbestrahlungsschritt wird das erste Laserlicht zu einem punktförmigen Kondensationsbereich und das zweite Laserlicht zu einem ringförmigen Kondensationsbereich kondensiert, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts umgibt. Eine Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts ist größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm, und eine Zentralwellenlänge des zweiten Laserlichts ist gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm. Ein Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation wird an der Innenseite des Glasteils durch abwechselndes Wiederholen des Laserbestrahlungsschritts und des Kondensationspositionsbewegungsschritts oder durch paralleles Ausführen des Laserbestrahlungsschritts und des Kondensationspositionsbewegungsschritts gebildet.
Im Laserbestrahlungsschritt des Herstellungsverfahrens werden das gepulste erste Laserlicht und das gepulste zweite Laserlicht auf der Innenseite des Glasteils kondensiert, um eine photoinduzierte Brechungsindexvariation im Glasteil zu bewirken. Die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts ist größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm, das erste Laserlicht hat eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder größer, und das Glasteil enthält Ge, dessen Absorptionskantenwellenlänge etwa 400 nm beträgt. In diesem Fall tritt die Mehr-Photonen-Absorption (hauptsächlich Zwei-Photonen-Absorption) des ersten Laserlichts in dem kondensierenden Bereich innerhalb des Glaskörpers auf, in dem die Lichtintensität hoch wird. Dementsprechend wird die Energie des ersten Laserlichts im kondensierenden Bereich gleich oder größer als die Energie eines Photons mit einer Wellenlänge von 400 nm, und eine Ge-Bindung wird durchtrennt. Das heißt, es entsteht ein Bindungsdefekt des additiven Materials. Infolgedessen wird aufgrund einer Zusammensetzungsvariation Verdichtungsglas induziert, und nur ein Brechungsindex des kondensierenden Bereichs wird höher als der eines umgebenden Bereichs (im Folgenden als strukturinduzierte Brechungsindexvariation bezeichnet). Andererseits beträgt die Zentralwellenlänge des zweiten Laserlichts 800 nm oder mehr, das zweite Laserlicht hat eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr, und das Glasteil enthält Ti. In diesem Fall wird im kondensierenden Bereich innerhalb des Glaskörpers, in dem die Lichtintensität hoch wird, ein Hochdruckplasma erzeugt. Es werden Druckwellen erzeugt, die sich vom kondensierenden Bereich durch dynamische Kompression aufgrund des Aufpralls des Hochdruckplasmas zu einer Außenseite ausbreiten, und es entsteht eine Druckspannung in Richtung eines zentralen Teils des kondensierenden Bereichs aufgrund elastischer Zwänge. Dementsprechend tritt im kondensierenden Bereich eine Verdichtung des Glases auf. Der Brechungsindex von Glas variiert aufgrund der Verdichtung von Glas (im Folgenden als druckinduzierte Brechungsindexvariation bezeichnet). Nach den Erkenntnissen der gegenwärtigen Erfinder verringert die druckinduzierte Brechungsindexvariation den Brechungsindex von Glas in einem Fall, in dem der Glaskörper Ti enthält.
Zusätzlich wird beim Herstellungsverfahren das erste Laserlicht auf den punktförmigen Kondensationsbereich und das zweite Laserlicht auf den ringförmigen Kondensationsbereich, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts umgibt, kondensiert. In dem Bereich, auf den das erste Laserlicht kondensiert wird, erhöht sich der Brechungsindex aufgrund der strukturinduzierten Brechungsindexvariation wie oben beschrieben. Im kondensierenden Bereich des zweiten Laserlichts, der den kondensierenden Bereich des ersten Laserlichts umgibt, sinkt der Brechungsindex dagegen aufgrund der druckinduzierten Brechungsindexvariation wie oben beschrieben. Dementsprechend kann ein optischer Lichtleiter, der einen Bereich mit hohem Brechungsindex (d.h. einen Kern) und einen Bereich mit niedrigem Brechungsindex (d.h. einen Mantel) enthält, der den Bereich mit hohem Brechungsindex umgibt, im Inneren des Glases gebildet werden, und ein optischer Einschlusseffekt kann durch Vergrößerung einer Brechungsindexdifferenz zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex verstärkt werden. Dementsprechend kann in für eine optische Vorrichtung, wie z.B. einer dreidimensionalen optischen Lichtleitervorrichtung, ein Krümmungsradius eines in Glas geformten optischen Lichtleiters klein gemacht werden, und somit ist eine Verkleinerung der Größe möglich.
Die druckinduzierte Brechungsindexvariation tritt auch im kondensierenden Bereich des ersten Laserlichts auf, und es besteht daher die Sorge, dass die Brechungsindexvariation den Brechungsindex des kondensierenden Bereichs des ersten Laserlichts verringert. Der kondensierende Bereich des ersten Laserlichts ist jedoch vom ringförmigen kondensierenden Bereich des zweiten Laserlichts umgeben, und wenn das erste Laserlicht und das zweite Laserlicht synchron zueinander emittiert werden, werden die Druckwellen des ersten Laserlichts und die Druckwellen des zweiten Laserlichts ausgelöscht. Dementsprechend wird die druckinduzierte Brechungsindexvariation des kondensierenden Bereichs des ersten Laserlichts unterdrückt, und die strukturinduzierte Brechungsindexvariation aufgrund der Mehr-Photonen-Absorption wird dominant.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann das Glasteil zusätzlich Bor (B) enthalten, und die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts kann 530 nm oder weniger betragen. Die Absorption von Bor beginnt in der Nähe von 265 nm, und wenn die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts 530 nm oder weniger beträgt, wird die Energie im kondensierenden Bereich des ersten Laserlichts aufgrund der Mehr-Photonen-Absorption (hauptsächlich Zwei-Photonen-Absorption) gleich oder größer als die Energie der Photonen bei einer Wellenlänge von 265 nm, und eine Bindung von Bor kann durchtrennt werden. Das heißt, es entsteht ein Bindungsdefekt eines additiven Materials. Infolgedessen wird die Verdichtung des Glases aufgrund einer Variation der Zusammensetzung weiter wirksam induziert, und die strukturinduzierte Brechungsindexvariation kann weiter erhöht werden. Entsprechend kann eine Brechungsindexdifferenz zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex weiter erhöht werden.
Das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt enthalten, bei dem vor dem Laserbestrahlungsschritt Wasserstoff in das Glasteil geladen wird. Demnach wird die Bindung, die durch die strukturinduzierte Brechungsindexvariation geschnitten wird, an ein Wasserstoffatom gebunden, und so kann das aufgrund der Zusammensetzungsvariation verdichtete Glas stabilisiert werden. In diesem Fall kann das Glas in dem Schritt des Wasserstoffladens eine Wasserstoffatmosphäre von 10 atm oder mehr gebracht werden. Demnach kann Wasserstoff leicht in das Glasteil geladen werden. Das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt des Lagerns enthalten, bei dem das mit Wasserstoff geladene Glasteil nach dem Schritt des Wasserstoffladens und vor dem Laserbestrahlungsschritt bei einer niedrigen Temperatur von -10°C oder niedriger beladen wird.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann das Glasteil aus Glas auf Phosphat- oder Silikatbasis bestehen. In diesem Fall kann ein Brechungsindex in der druckinduzierten Brechungsindexvariation wirksamer verringert werden. Entsprechend kann die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex weiter erhöht werden.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann eine Pulsbreite des ersten Laserlichts länger sein als eine Pulsbreite des zweiten Laserlichts. Dementsprechend kann der Brechungsindex des Bereichs mit hohem Brechungsindex weiter erhöht werden, indem die druckinduzierte Brechungsindexvariation im kondensierenden Bereich (d.h. dem Bereich mit hohem Brechungsindex) des ersten Laserlichts reduziert wird. In diesem Fall kann die Pulsbreite des ersten Laserlichts länger als 500 Femtosekunden und gleich oder kürzer als 50 Pikosekunden sein, und die Pulsbreite des zweiten Laserlichts kann gleich oder kürzer als 500 Femtosekunden sein.
Beim Kondensationspositionsbewegungsschritt im Herstellungsverfahren können die Kondensationspositionen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts relativ zum Glasteil in einer Richtung bewegt werden, die eine Ebene schneidet, die einen Kondensationsring des zweiten Laserlichts enthält. In diesem Fall kann die Bestrahlung mit dem zweiten Laserlicht in einer Art Überlagerung auf den bereits gebildeten Bereich mit hohem Brechungsindex (oder die Bestrahlung mit dem ersten Laserlicht in einer Art Überlagerung auf den bereits gebildeten Bereich mit niedrigem Brechungsindex) unterdrückt werden, und somit kann die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex, die bereits gebildet wurden, beibehalten werden.
Das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung für eine Alterungsbehandlung und die Entfernung von Restwasserstoff in Bezug auf das Glasteil enthalten, nachdem der Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation an der Innenseite des Glasteils gebildet wurde.
Eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform enthält ein Glasteil, das Germanium und Titan enthält. Das Glasteil enthält einen photoinduzierten Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation an der Innenseite. Der Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation enthält einen ersten Bereich, der sich in einer linearen Form erstreckt, und einen zweiten Bereich in einer röhrenförmigen Form, der den ersten Bereich umgibt. Der Brechungsindex des ersten Bereichs ist größer als der Brechungsindex eines Bereichs an der Peripherie des Bereichs zur Variation des Brechungsindex. Ein Brechungsindex des zweiten Bereichs ist kleiner als der Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des Bereichs der Brechungsindexvariation. Entsprechend der optischen Vorrichtung kann ein optischer Lichtleiter an der Innenseite des Glasteils durch den ersten Bereich (d.h. den Bereich mit hohem Brechungsindex) und den zweiten Bereich (d.h. den Bereich mit niedrigem Brechungsindex), der den ersten Bereich umgibt, gebildet werden. Nach dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann die optische Vorrichtung, in der der optische Lichtleiter an der Innenseite des Glases gebildet wird, hergestellt werden. Darüber hinaus kann nach der optischen Vorrichtung eine Verkleinerung durch Erhöhung der Brechungsindexvariation realisiert werden.
In der optischen Vorrichtung kann eine Form des ersten Bereichs eine Kreisform in einem Querschnitt orthogonal zu einer Ausdehnungsrichtung des Bereichs der Brechungsindexvariation sein, und eine Form des zweiten Bereichs kann eine Ringform im Querschnitt sein. Ein Mittelpunkt des zweiten Bereichs kann mit einem Mittelpunkt des ersten Bereichs im Querschnitt übereinstimmen. Eine Innenkante des zweiten Bereichs im Querschnitt kann mit einer Außenkante des ersten Bereichs im Querschnitt übereinstimmen.
Eine Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform ist eine Herstellungsvorrichtung zur Bildung eines Bereichs mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation an der Innenseite eines Glasteils. Die Herstellungsvorrichtung enthält eine erste Laserlichtquelle, eine zweite Laserlichtquelle, ein Umwandlungselement, einen Wellenlängenkombinierer und ein optisches kondensierendes System. Die erste Laserlichtquelle ist konfiguriert, erstes Laserlicht zu emittieren, bei dem die Zentralwellenlänge größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm ist und das eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr hat. Die zweite Laserlichtquelle ist konfiguriert, zweites Laserlicht zu emittieren, dessen Zentralwellenlänge gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm ist und das eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr hat. Das Umwandlungselement ist in einem optischen Pfad des zweiten Laserlichts angeordnet, das von der zweiten Laserlichtquelle emittiert wird, und ist konfiguriert, um ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts in eine Ringform umzuwandeln. Der Wellenlängenkombinierer ist auf dem optischen Weg des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts angeordnet und konfiguriert, das erste Laserlicht mit dem zweiten Laserlicht zu kombinieren, dessen Strahlprofil durch das Umwandlungselement umgewandelt wird. Das optische Kondensierungssystem ist konfiguriert, das durch den Wellenlängenkombinierer kombinierte Laserlicht auf eine vorbestimmte Bearbeitungsposition des Glasteils zu kondensieren.
[Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Spezifische Beispiele für das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung, die optische Vorrichtung und die Herstellungsvorrichtung für die optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt und wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, und die Erfindung soll Bedeutungen enthalten, die den beigefügten Ansprüchen und allen Variationen im Umfang der Ansprüche entsprechen. In der folgenden Beschreibung wird dieselbe Referenznummer für dasselbe Element angegeben, und eine redundante Beschreibung desselben wird weggelassen.
1 und 2 sind Querschnittsansichten, die eine Struktur für eine optische Vorrichtung 1 veranschaulichen, die durch das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wird. 1 zeigt einen Querschnitt entlang einer Ausdehnungsrichtung eines in der optischen Vorrichtung 1 vorgesehenen optischen Lichtleiters 2, und 2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des optischen Lichtleiters 2 (d.h. einen Querschnitt II-II in 1) in vergrößerter Darstellung. Wie in 1 und 2 dargestellt, enthält die optische Vorrichtung ein Glasteil 3. Zum Beispiel ist eine äußere Form des Glasteils 3 ein rechteckiger Parallelepiped. Das Glasteil 3 besteht hauptsächlich aus Glas auf Phosphat- oder Silikatbasis und ist aus Glas auf Phosphat- oder Silikatbasis geformt, das in einem Beispiel ein additives Material enthält. Das Glasteil 3 enthält Germanium (Ge) und Titan (Ti) als additives Material. Insbesondere existiert Ge als GeO₂ an der Innenseite des Glasteils 3, und Ti existiert als TiO2 an der Innenseite des Glasteils 3. Das Glasteil 3 kann Bor (B) als additiver Werkstoff enthalten. Im Einzelnen liegt Bor als B₂O₃ an der Innenseite des Glaskörpers 3 vor. Die additives Materialien sind gleichmäßig über die Gesamtheit des Glaskörpers 3 verteilt.
Der optische Lichtleiter 2 ist an der Innenseite des Glaskörpers 3 ausgebildet. Der optische Lichtleiter 2 ist ein photoinduzierter Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation. Wie später beschrieben wird, ist der optische Lichtleiter 2 ein Bereich, der durch Kondensation von gepulstem Laserlicht an der Innenseite des Glasteils 3 und durch kontinuierliche Bewegung einer Kondensationsposition gebildet wird. Der optische Lichtleiter 2 erstreckt sich in einer beliebigen Richtung an der Innenseite des Glasteils 3 und hat eine dreidimensionale Struktur. Der optische Lichtleiter 2 enthält einen Bereich mit hohem Brechungsindex 2a, der sich linear erstreckt, und einen röhrenförmigen Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b, der den Bereich mit hohem Brechungsindex 2a umgibt. Wie in 2 dargestellt, ist eine Form des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a in einem Querschnitt orthogonal zu einer Ausdehnungsrichtung (d.h. einer Richtung der optischen Achse des optischen Lichtleiters 2) z.B. kreisförmig, und eine Form des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b im gleichen Querschnitt ist z.B. ringförmig. Das Zentrum des kreisförmigen Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a kann mit dem Zentrum des ringförmigen Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b übereinstimmen. Zum Beispiel liegt ein Durchmesser L1 des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a in einem Bereich von 0,5 µm bis 15,0 µm und beträgt in einem Beispiel 3 m. Ein Durchmesser L2 des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b liegt beispielsweise in einem Bereich von 10,0 µm bis 20,0 µm und beträgt in einem Beispiel 15,0 m. Der Durchmesser L2 des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b liegt beispielsweise in einem Bereich von 10,0 µm bis 20,0 µm und beträgt in einem Beispiel 15,0 µm. Eine Außenkante des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a kann mit einer Innenkante des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b übereinstimmen oder von der Innenkante getrennt sein. Alternativ kann ein Randteil des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a einen inneren Randteil des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b leicht überlappen.
3 ist ein Diagramm, das eine Brechungsindexverteilung in Richtung des Durchmessers des optischen Lichtleiters 2 zeigt. In 3 entspricht ein Bereich A1 dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und ein Bereich A2 dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b. Wie in 3 gezeigt, ist im Bereich mit hohem Brechungsindex 2a ein Brechungsindex an einem äußeren Rand gleich dem Brechungsindex eines Bereichs am Rand des optischen Lichtleiters 2 (d.h. ein Brechungsindex des Glasteils 3), und der Brechungsindex nimmt zum Zentrum hin allmählich zu, und der Brechungsindex wird im Zentrum zum Spitzenwert. Zum Beispiel ist eine Form, die eine Brechungsindexvariation in Richtung des Durchmessers des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a anzeigt, eine Gaußsche Verteilungsform oder eine Stufenform. Andererseits ist im Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b ein Brechungsindex an einer Innenkante und einer Außenkante gleich dem Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des optischen Lichtleiters 2 (d.h. dem Brechungsindex des Glasteils 3), und der Brechungsindex nimmt in Richtung einer Zwischenlinie zwischen der Innenkante und der Außenkante allmählich ab und wird an der Zwischenlinie zwischen der Innenkante und der Außenkante minimal. Zum Beispiel ist eine Form, die eine Brechungsindexvariation zwischen dem inneren Rand und dem äußeren Rand in Richtung des Durchmessers des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b anzeigt, eine Form, die gegenüber der Gaußschen Verteilung umgekehrt ist, oder eine Form, die gegenüber einer Stufenindexform umgekehrt ist.
Eine Brechungsindexdifferenz n1 zwischen dem maximalen Brechungsindex im Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des optischen Lichtleiters 2 (d.h. dem Brechungsindex des Glasteils 3) liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,001 bis 0,040. Andererseits liegt eine Brechungsindexdifferenz n2 zwischen dem minimalen Brechungsindex im Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b und dem Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des optischen Lichtleiters 2 z.B. in einem Bereich von 0,001 bis 0,040. Dementsprechend liegt eine Brechungsindexdifferenz Δn (= Δn1 + Δn2) zwischen dem maximalen Brechungsindex im Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem minimalen Brechungsindex im Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b beispielsweise in einem Bereich von 0,002 bis 0,080.
4 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung 10 zur Herstellung der optischen Vorrichtung 1 darstellt. Wie in 4 dargestellt, enthält die Herstellungsvorrichtung 10 eine erste Laserlichtquelle 11, eine zweite Laserlichtquelle 12, eine Laserantriebseinheit 13, die konfiguriert ist, die Laserlichtquellen 11 und 12 anzutreiben, ein Laserformumwandlungselement 14, einen Wellenlängenkombinierer 15, ein optisches kondensierendes System (z.B. eine Kondensorlinse) 16, einen XYZ-Tisch 17, eine Tischantriebseinheit 18, die konfiguriert ist, den XYZ-Tisch 17 anzutreiben, und eine Steuereinheit 19, die konfiguriert ist, den Betrieb der Laserantriebseinheit 13 und der Tischantriebseinheit 18 zu steuern.
Die Laserlichtquelle 11 gibt gepulstes erstes Laserlicht P1 zur Bildung des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a aus. Der Leistungsspitzenwert (d.h. die Spitzenleistung) des ersten Laserlichts P1 hat die Energiemenge, die eine photoinduzierte Brechungsindexvariation im Glasteil 3 verursacht, und weist eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr auf. Hier stellt die photoinduzierte Brechungsindexvariation eine Brechungsindexvariation dar, die an der Innenseite des Glaskörpers 3 aufgrund von Lichtbestrahlung mit Laserlicht oder ähnlichem induziert wird. Die Brechungsindexvariation ist definiert durch eine maximale Brechungsindexdifferenz in einem Lichtbestrahlungsbereich, in dem eine Brechungsindexvariation auftritt, mit einem Brechungsindex eines anderen Bereichs als dem als Referenz gesetzten Lichtbestrahlungsbereich. Die Energiemenge, die die photoinduzierte Brechungsindexvariation im Glaskörper 3 verursacht, stellt im Falle dieser Ausführungsform beispielsweise eine Spitzenleistung von 105 W oder eine Reibe dar. Da die Wiederholungsfrequenz 10 kHz oder mehr beträgt, können der Brechungsindex und eine Struktur des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a, der an der Innenseite eines Glasmaterials gebildet wird, glatt gemacht werden. Zum Beispiel ist eine Pulsbreite des ersten Laserlichts P1 länger als 500 Femtosekunden und gleich oder kürzer als 50 Pikosekunden. In dieser Ausführungsform ist die Pulsbreite definiert als ein Zeitintervall an einem Punkt, an dem die Amplitude 50% der maximalen Amplitude erreicht. Eine Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 ist größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm. In einem Fall, in dem das Glasteil 3 Bor enthält, kann die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 530 nm oder weniger betragen. Ein Strahlprofil des ersten Laserlichts PI, das von der Laserlichtquelle 11 ausgegeben wird, ist z.B. eine einzelne Spitzenform, wie z.B. eine Gaußsche Verteilungsform. Die Laserlichtquelle 11 kann z.B. mit einer Vorrichtung eines Typs wie einem Laser der zweiten harmonischen Generation (SHG) realisiert werden, wie z.B. einem Titan-Saphir-Laser und einem Yb-dotierten Faserlaser.
Die Laserlichtquelle 12 gibt gepulstes zweites Laserlicht P2 zur Bildung des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b aus. Wie beim ersten Laserlicht P1 hat die Spitzenleistung des zweiten Laserlichts P2 die Energiemenge, die eine photoinduzierte Brechungsindexvariation im Glasteil 3 verursacht, und hat eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr. Selbst im zweiten Laserlicht P2 stellt die Energiemenge, die eine photoinduzierte Brechungsindexvariation im Glasteil 3 verursacht, beispielsweise eine Spitzenleistung von 105 W oder mehr dar. Da die Wiederholungsfrequenz 10 kHz oder mehr beträgt, können der Brechungsindex und eine Struktur des Bereichs mit niedrigem Brechungsindex 2b, der sich an der Innenseite des Glasmaterials bildet, glatt gemacht werden. Die Pulsbreite des zweiten Laserlichts P2 ist kürzer als die Pulsbreite des ersten Laserlichts P1 und beträgt z.B. 500 Femtosekunden oder kürzer. Eine Zentralwellenlänge des zweiten Laserlichts P2 ist gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm und beträgt in dieser Ausführungsform 800 nm oder 1063 nm. Ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2, das von der Laserlichtquelle 12 ausgegeben wird, ist z.B. eine einzelne Spitzenform wie eine Gaußsche Verteilungsform. Die Laserlichtquelle 12 kann z.B. durch eine Vorrichtung eines Typs wie ein Titan-Saphir-Laser realisiert werden.
Die Laserantriebseinheit 13 ist elektrisch mit der Steuereinheit 19, der Laserlichtquelle 11 und der Laserlichtquelle 12 verbunden. Die Lasersteuereinheit 13 steuert die Leistung, die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz des ersten Laserlichts P1, das von der Laserlichtquelle 11 ausgegeben wird, und die Leistung, die Impulsbreite und die Wiederholfrequenz des zweiten Laserlichts P2, das von der Laserlichtquelle 12 ausgegeben wird, in Übereinstimmung mit einer Anweisung der Steuereinheit 19. Beispielsweise kann die Laserantriebseinheit 13 aus einer elektronischen Schaltung bestehen, die eine großflächige integrierte Schaltung enthält. Die Steuereinheit 19 kann z.B. aus einem Computer bestehen, der eine CPU und einen Speicher enthält.
Das Laserformumwandlungselement 14 ist optisch mit der Laserlichtquelle 12 gekoppelt und in einem optischen Pfad des zweiten Laserlichts P2 angeordnet, das von der Laserlichtquelle 12 ausgegeben wird. Das Laserformumwandlungselement 14 ändert eine Lichtintensitätsverteilung (d.h. ein Strahlprofil) des zweiten Laserlichts P2, das von der Laserlichtquelle 12 ausgegeben wird. Konkret wird das Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 von der Einzelspitzenform in eine Ringform umgewandelt. 5A ist eine Ansicht, die eine Querschnittsform des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das in das Laserformumwandlungselement 14 eingegeben wird. 5B ist eine Ansicht, die eine Querschnittsform des zweiten Laserlichts P2 veranschaulicht, das vom Laserformumwandlungselement 14 ausgegeben wird. 6A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das in das Laserformumwandlungselement 14 eingegeben wird. 6B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 zeigt, das vom Laserformumwandlungselement 14 ausgegeben wird. Als Laserformumwandlungselement 14 wird z.B. ein Vortex-Element (d.h. ein spiralförmiges Strahlformungselement), ein M-förmiges Strahlformungselement oder ähnliches verwendet. Eine Axikonlinse ist als Laserformumwandlungselement 14 nicht geeignet, da ein kondensierender Bereich des Ausgangslichts in der Axikonlinse keine Ringform hat.
Der Wellenlängenkombinierer 15 ist optisch mit den Laserlichtquellen 11 und 12 gekoppelt und befindet sich an einer Stelle, an der sich ein Strahlengang des ersten von der Laserlichtquelle 11 ausgegebenen Laserlichts P1 und ein Strahlengang des zweiten von der Laserlichtquelle 12 ausgegebenen Laserlichts P2 schneiden. Der Wellenlängenkombinierer 15 ermöglicht die Übertragung von Licht in einem bestimmten Wellenlängenband und reflektiert Licht in einem anderen Wellenlängenband. In einem in 4 dargestellten Beispiel ermöglicht der Wellenlängenkombinierer 15 die Übertragung von Licht in einem Band, das eine Wellenlänge des ersten Laserlichts P1 enthält, und reflektiert Licht in einem Band, das eine Wellenlänge des zweiten Laserlichts P2 enthält. Der Wellenlängenkombinierer 15 kann Licht in einem Band reflektieren, das die Wellenlänge des ersten Laserlichts P1 enthält, und Licht in einem Band, das die Wellenlänge des zweiten Laserlichts P2 enthält, durchlassen. Der Wellenlängenkombinierer 15 bildet eine zentrale axiale Linie des ersten Laserlichts P1, das durchgelassen oder reflektiert wird, und eine zentrale axiale Linie des zweiten Laserlichts P2, das reflektiert oder durchgelassen wird.
Das kondensierendes optisches System 16 ist optisch mit dem Wellenlängenkombinierer 15 gekoppelt und im Strahlengang des Laserlichts P1 und des vom Wellenlängenkombinierer 15 ausgegebenen Laserlichts P2 angeordnet. Das kondensierende optische System 16 kondensiert das erste Laserlicht P1 zu einem punktförmigen Kondensorbereich C1 im Inneren des Glasteils 3 und kondensiert das zweite Laserlicht P2 zu einem ringförmigen Kondensorbereich C2, der den Kondensorbereich C1 im Inneren des Glasteils 3 umgibt. In 4 sind das Glasteil 3 und ein Teil des optischen Lichtleiters 2, der im Inneren des Glasteils 3 ausgebildet ist, als ein Querschnitt dargestellt, der dem Querschnitt in 1 entspricht. In jedem der kondensierenden Bereiche C1 und C2 tritt die photoinduzierte Brechungsindexvariation auf. Infolgedessen wird der Bereich mit hohem Brechungsindex 2a des optischen Lichtleiters 2 in Übereinstimmung mit dem kondensierenden Bereich C1 gebildet, und der Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b des optischen Lichtleiters 2 wird in Übereinstimmung mit dem kondensierenden Bereich C2 gebildet. Als kondensierendes optisches System 16 wird beispielsweise eine achromatische Linse verwendet, die in der Lage ist, die chromatische Aberration des Laserlichts P1 und des Laserlichts P2, deren Wellenlängen sich voneinander unterscheiden, zu unterdrücken. Die Brennweite des kondensierenden optischen Systems 16 kann 100 mm oder weniger betragen, um die Photonendichte in den kondensierenden Bereichen C1 und C2 im Inneren des Glaskörpers 3 zu erhöhen.
In dem XYZ-Tisch 17 wird das Glasteil 3 auf einer Montagefläche der Vorrichtung montiert. Die Vorrichtungsmontagefläche ist konfiguriert, in einer X-Richtung und einer Y-Richtung beweglich zu sein, die eine optische Achse des kondensierenden optischen Systems 16 schneiden (z.B. orthogonal zueinander sind) und sich gegenseitig schneiden (z.B. orthogonal zueinander sind), sowie in einer Z-Richtung entlang der optischen Achse des kondensierenden optischen Systems 16. Die Befestigungsfläche der Vorrichtung kann das Glasteil 3 relativ zum kondensierenden optischen System 16 bewegen. Das kondensierende optische System 16 kann in einem Zustand beweglich sein, in dem eine Position des Glasteils 3 fixiert ist, oder sowohl das Glasteil 3 als auch das kondensierende optische System 16 können beweglich sein. Die Tischantriebseinheit 18 ist elektrisch mit der Steuereinheit 19 und dem XYZ-Tisch 17 verbunden. Die Tischantriebseinheit 18 steuert eine Position des XYZ-Tisches 17 in Übereinstimmung mit einer Anweisung der Steuereinheit 19.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung 1 dieser Ausführungsform beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das das Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 7 dargestellt, enthält das Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform einen Vorbereitungsschritt und einen Schritt zur Herstellung des optischen Lichtleiters. Zunächst wird im Vorbereitungsschritt das Glasteil 3 in einer Kammer angeordnet. Das Glasteil 3 enthält hauptsächlich Glas auf Phosphat- und Silikatbasis und enthält Ge und Ti als additives Material. Das Glasteil 3 kann ferner Bor als additives Material enthalten. In einem Zustand, in dem das Glasteil 3 untergebracht ist, wird ein 100%iges Wasserstoffgas in die Kammer eingebracht, und der atmosphärische Druck in der Kammer wird auf 10 atm oder höher gehalten. Zum Beispiel beträgt eine Wasserstoffbeladung einen Tag bis 12 Wochen. Dementsprechend wird Wasserstoff in das Glasteil 3 geladen (Schritt S11, ein Wasserstoffbeladungsschritt). In einem Fall, in dem der optische Lichtleiterbildungsschritt nicht unmittelbar nach dem Wasserstoffbeladungsschritt in Schritt S11 durchgeführt wird, wird das mit Wasserstoff beladene Glasteil 3 bei einer niedrigen Temperatur von -10°C oder niedriger gelagert, um die Menge an Wasserstoff zu unterdrücken, die aus dem Glasteil 3 austritt (Schritt S 12).
In dem Schritt der Bildung des optischen Lichtleiters wird der optische Lichtleiter 2 mit einem willkürlichen Muster innerhalb des mit Wasserstoff beladenen Glasteils 3 gebildet. Insbesondere wird das mit Wasserstoff beladene Glasteil 3 auf der Vorrichtungsbefestigungsfläche des XYZ-Tischs 17 nach Abschluss von Schritt S11 bereitgestellt und mit dem gepulsten Laserlicht P1 und dem gepulsten Laserlicht P2 bestrahlt (Schritt S21, ein Laserbestrahlungsschritt). Die Steuereinheit 19 steuert die Laserantriebseinheit 13 so, dass das Laserlicht P1 und das Laserlicht P2, die über die Energiemenge verfügen, die die photoinduzierte Brechungsindexvariation an der Innenseite des Glasteils 3 verursacht, und die eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr haben, von den Laserlichtquellen 11 bzw. 12 ausgegeben werden. Das zweite Laserlicht P2, das von der Laserlichtquelle 12 ausgegeben wird, wird mit dem ersten Laserlicht P1, das von der Laserlichtquelle 11 ausgegeben wird, im Wellenlängenkombinierer 15 kombiniert, nachdem das Strahlprofil durch das Laserformumwandlungselement 14 umgewandelt wurde. Zusätzlich werden das Laserlicht P1 und das Laserlicht P2, die kombiniert werden, durch das kondensierende optische System 16 gleichzeitig auf der Innenseite des Glasteils 3 kondensiert.
8 ist eine Ansicht, die den kondensierenden Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 und den kondensierenden Bereich C2 des zweiten Laserlichts P2 in einem Querschnitt des Glaskörpers 3 zeigt, der senkrecht zur optischen Achse des kondensierende optische System 16 steht. In 8 sind ein Strahlprofil des Laserlichts P1 und ein Strahlprofil des Laserlichts P2 im Querschnitt in Kombination dargestellt. B1 in 8 stellt das Strahlprofil des ersten Laserlichts P1 dar, und B2 in 8 stellt das Strahlprofil des zweiten Laserlichts P2 dar. Wie in 8 dargestellt, wird im Schritt S21 das erste Laserlicht P1 zu einem punktförmigen Kondensationsbereich und das zweite Laserlicht P2 zu einem ringförmigen Kondensationsbereich kondensiert, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts P1 umgibt. Dementsprechend tritt die photoinduzierte Brechungsindexvariation in jedem der kondensierenden Bereiche C1 und C2 auf, und es bilden sich der Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und der Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b, die in 2 und 4 dargestellt sind. Die Tiefen der kondensierenden Bereiche C1 und C2 von einer Lichteinfallsfläche des Glaskörpers 3 sind einander gleich.
Wenn die Laserbestrahlung eines vorbestimmten Abschnitts im Glasteil 3 abgeschlossen ist, steuert die Steuereinheit 19 die Tischantriebseinheit 18 und bewegt die Position des Glasteils 3, das auf der Vorrichtungsbefestigungsfläche des XYZ-Tisches 17 vorgesehen ist (Schritt S22, ein Kondensationspositionsbewegungsschritt). Zu diesem Zeitpunkt werden die Verdichtungspositionen des Laserlichts P1 und des Laserlichts P2 relativ zum Glasteil 3 in einer Richtung bewegt, die eine XY-Ebene (d.h. den in 8 dargestellten Querschnitt) schneidet, die den Verdichtungsbereich C2 des zweiten Laserlichts P2 enthält. Die Bewegung ist nicht auf eine Bewegung in einer Richtung orthogonal zu einer Ebene, die den Kondensorbereich C2 enthält (d.h. eine Richtung der optischen Achse des kondensierenden optischen Systems 16), beschränkt und kann eine Bewegung in einer Richtung enthalten, die in Bezug auf eine Ebene, die den Kondensorbereich C2 enthält, geneigt ist. In einem Fall, in dem eine Ausdehnungsrichtung des optischen Lichtleiters 2 um 90 oder mehr gebogen ist, kann die Bestrahlung mit dem Laserlicht P1 und dem Laserlicht P2 durchgeführt werden, während das Glasteil 3 um einen gewünschten Winkel geneigt wird, indem der XYZ-Tisch 17 verwendet wird, in dem ein Winkel der Befestigungsfläche der Vorrichtung eingestellt werden kann. Auf diese Weise werden im Schritt S22 der kondensierende Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 und der kondensierende Bereich C2 des zweiten Laserlichts P2 an der Innenseite des Glasteils 3 durch kontinuierliche oder intermittierende Variation der Position des Glasteils 3 und/oder der kondensierenden Positionen des Laserlichts P1 und des Laserlichts P2 bewegt.
In Bezug auf den Laserbestrahlungsschritt in Schritt S21 und den Kondensationspositionsbewegungsschritt in Schritt S22, d.h. die Betriebssteuerung der Laserantriebseinheit 13 und der Tischantriebseinheit 18 durch die Steuereinheit 19, bis ein vorab entworfenes optisches Lichtleitermuster an der Innenseite des Glasteils 3 gebildet wird, kehrt es zu einem Zeitpunkt zurück, der durch Punkt A in 7 angegeben ist, und die Betriebssteuerung wird unter wechselnden Bestrahlungsbedingungen oder unter den gleichen Bestrahlungsbedingungen wiederholt durchgeführt (Schritt S23: NEIN). Das heißt, bis der in 1 dargestellte optische Lichtleiter 2 an der Innenseite des Glasteils 3 gebildet ist, werden Schritt S21 und Schritt S22 abwechselnd wiederholt. Alternativ können Schritt S21 und Schritt S22 parallel durchgeführt werden, bis der optische Lichtleiter 2 an der Innenseite des Glasteils 3 gebildet ist. Die Bildung des optischen Lichtleiters 2 im Glaskörper 3 ist abgeschlossen (Schritt S23: JA), eine Wärmebehandlung für eine Alterungsbehandlung und die Entfernung von Restwasserstoff wird in Bezug auf den Glaskörper 3 durchgeführt, um eine Variation der Brechungsindexdifferenz Δn über einen langen Zeitraum zu unterdrücken (Schritt S24). Die in 1 dargestellte optische Vorrichtung 1 wird durch die oben beschriebenen Schritte erhalten (d.h. Schritte S11, S21, S22, S23 und S24 oder Schritte S11, S12, S21, S22, S23 und S24).
Hier wird der Laserbestrahlungsschritt des Bildens des optischen Lichtleiters 2 durch die photoinduzierte Brechungsindexvariation (Schritt S21) detailliert beschrieben. Ein Mechanismus, der bewirkt, dass sich der Brechungsindex an der Innenseite eines Glasteils ändert, indem Laserlicht auf das Glasteil gebündelt wird, wird, wie unten beschrieben, in zwei Arten klassifiziert.
Ein erster Mechanismus ist ein Mechanismus, bei dem eine Bindung eines in dem Glasteil enthaltenen additives Materials wie Ge mit Laserlicht geschnitten wird, so dass ein Bindungsdefekt auftritt, und der Brechungsindex aufgrund des Bindungsdefekts variiert. Wenn der Bindungsdefekt auftritt, wird eine Verdichtung des Glases aufgrund einer Zusammensetzungsvariation induziert, und nur der Brechungsindex eines Laserbestrahlungsbereichs wird höher als der eines umgebenden Bereichs. Das heißt, dies entspricht der strukturinduzierten Brechungsindexvariation. Der oben beschriebene Bereich mit hohem Brechungsindex 2a wird durch die strukturinduzierte Brechungsindexvariation gebildet.
Im ersten Mechanismus kann Laserlicht mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als die Wellenlänge einer Absorptionskante eines additiven Materials, zum Schneiden der Bindung des additiven Materials verwendet werden. In diesem Fall absorbiert das additive Material jedoch selbst in einem Bereich eines Glasmaterials, der zwischen einer Lichteinfallsfläche und einem kondensierenden Bereich des Glasteils liegt, das Laserlicht, das in Richtung des kondensierenden Bereichs geht (d.h. vor der Kondensation), und die Verbindung des additiven Materials wird geschnitten. Dementsprechend ist es schwierig, die Brechungsindexvariation nur im kondensierenden Bereich auftreten zu lassen. In dieser Ausführungsform wird die Bindung des additiven Materials nur im kondensierenden Bereich durch Multi-Photonen-Absorption (hauptsächlich Zwei-Photonen-Absorption) geschnitten, um die Brechungsindexvariation hervorzurufen. Beispielsweise wird im Falle der Zwei-Photonen-Absorption in einem Bereich, in dem die Zwei-Photonen-Absorption auftritt, Energie, die der halben Wellenlänge des Laserlichts entspricht, auf das Glasmaterial aufgebracht. Wenn also die halbe Wellenlänge des Laserlichts kürzer als die Absorptionskantenwellenlänge des additiven Materials und die Wellenlänge des Laserlichts länger als die Absorptionskantenwellenlänge des additiven Materials eingestellt wird, ist es möglich, die Bindung des additiven Materials nur in dem Bereich zu schneiden, in dem die Zwei-Photonen-Absorption auftritt. Die Einstellung der Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, um die Zwei-Photonen-Absorption nur in dem kondensierenden Bereich zu bewirken, in dem die Lichtintensität hoch wird, und um zu verhindern, dass die Zwei-Photonen-Absorption in dem Bereich des Glasmaterials auftritt, der zwischen der Lichteinfallsfläche und dem kondensierenden Bereich des Glasteils liegt, ist sehr einfach.
9 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse einer Transmissionsmessung für eine Wellenlänge des einfallenden Lichts in Bezug auf jedes Material (z.B. SiO₂, GeO₂ oder B₂O₃), aus dem das Glasteil besteht, zeigt. Wie in 9 dargestellt, steigt der Transmissionsgrad von SiO₂ allmählich von 150 nm auf 220 nm, der Transmissionsgrad von B₂O₃ allmählich von 200 nm auf 265 nm und der Transmissionsgrad von GeO₂ allmählich von 350 nm auf 400 nm. Das Glasteil 3 dieser Ausführungsform enthält Ge als additives Material. Um eine Bindung von Ge ausreichend zu zerschneiden, kann durch die Zwei-Photonen-Absorption Energie erzeugt werden, die einer Wellenlänge von 350 nm oder weniger entspricht. Dementsprechend beträgt die obere Grenze einer Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 700 nm. Wenn die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 auf mehr als 400 nm eingestellt wird, kann außerdem die Brechungsindexvariation in einem Bereich des Glasmaterials, der zwischen der Lichteinfallsfläche und dem kondensierenden Bereich C1 des Glasteils 3 liegt, unterdrückt werden. Dementsprechend wird ein zentraler Wellenlängenbereich des ersten Laserlichts P1 größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm. In einem Fall, in dem das Glasteil 3 Bor enthält, kann, um eine Bindung von Bor zu schneiden, durch die Zwei-Photonen-Absorption Energie entsprechend einer Wellenlänge von 265 nm oder weniger erzeugt werden. Dementsprechend kann die obere Grenze der Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 auf 530 nm gesetzt werden. Das heißt, der Zentralwellenlängenbereich des ersten Laserlichts P1 wird größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 530 nm (siehe einen Wellenlängenbereich D1 in 9). In diesem Fall entspricht ein Energiebereich, der durch die Zwei-Photonen-Absorption erzeugt wird, einem Wellenlängenbereich D2, der größer als 200 nm und gleich oder kleiner als 265 nm ist.
Der erste Mechanismus (d.h. die strukturinduzierte Brechungsindexvariation) wird beispielsweise auch bei der Bildung einer Gitterstruktur in einem Kern für eine optische Faser verwendet.
Ein zweiter Mechanismus ist ein Mechanismus, bei dem ein Hochdruckplasma in einem kondensierenden Bereich innerhalb des Glasteils erzeugt wird, in dem die Lichtintensität hoch wird, Druckwellen erzeugt werden und sich durch dynamische Kompression aufgrund des Aufpralls des Hochdruckplasmas von dem kondensierenden Bereich zu einer Außenseite ausbreiten, eine Druckspannung in Richtung eines zentralen Abschnitts des kondensierenden Bereichs aufgrund elastischen Stress auftritt und somit eine Verdichtung des Glases in dem kondensierenden Bereich auftritt. Der Brechungsindex von Glas variiert durch eine Eigenspannung (z.B. eine Druckspannung und/oder eine Zugspannung) innerhalb des Glases aufgrund der Verdichtung des Glases. Das heißt, dies entspricht einer druckinduzierten Brechungsindexvariation. Der Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b wird durch die druckinduzierte Brechungsindexvariation gebildet. In dieser Ausführungsform enthält das Glasteil 3 Ti. Nach den Erkenntnissen der gegenwärtigen Erfinder verringert die druckinduzierte Brechungsindexvariation den Brechungsindex des Glases in dem Fall, dass das Glasteil Ti enthält. In der Nicht-Patent-Literatur 1 wird offenbart, dass, wenn Glas auf Phosphatbasis, einschließlich Ge, Ti und B, mit Laserlicht bestrahlt wird, die Brechungsindexvariation n2 negativ wird und ein absoluter Wert davon 0,015 übersteigt. Es ist vorzuziehen, dass die Zentralwellenlänge des zweiten Laserlichts P2 800 nm oder größer ist, so dass im Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b der zweite Mechanismus ausgelöst und das Auftreten des ersten Mechanismus verhindert wird, d.h. so dass bei der Zwei-Photon-Absorption, die der erste Mechanismus ist, eine Absorptionskante von GeO₂ nicht erreicht wird und eine Absorption von drei oder mehr Photonen, deren Auftretenswahrscheinlichkeit im Vergleich zur Zwei-Photonen-Absorption geringer ist, festgestellt wird.
Es wird ein Effekt beschrieben, der durch die optische Vorrichtung 1 und das Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt wird. In dieser Ausführungsform wird, wie in 8 dargestellt, das erste Laserlicht P1 zu dem punktförmigen Kondensationsbereich C1 und das zweite Laserlicht P2 zu dem ringförmigen Kondensationsbereich C2, der den Kondensationsbereich C1 des ersten Laserlichts P1 umgibt, kondensiert. In dem kondensierenden Bereich C1, auf den das erste Laserlicht P1 kondensiert wird, erhöht sich ein Brechungsindex aufgrund der strukturinduzierten Brechungsindexvariation. Im kondensierenden Bereich C2 des zweiten Laserlichts P2, der den kondensierenden Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 umgibt, sinkt dagegen der Brechungsindex aufgrund der druckinduzierten Brechungsindexvariation. Dementsprechend kann der optische Lichtleiter 2, der den Bereich mit hohem Brechungsindex 2a (d.h. einen Kern) und den Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b (d.h. einen Mantel) enthält, der den Bereich mit hohem Brechungsindex 2a umgibt, an der Innenseite des Glasteils 3 gebildet werden, und ein optischer Einschlusseffekt kann durch Vergrößerung einer Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b verstärkt werden. Dementsprechend kann in der optischen Vorrichtung 1, wie z.B. einer dreidimensionalen optischen Lichtleitervorrichtung, ein Krümmungsradius des im Glaskörper 3 gebildeten optischen Lichtleiters 2 klein gemacht werden, und somit ist eine Verkleinerung möglich.
Die druckinduzierte Brechungsindexvariation tritt auch im kondensierenden Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 auf, und es besteht daher die Sorge, dass die Brechungsindexvariation den Brechungsindex des kondensierenden Bereichs C1 des ersten Laserlichts P1 verringert. Wenn jedoch das erste Laserlicht P1 und das zweite Laserlicht P2 synchron zueinander emittiert werden, werden die Druckwellen des ersten Laserlichts P1 und die Druckwellen des zweiten Laserlichts P2 ausgelöscht. Dementsprechend wird die druckinduzierte Brechungsindexvariation des ersten Laserlichtbestrahlungsbereichs unterdrückt, und die strukturinduzierte Brechungsindexvariation aufgrund der Mehr-Photonen-Absorption wird dominant. Als Ergebnis kann die Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b erhöht werden.
Wie in dieser Ausführungsform kann das Glasteil 3 zusätzlich Bor enthalten, und die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 kann 530 nm oder weniger betragen. Wie oben beschrieben, beginnt die Absorption von Bor in der Nähe von 265 nm, und wenn die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts P1 530 nm oder weniger beträgt, wird die Energie im kondensierenden Bereich C1 des ersten Laserlichts P1 aufgrund der Mehrphotonenabsorption (hauptsächlich Zweiphotonenabsorption) äquivalent zu 265 nm oder weniger, und eine Bindung von Bor kann geschnitten werden. Infolgedessen wird die Verdichtung des Glases aufgrund einer Variation der Zusammensetzung weiter effektiv induziert, und die strukturinduzierte Brechungsindexvariation kann weiter erhöht werden. Dementsprechend kann eine Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b weiter erhöht werden.
Wie in dieser Ausführungsform kann der Wasserstoffbeladungsschritt, bei dem Wasserstoff in das Glasteil 3 geladen wird, vor dem Laserbestrahlungsschritt weiter durchgeführt werden. Demnach wird die Bindung, die durch die strukturinduzierte Brechungsindexvariation geschnitten wird, an ein Wasserstoffatom gebunden, und somit wird die Wiederbindung der geschnittenen Bindung unterdrückt, eine hohe Verdichtung des Glases aufgrund der Zusammensetzungsvariation kann stabilisiert werden. In diesem Fall kann in dem Schritt der Wasserstoffbeladung das Glasteil 3 in eine Wasserstoffatmosphäre von 10 atm oder mehr gebracht werden. Dementsprechend kann Wasserstoff leicht in das Glasteil 3 geladen werden.
Wie in dieser Ausführungsform kann der Glaskörper 3 hauptsächlich Glas auf Phosphat- oder Silikatbasis enthalten. In diesem Fall kann ein Brechungsindex in der druckinduzierten Brechungsindexvariation wirksamer verringert werden. Entsprechend kann die Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b weiter erhöht werden.
Wie in dieser Ausführungsfbrm kann die Pulsbreite des ersten Laserlichts P1 länger sein als die Pulsbreite des zweiten Laserlichts P2. Dementsprechend wird ein Spitzenwert der Leistung des ersten Laserlichts P1 unterdrückt, und somit kann die Mehr-Photonen-Absorption dominant sein, indem die druckinduzierte Brechungsindexvariation im kondensierenden Bereich C1 (d.h. dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a) reduziert wird. Infolgedessen kann der Brechungsindex des Bereichs mit hohem Brechungsindex 2a weiter erhöht werden. Um die druckinduzierte Brechungsindexvariation im kondensierenden Bereich C1 zu reduzieren, darf die Pulsbreite des ersten Laserlichts P1 länger als 500 Femtosekunden sein. Andererseits ist es notwendig, einen Leistungsspitzenwert des zweiten Laserlichts P2 zu erhöhen, um die druckinduzierte Brechungsindexvariation im kondensierenden Bereich C2 zu fördern, die Pulsbreite kann 500 Femtosekunden oder kürzer sein.
Wie in dieser Ausführungsform können im Kondensationspositionsbewegungsschritt die Kondensationspositionen des Laserlichts P1 und des Laserlichts P2 relativ zum Glaskörper 3 in der Richtung bewegt werden, die die XY-Ebene einschließlich des Kondensationsbereichs C2 des zweiten Laserlichts P2 schneidet. In diesem Fall kann die Bestrahlung mit dem zweiten Laserlicht P2 in einer Art Überlagerung mit dem bereits gebildeten Bereich mit hohem Brechungsindex 2a (oder die Bestrahlung mit dem ersten Laserlicht P1 in einer Art Überlagerung mit dem bereits gebildeten Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b) unterdrückt werden, und somit kann die Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem bereits gebildeten Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b beibehalten werden.
Nach der optischen Vorrichtung 1 dieser Ausführungsform kann der optische Lichtleiter 2 an der Innenseite des Glasteils 3 durch den Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und den Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b, der den Bereich mit hohem Brechungsindex 2a umgibt, gebildet werden. Nach dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann die optische Vorrichtung 1, in der der optische Lichtleiter 2 an der Innenseite des Glasteils 3 ausgebildet ist, hergestellt werden. Darüber hinaus kann nach der optischen Vorrichtung 1 eine Verkleinerung realisiert werden, indem die Brechungsindexdifferenz Δn zwischen dem Bereich mit hohem Brechungsindex 2a und dem Bereich mit niedrigem Brechungsindex 2b erhöht wird.
Das Herstellungsverfahren für die optische Vorrichtung, die optische Vorrichtung und die Herstellungsvorrichtung für die optische Vorrichtung gemäß der Erfindung sind nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es können verschiedene andere Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Schritt des Beladens mit Wasserstoff vor dem Schritt der Laserbestrahlung durchgeführt, aber der Schritt des Beladens mit Wasserstoff kann weggelassen werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Glasteil, das hauptsächlich das Glas auf Phosphatbasis oder das Glas auf Silikatbasis enthält, verwendet, aber die Erfindung ist auf ein Glasteil anwendbar, das das Glas nicht oder nur geringfügig enthält (z.B. Glas auf Quarzbasis, Halogenidglas, Sulfidglas oder ähnliches).
Bezugszeichenliste

[0058] 1:: optische Vorrichtung,
2:: optischer Lichtleiter,
2a:: Bereich mit hohem Brechungsindex,
2b:: Bereich mit niedrigem Brechungsindex,
3:: Glasteil,
10:: Herstellungsvorrichtung,
11:: erste Laserlichtquelle,
12:: zweite Laserlichtquelle,
13:: Laserantriebseinheit,
14:: Laserformumwandlungselement,
15:: Wellenlängenkombinierer,
16:: kondensierendes optisches System,
17:: XYZ-Tisch,
18:: Tischantriebseinheit,
19:: Steuereinheit,
C1, C2:: kondensierender Bereich,
P1:: erstes Laserlicht,
P2:: zweites Laserlicht,
Δn:: Brechungsindexdifferenz.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018105071 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Masakiyo Tonoike „The Result of the finished national project on „High-efficiency Processing Technology for 3-D Optical Devices in Glass““, NEW GLASS Vol. 26, No. 3, 2011, S. 33 bis 44 [0004]
D. L. Williams, et al., „ENHANCED UV PHOTOSENSITIVITY IN BOR CODOPED GERMANOSILICATE FIBERS“, ELECTRONICS LETTERS, 7. Januar 1993, Vol. 29, No. 1, S. 45 bis 47 [0004]
B. I. Greene, et al., „Photoselective Reaction of H2 with Germanosilicate Glass“, LEOS' 94 (1994), Vol. 2, PD-1.2, S. 125 bis 126 [0004]
Junji Nishii, et al., „Ultraviolet-radiation-induced chemical reactions through one- and two-photon absorption process in GeO₂-SiO₂ glasses“, OPTICS LETTERS, Vol. 20, No. 10, May 15, 1995, S. 1184 bis 1186 [0004]

Claims

Ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung, umfassend: einen Laserbestrahlungsschritt des Konzentrierens von gepulstem ersten Laserlicht und gepulstem zweiten Laserlicht in einem Glasteil, das Germanium und Titan enthält, um eine photoinduzierte Brechungsindexvariation in dem Glasteil zu bewirken; und einen Kondensationspositionsbewegungsschritt des Bewegens von Kondensationspositionen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts relativ zum Glasteil, wobei sowohl das erste Laserlicht als auch das zweite Laserlicht eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder größer aufweist, der Laserbestrahlungsschritt enthält die Kondensation des ersten Laserlichts zu einem punktförmigen Kondensationsbereich und die Kondensation des zweiten Laserlichts zu einem ringförmigen Kondensationsbereich, der den Kondensationsbereich des ersten Laserlichts umgibt, das erste Laserlicht hat eine Zentralwellenlänge größer als 400 nm und gleich oder kleiner als 700 nm, und das zweite Laserlicht hat eine Zentralwellenlänge gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm, und der Laserbestrahlungsschritt und der Kondensationspositionsbewegungsschritt werden abwechselnd wiederholt oder parallel ausgeführt, um einen Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation im Glasteil zu bilden.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Glasteil ferner Bor enthält und die Zentralwellenlänge des ersten Laserlichts, das in dem Laserbestrahlungsschritt emittiert wird, 530 nm oder weniger beträgt.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Laden von Wasserstoff in das Glasteil vor dem Laserbestrahlungsschritt.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Laden von Wasserstoff das Einbringen des Glasteils in eine Wasserstoffatmosphäre von 10 atm oder mehr enthält.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, ferner umfassend: Lagern des mit Wasserstoff beladenen Glasteils bei einer niedrigen Temperatur von -10°C oder niedriger nach dem Laden von Wasserstoffs und vor dem Laserbestrahlungsschritt.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Glasteil Glas auf Phosphatbasis oder Glas auf Silikatbasis ist.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Laserlicht eine Impulsbreite aufweist, die länger ist als eine Impulsbreite des zweiten Laserlichts.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Pulsbreite des ersten Laserlichts länger als 500 Femtosekunden und gleich oder kürzer als 50 Pikosekunden ist und die Pulsbreite des zweiten Laserlichts gleich oder kürzer als 500 Femtosekunden ist.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kondensationspositionsbewegungsschritt das Bewegen der Kondensationspositionen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts relativ zu dem Glasteil in einer Richtung enthält, die eine Ebene schneidet, die einen Kondensationsring des zweiten Laserlichts enthält.
Das Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner umfassend: Durchführen einer Wärmebehandlung für eine Alterungsbehandlung und Entfernung von Restwasserstoff in Bezug auf das Glasteil nach Bildung des Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation an der Innenseite des Glasteils.
Eine optische Vorrichtung, umfassend: ein Glasteil mit einer Innenseite, die Germanium und Titan enthält, wobei das Glasteil einen photoinduzierten Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation enthält, wobei der Bereich der Brechungsindexvariation einen ersten Bereich enthält, der sich in einer linearen Form erstreckt, und einen zweiten Bereich in einer röhrenförmigen Form, der den ersten Bereich umgibt, ein Brechungsindex des ersten Bereichs größer ist als ein Brechungsindex eines Bereichs an der Peripherie des Brechungsindexvariationsbereichs, und ein Brechungsindex des zweiten Bereichs kleiner ist als der Brechungsindex des Bereichs an der Peripherie des Brechungsindexvariationsbereichs.
Die optische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Bereich in einem Querschnitt orthogonal zu einer Ausdehnungsrichtung des Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation eine Kreisform hat und der zweite Bereich im Querschnitt eine Ringform hat.
Die optische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Zentrum des zweiten Bereichs mit einem Zentrum des ersten Bereichs in einem Querschnitt orthogonal zu einer Ausdehnungsrichtung des Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation übereinstimmt.
Die optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Innenkante des zweiten Bereichs in einem Querschnitt orthogonal zu einer Ausdehnungsrichtung des Bereich mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation mit einer Außenkante des ersten Bereichs in dem Querschnitt übereinstimmt.
Eine Herstellungsvorrichtung für eine optische Vorrichtung zum Bilden eines Bereichs mit kontinuierlicher Brechungsindexvariation in einem Glasteil, umfassend: eine erste Laserlichtquelle, die konfiguriert ist, erstes Laserlicht zu emittieren, wobei das erste Laserlicht eine Zentralwellenlänge von mehr als 400 nm und gleich oder weniger als 700 nm und eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder mehr aufweist; eine zweite Laserlichtquelle, die konfiguriert ist, zweites Laserlicht zu emittieren, wobei das zweite Laserlicht eine Zentralwellenlänge gleich oder größer als 800 nm und gleich oder kleiner als 1100 nm und eine Wiederholungsfrequenz von 10 kHz oder größer aufweist; ein Umwandlungselement, das in einem optischen Pfad des zweiten Laserlichts angeordnet ist, das von der zweiten Laserlichtquelle emittiert wird, und das konfiguriert ist, ein Strahlprofil des zweiten Laserlichts in eine Ringform umzuwandeln; einen Wellenlängenkombinierer, der auf dem optischen Pfad des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts angeordnet und konfiguriert ist, das erste Laserlicht und das zweite Laserlicht zu kombinieren, wobei das Strahlprofil des zweiten Laserlichts durch das Umwandlungselement umgewandelt wurde; und ein optisches kondensierendes System, das konfiguriert ist, Laserlicht, das durch den Wellenlängenkombinierer kombiniert wird, zu einer vorbestimmten Bearbeitungsposition des Glasteils zu kondensieren.