JP2001502443A

JP2001502443A - 光ファイバブラッググレーティングの製造装置およびその方法

Info

Publication number: JP2001502443A
Application number: JP10519318A
Authority: JP
Inventors: ノバック，ジェイムズ・シー; クロンク，ブライオン・ジェイ; ラバイン，ブルース・エイ; ボール，ゲイリー・エイ; シン，ハーミート; サンダーズ，ポール・イー
Original assignee: ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2001-02-20
Also published as: DE69709151D1; CN1158549C; EP0934541B1; EP0934541A1; AU1963497A; CN1232547A; WO1998018031A1; US20010020375A1; US6272886B1; CA2267557A1; DE69709151T2

Abstract

(57)【要約】本発明は、光ファイバブラッググレーティングを製造するための方法であり、この方法は、好適態様では、（ａ）光放射源（２５）による次処理を行うためにセクション内の光ファイバを十分に露出させるのに少なくとも１つの所定セクション（２２）内の光ファイバ素子（１２）上の除去可能な被膜の少なくとも一部分を除去し、（ｂ）光放射源（２５）に対して当該少なくとも１つのセクションを固定し、（ｃ）当該少なくとも１つのセクション（２２）内に少なくとも１つのブラッググレーティングを製造するために光放射源から光ファイバ内に光放射（２７）を当て、（ｄ）当該少なくとも１つのセクションを覆うステップを含む。本発明は、上述の処理ステップを実行するための装置にもおよび、それは被膜除去手段、ファイバ固定手段(２６、２８)、ブラッググレーティングを書き込む手段(２５ｂ)、および包装手段（４０）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】光ファイバブラッググレーティングの製造装置およびその方法背景技術技術分野本発明は、光ファイバ素子内にブラッググレーティングを形成するための装置および方法に関する。厳密には、本発明は、被覆された光ファイバ素子内に光ファイバブラッググレーティングを造るための装置および連続的または段階を追った連続的方法に関する。好適な態様では、本発明の方法は、光放射が光ファイバのコアまで達するように光ファイバ素子の少なくとも１つの所定セクションから十分な量の除去可能な被膜を除去し、光ファイバの所定セクションを固定し、光ファイバの所定セクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを形成し、ブラッググレーティングを包装するために光ファイバの所定セクションを処理するステップを含む。従来技術ブラッグ回折グレーティングは、光屈折率が高および低と交互にかわる周期的パターンを有する構造である。ブラッググレーティングは、光の特定の波長すなわち「色」を反射するその能力があるので有用である。グレーテイングによって反射されるその色は、その波長が有効グレーティング周期の２倍に正確に一致する色である。例えば、モレー(Morey)その外のPhotoinduced Bragg Gratings in Optical Fibers ， Optics and Photonics News,５巻、２号（１９９４年２月）; メルツ（Meltz）その外のFormation of Bragg Gratings in Optical Fibers by a Transverse Holographic Method ， Opt．Lett．14(１９８９年)の８２３〜２５を参照のこと。ブラッググレーティングは光ファイバのケイ酸ゲルマニウムガラスコア内に干渉パターンを造ることによって、典型的には紫外線レーザビームの２つの部分を再結合することによって形成されることは良く知られている。第１の光ファイバブラッググレーティングは、アルゴンイオンレーザが光ファイバの端部に一定時間、焦点が合わされたままとなった際に偶然生成された。そのビームの一部は、ファイバ内のそれ自体に反射されて、定在波干渉パターンを生成した。干渉パターンの明るいセクション（前進および後退波が互いに強め合う）では、レーザ光はファイバコア内のゲルマニウム部位と影響し合い、局部屈折率を変えた。干渉パターンの暗いセクション（２つの波が破壊的に干渉し合い、互いに打ち消す）では、その屈折率は不変のままであった。但し、光ファイバ内にブラッググレーティングを「書き込む」この「エンドローンチ」法は、ファイバ内のグレーティングの場所、光ファイバの光軸に対するグレーティング面の角度、またはグレーティング周期についてほとんど制御できない。これらの変数の全てが、光ファイバブラッググレーティングに基づいて有用なデバイスを構成する際に制御することが重要であるが、このエンドローンチ法は光ファイバブラッググレーティングを大量生産するのに有用であるとは証明しなかった。光ファイバブラッググレーティングデバイスの設計の柔軟性をより高めるために、光ファイバの側（例えば、ファイバの長さ方向に垂直の）を通して光を放射することによってグレーティングを書き込む多くの技術が開発されている。米国特許第4,725,110号および第4,807,950号で示されるように、そのような技術の１つは、レーザビームを２つのサブビームに分割し、光ファイバのコア内で既知および制御可能な角度でこれらのサブビームを再結合することを含む。技術および特許資料に記載された第２の周知技術は、位相マスクとして知られる溝付きまたはパターン化された光透過光学素子を通してレーザビームをファイバコアに集光させることを含む。この位相マスクは、光ファイバコア内にホログラフィック干渉パターンを造る。光ファイバブラッググレーティングを製造するための上記技術は、十分に確立されているが、今まで、大規模な連続的または段階を追った連続的製法へのそれらの技術の使用を妨げる若干の技術的問題があった。例えば、顕著な製造に関する問題は、レーザで処理されるべき光ファイバのセクションを覆う被膜の除去である。光ファイバは、繊細なガラス構造を化学的または機械的破壊作用から保護する被膜で製造され、この被膜は、適用された光放射が光ファイバコア内に達し、ブラッググレーティングを形成すべきである場合、実質的に完全に除去されなければならない。被覆された光ファイバが光ファイバブラッググレーティングの製造に使用されるべきである場合、被覆された光ファイバからほぼ被膜の全てまたは一部を最初に熱的、化学的、または機械的に除去して光学的に処理可能な、好ましくは裸のファイバ表面を残すようにする必要がある。例えば、リズビ(Rizvi)およびガウアー( Gower)のProduction of Bragg Gratings in Optical Fibers bv Holographic an d Mask Production Methods ， The Institute of Electrical Engineers，Optica l Fiber Gratings and Their Applications,１９９５年１月を参照のこと。但し、製造工程で裸ファイバから被膜を剥がすための従来の熱的、機械的、または化学的手段は、時間がかかり且つファイバの物理的集結度を低減する。M.C ．ファリーズ(Farries)その外のFabrication and Performance of Packaged Fib er Gratings for Telecommunications ， The Institute of Electrical Engineer s，Optical Fiber Gratings and Their Applications，１９９５年１月；タン(T ang)その外のAnnealing of Linear Birefringence in Single-Mode Fiber Coils :Application to Optical Fiber Current Sensors, Journal of Lightwave Techn ology，９巻、８号、１９９１年８月を参照のこと。故に、光ファイバ被膜の慎重に除去することが、コア内のブラッググレーティングの形成後でもその強度を維持する光ファイバだけでなく、十分に清浄なガラス表面を形成して、レーザで光ファイバコアを処理できるようにするためにも求められる。今までの時間のかかる労働集約的な被膜除去ステップは、光ファイバブラッググレーティングの製造を小さなバッチ生産に限定してきた。これらのバッチ工程では、被膜は、典型的に数本の光ファイバの短長部分（ここでは「セクション」と呼ばれる）から化学的に除去される。これらのファイバは、次に位相マスク投影技術を使用するレーザで、一度に１つずつ処理されて、被膜が除去された光ファイバのセクションにブラッググレーティングを形成する。これらの製造工程は、光ファイバの短長部分への１つのブラッググレーティングの形成を通じて良好に制御される。但し、バッチ技術は、大規模のブラッググレーティング製造、またはグレーティングアレイ用の光ファイバの連続長部分への多数ブラッググレーティングの製造には経済的に明らかに可能ではない。さらに、バッチ技術では、裸の光ファイバは、かなり長時間露光され、これは光ファイバ強度を劣化させる恐れがある。グレーティング品質を監視するために、このバッチ技術は、光ファイバ端毎に終了しなければならない。バッチ生産における被膜除去問題に対応するために、若干数の光ファイバブラッググレーティングは、その光ファイバがドロータワーで製造されるときには書き込まれている。ドロータワー製造は、光ファイバコアの保護被膜が被覆される前にそれらが光放射で処理されてブラッググレーティングを形成するので、被膜除去工程を不要にする、光ファイバのドロー中にブラッググレーティングを形成すると、上述のバッチ製法と比べて生産量が増す。但し光ファイバがドロータワーで引かれるとき、ブラッググレーティングはレーザからの単一ショットで形成されなければならず、そのドロー工程も異なるグレーティング書き込み技術を使用するために停止または中断ができない。さらに、ブラッググレーティングのブラッグ条件（例えば、中心帯域波長）は、書き込みゾーンに対する光ファイバの所定セクションの正確な配置に依存し、ドロータワーで引かれる光ファイバの位置は精密に制御できないので、グレーティング書き込み工程はショット毎に十分に安定し得ない。ドロー速度の変動も、ブラッググレーティングの精密配置を困難にする。故に、ドロータワー製造技術はバッチ法と比べて生産速度を増すが、この速度はグレーティング品質および精度をかなり犠牲にしたものとなる。今まで、生産の速度および効率を提供し、グレーティング品質を確保し、さらにグレーティング形成後も光ファイバ強度を維持する光ファイバブラッググレーティングを大量生産するための装置や方法が何も確認されていない。発明の開示本発明は、小規模バッチ工程から得られるグレーティング品質の制御だけでなくドロータワー製造工程の速度をも提供する光ファイバブラッググレーティングの製造のための段階を追った連続的方法である。本発明の方法は、光ファイバドロー工程をグレーティング書き込み工程から分離し、被覆された光ファイバ内にブラッググレーティングを効率的で且つ経済的なオフラインで製造する方法を提供する。好適な態様では、本発明は、光ファイバブラッググレーティングを製造する方法であって、（ａ）光放射源を用いて行う次の処理のために素子の少なくとも１つの所定セクション内の光ファイバを十分に露光するためにそのセクションの除去可能な被膜の一部を除去し、（ｂ）光放射源に対して少なくとも１つのセクションを固定し、（ｃ）少なくとも１つのセクション内にブラッググレーティングを製造するために光放射源からその中に光放射を当て、（ｄ）少なくとも１つのセクションを覆うステップを含む、方法。ステップ（ａ）では、任意の直径または形状のガラス光ファイバ素子が処理のために提供されても良い。この光ファイバ素子は、好ましくは除去可能な永久または半永久的被膜で被覆されており環境からそれを保護する。必要ならば、この被膜は、少なくとも１つの機械的、化学的、または熱的被膜除去技術によって光ファイバの１つの所定セクションから、多数のセクションから、またはその全長部分から除去されても良い。セクション内の被膜の完全な除去が好ましいが、光放射がそのセクション内の光ファイバコアに達してブラッググレーティングをその中に形成できるように被膜が十分に除去されればよい。ステップ（ｂ）では、ブラッググレーティングが形成されるべき光ファイバの所定セクションは、グレーティング書き込み工程が所望の精度でそのセクションにおいて進むことができるように、固定される、例えば、光放射源に対して固定される。処理されるべきセクションは、任意の周知の方法で固定されても良いが、セクションの第１の端部に近接し、セクションの第２の端部に近接するファイバを機械的クランプ装置で捕まえる方法が好ましい。必要ならば、このクランプ装置は、処理された光ファイバセクション内に形成されたブラッググレーティングの波長を微調整し、その品質を連続的に監視するためにグレーティング書き込み（ステップ(ｃ)）中にファイバに長手方向の圧力をかけるのに使用される、またはグレーティング形成前に、またはその間にファイバを回動的に向きを変える随意の手段を含んでも良い。ステップ（ｃ）では、好ましくはレーザなどのコヒーレント源から放出された光放射が、処理されるべき光ファイバのセクション内に当てられる。単一ブラッググレーティングまたは多数ブラッググレーティングが、次に位相マスク、ホログラフィー、またはそれらの組合せを利用して光ファイバの所定セクションのコア内に形成されても良い。このファイバは、ブラッググレーティングの安定性を改善するためにステップ（ｃ）に続いて随意にアニールされても良い。ステップ（ｄ）では、ブラッググレーティングを含む少なくとも光ファイバの処理済みセクション、または全体の光ファイバ素子は、その最終使用用途で必要な場合にはカバーで覆われる。この覆いは、意図した用途により異なり、一時的または永久的スリーブガ適用、またはコネクタなどの機械的装置の適用を含めても良い。但し、ブラッググレーティングを包含する処理済みセクション、または光素子の全体は、典型的に保護被膜で再被覆されて環境から処理済みセクション内の光ファイバおよびブラッググレーティングを保護し、光ファイバ素子の強度を保持する。この被膜を適用すると、形成されたブラッググレーティングの場所を確認させることも可能となる。例えば、一本の光ファイバのブラッググレーティングの場所を確認するために、処理済みセクションがファイバの非処理部分の被膜と異なる色の被膜で再被覆されても良い。代わりに、処理済みセクションは、透明被膜で再被覆されるか、または例えば、バーコードなどの識別マークが適用されても良い。他の態様では、被膜除去ステップが不要となるようにグレーティング書き込み波長において光放射に対して十分に透過性となる被膜が光ファイバ素子に適用されても良い。この態様では、本発明の方法であって、（ａ）光放射源に対して素子の少なくとも１つの所定セクションを固定し、（ｂ）少なくとも１つのセクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを製造するために光放射源から被膜を通して光放射を当てるステップを含む、方法。必要ならば、光ファイバは、次にその光学的および物理的特性を保護するためにさらに処理されても良い。本発明は、上述の工程のステップを実行するための装置にも及ぶ。本発明の装置は、典型的に被膜除去ステーション、ファイバー固定/ブラッググレーティング書き込みステーション、および包装ステーションを備えた処理ラインとして提供される。この装置またはその装置のステーションは、随意にモジュラー形式で供給されても良い。図面の簡単な説明第１図は、本発明の方法による光ファイバ素子の連続的または段階を追った連続的方法のための装置の概略図である。第２Ａ図は、本発明の方法により製造されたブラッググレーティングアレイの波長の変化に対する反射のスペクトル分析器のプロットである。第２Ｂ図は、アレイ内の１つのグレーティングが長手方向のひずみをうけて配置された状態での、第２Ａ図のブラッググレーティングアレイの波長の変化に対する反射のスペクトル分析器のプロットである。発明を実施するための最良の形態本発明の方法は、典型的に、ドロータワーにおいて引かれ、光ファイバ素子を形成するために少なくとも１つの保護被膜で被覆されるプラスチックまたはガラス、好ましくは石英系ガラスの裸の光ファイバからブラッググレーティングを製造するために使用される。当業界では周知されているように、光ファイバ素子は、一般に裸のファイバと、光ファイバをマイクロベンディング損失および摩耗から保護するためにその裸のファイバの周り設けられた１つ以上のバッファ層とから成る（例えば、スターリン(Sterling)の、Technician's Guide to Fiber Opti cs ，(１９９３年)、７３ページを参照)。本願では、用語「裸のファイバ」または「光ファイバ」は、バッファおよび外部強化部材がそれから除去されている光ファイバ素子のセクションを指す。剥離不可保護層がバッファ部材の下にある場合、この保護層は裸のファイバの一部と見なされる。第１図に概略的に示された装置１０を参照して、本発明の方法に組み入れられても良い光ファイバ素子１２は、典型的にスプールに巻かれて保管される。本発明の装置と方法とで使用される光ファイバ素子１２は、少なくとも１つの被膜を備えている。本発明の方法では、被膜は、裸の光ファイバ、または剥離不可保護層を備えた裸の光ファイバに適用され、光ファイバケーブルの外部層を作る強化部材またはジャケットを含まない。当業界では周知されているように、ドロータワーにおいて裸ファイバに適用される被膜は、ファイバの意図される最終使用用途により様々である。これらの被膜は、典型的に繊細な光ファイバ構造を機械的および/または環境的損傷から保護するように選択される。随意に、被膜は、裸ファイバに適用されても良く、これは、選択された波長がその被膜を通過してブラッググレーティングを形成することができるように光放射の特定波長に対しても十分に透過性である。このような被膜は、ここでは透明被膜と呼ばれる。但し、他の設計要件は、光ファイバコア内にブラッググレーティングを形成するために使用される光放射の波長に対して透過性でない被膜が選択されることが必要なこともある。光ファイバ素子１２上の被膜材料がブラッググレーティングを書き込むために使用される光放射の波長に対して十分に透過性でない場合、その被膜が十分に除去されて選択された波長が光ファイバコアに到達できるようにすることが必要である。非透過性被膜は、機械的、化学的、または熱的技術の少なくとも１つによって実質的に完全に除去できる任意の材料を含む。そのような被膜は、ここでは除去可能な被膜と呼ばれる。本発明の装置および方法では、光ファイバ素子１２、またはその特定長さが張力制御された巻出スプール１４から巻出される。この巻出スプール１４は、ブラッググレーティング書き込み工程に関するリアルタイム情報を提供するために随意の回転光結合器（図示せず）を含めても良い。この光ファイバ素子１２は、ドライブキャプスタン装置１８によって一連のアライメントプーリ１６を介して随意の被膜除去ステーション２０に引かれる。無論、光ファイバコア内にブラッググレーティングを書き込むために使用されるべき光放射の波長に対して実質的に透明である被膜が、光ファイバ素子１２に適用される場合、被膜除去ステップは本発明の方法では不要となる。但し、本発明の装置および方法は、光ファイバ内にブラッググレーティングを書き込むために使用されるべき光放射の波長に対して透明でない除去可能な被膜が光ファイバに適用されると仮定して、さらに以下で説明する。被膜除去ステーション２０では、光放射が光ファイバコアまで達してその中にブラッググレーティングを形成することができるように十分な量の被膜が光ファイバ素子の所定セクションから除去されることが必要である。光ファイバの所定セクションは、光ファイバ素子の全長、または全長未満の任意の長さを含んでも良い。上述のように、除去可能な被膜は、機械的、化学的、または熱的手段のいずれか、またはそれらの組合せによって被膜除去ステーション２０内で光ファイバから十分に除去されても良い。被膜除去のいずれの方法が被膜除去ステーション２０内で採用されるかに関係なく、光ファイバから実質的に完全に除去されて光ファイバコア内にブラッググレーティングを形成するために光放射での次の処理ができるようにする本発明の装置および方法で使用するための除去可能な被膜を選択することが重要である。被膜除去ステーション２０では、除去可能な被膜は、好ましくは完全に除去されるが、被膜の部分的除去も、そのような除去が次の処理を可能にするほど十分であれば採用されても良い。但し、被膜の不完全な除去後に裸のファイバ表面と接触したままとなるいかなる残留物、特に不完全な熱的除去後の炭素質の残留物も、光ファイバの引張強さをかなり劣化させる恐れのある局部的応力集中をひき起こす。さらに、不完全に被膜が除去された後に光ファイバの表面上に留まる小片は、光放射を遮断し、次の処理ステップを妨げる恐れがある。本願の目的に対して、用語の実質的に完全な除去は、除去後に、初期被膜量に基づいて、約１０重量％未満、好ましくは約５重量％未満の残滓を有する任意の重合体被膜に適用する。本発明の方法で使用されても良い被膜は、熱重量分析法（TGA）などの、様々な分析技術で確認されても良い。好ましくは連続的または段階を追った連続的な本発明の方法で有用であるためには、被膜の実質的に完全な除去は、本願の目的に対しては、約１５秒未満、好ましくは約１０秒未満、最も好ましくは約１秒未満である実用可能な時間内に完了されるべきである。本発明の方法で使用された除去可能な被膜または複数の被膜の厚さは、意図した用途により様々であるが、約１５μ〜約３５μの従来からの被膜厚さが通常に使用される。上記の実質的に完全な被膜の除去は、好ましくは、ファイバ引張強さが特定の最終使用用途に必要とされる所定レベル以下にまで低減されるように達成される。本発明の目的に対して、光ファイバの引張強さは、ここではFOTP-28を指すANS I/EIA/TIA-455-28B-1991によりメジアン破壊応力の評価によって測定される。好ましくは、本発明の方法では、被膜除去後の光ファイバのメジアン破壊応力は、被膜除去までの光ファイバの初期メジアン破壊応力に基づいて、約５０％よりも多く低減されるべきではない。但し、光ファイバ強度試験は、本質上統計的であるので、それぞれが所定母集団を表す数多くの個々のファイバの強度が試験されなければならない。その結果は、全体としての母集団に対する強度分布として報告され、この分布は、周知のワイブルプロットの傾き、ｍ（ワイブルモジュラスとも呼ばれる）を特徴とする。本発明方法では、ワイブルモジュラスは、被膜除去後に維持されたファイバ強度の均質度の測定である。被膜除去後のファイバの強度分布は、FOTP-28によって測定されるとき、意図した用途に対して、十分な高ワイブルモジュラスまたは傾き、ｍで証明されるように、好ましくは狭い。約１００を超える大きなｍは、均一なまたは狭い強度分布に相当し、特性破壊応力がファイバに存在すること、および加えられた引張強さがその特性値に接近するまで故障が起こりそうにもないことを示唆する。一方、約２０未満の低ワイブルモジュラスは、ほとんどいかなる適用応力においても故障が起こりそうであることを示唆し、低機械的信頼性を示す。好ましくは、被膜の熱的除去は、初期（例えば、熱的被膜除去前の）ワイブルモジュラスを約５０％またはそれ以下に減少させなければならない。被膜除去ステーション２０では、除去可能な被膜は、全光ファイバからまたは所定長さのセクションから任意の従来手段によって除去されても良い。例えば、除去可能な被膜は、ナイフまたは同様のツールで裸のファイバから機械的に「剥がされ」ても良い。この除去可能な被膜は、適切な溶液に浸すことによって化学的に除去されても良い。多くの異なる化学的溶液が使用されても良いが、濃硫酸または硫酸と過酸化水素との組合せが代表例である。代わりに、化学的および機械的被膜除去技術の組合せが使用されても良い。例えば、除去可能な被膜は、被膜を膨潤させるために、アセトンなどの、溶剤に浸され、次に膨潤された被膜はファイバから機械的に剥がされても良い。代わりに、熱が任意の従来手段によって光ファイバに適用されてその被膜を劣化させるまたは焼け落としても良い。但し、ナイフまたはツールを用いて機械的に剥がすと、ガラスファイバ表面上に掻き傷ができ、ついには微細亀裂やファイバ強度の低下に至る。化学的に剥がす技術は、ファイバ表面上にしばしば残留物を残し、これはファイバ強度を低下させ、次の処理ステップの妨げとなる。熱が被膜を除去するために加えられる場合、その結果生じた炭化残留物がファイバ強度を低下させ、処理前に追加的な被膜除去ステップが必要となる。さらに、光ファイバは、被膜熱分解中に熱を吸収し、これはファイバの脆化をもたらす恐れがある。任意の被膜除去方法が本発明の装置および方法で採用されても良いが、熱的除去が、光ファイバの強度を劣化させる影響が最も小さいと考えられるので好ましい。同時係属米国出願第08/631,491号を参照のこと。本発明の装置および方法での使用で好ましい除去可能な被膜は、同時係属米国出願第08/631,491号に記載される。前述の実用的時間内での熱的除去に続いて、約３００℃〜約９００℃、好ましくは約４００℃〜約７００℃、最も好ましくは約５００℃〜約６００℃の空気での熱処理後に、好適な除去可能被膜は、初期被膜重量に基づいて、約１０重量％未満、好ましくは約５重量％未満の残滓を有する。好適な除去可能な被膜の熱的除去は、約５０％またはそれ以下に、好ましくは約２５％またはそれ以下に、最も好ましくは約１５％またはそれ以下に初期メジアン破壊応力を低減すべきであることが好ましい。本発明の方法で使用される好適な除去可能な被膜は、約５０％またはそれ以下に、好ましくは約２５％またはそれ以下に、最も好ましくは約１５％またはそれ以下に光ファイバの初期（例えば、被膜除去前の）ウエイブルモジュラスを減少させるべきである。除去可能な被膜の除去後の光ファイバ破壊応力は、ファイバに加えられた熱量に過敏である。故に、光ファイバに伝達される熱エネルギーが最小限に抑えることができるように被膜除去ステーション２０で熱が加えられることが本発明の方法では重要となる。熱は、例えば加熱抵抗フィラメントまたは他の放射型熱源、 CO₂レーザまたは加熱したガス流を利用するなど、特定の最終使用用途に適した十分な光ファイバ強度を保持する任意の適切な方法で除去可能な被膜を熱的に除去するために加えられても良い。被膜除去ステーション２０での除去可能な被膜の熱的除去は、好ましくは加熱したガス流を用いて行われる。いかなる理論によっても縛られたくないが、加熱したガス流は、除去可能な被膜材料を解重合し、光ファイバへの熱の伝達を最小限に抑えて揮発化した生成物を押し流すと考えられる。このガス流は、空気、窒素、アルゴン、および同等のものを含む任意のガスまたはガスの混合物から構成されても良いが、窒素がその不活性および入手可能性のゆえに好ましい。酸素を含有するガス混合物は、熱酸化過程中に発生される燃焼熱が光ファイバガラスの温度を増し、その強度特性を劣化させるので、本発明の方法で使用するにはあまり望ましくない。このガス流は、エアーガンまたはエアーナイフを用いるなど、任意の適当な技術で適用されても良い。但しエアーナイフは、光ファイバのセクションから所定長さの除去可能な被膜を選択的に除去するための実用可能な連続的または段階を追った連続的方法には好ましい。除去可能な被膜の除去後のファイバの引張強さは、その除去可能な被膜を除去するために適切な温度で、所望距離に固定された熱源を用いることによって最適化されても良い。無論、これらのパラメータは、選択された被膜、被膜の肉厚、処理時間、ガス流速、およびガス温度によりまちまちである。例えば、約４００℃〜約９００℃、好ましくは約６００℃〜約７００ ℃のガス流温度と、約１〜約３scfmのガス流速で、被膜の表面から約２〜約１０ mm、好ましくは約５mmに配置された限定出力を備えた循環管にコイル状に巻かれた抵抗線が、除去可能な被膜の適当な熱的除去に効果的であることが分かった。被膜除去ステップ後に、被膜がそれから実質的に完全に除去された光ファイバのセクション２２は、ファイバ固定およびグレーティング書き込みステーション２４に入る。このステーション２４は、光放射源に対して光ファイバのセクション２２を固定する手段、およびそのセクション２２の光ファイバコア内に所定の波長またはブラッグ条件でブラッググレーティングを形成するためにそのセクション２２に光放射を適用する手段を含む。ブラッググレーティングが所望のブラッグ条件でセクション２２内の光ファイバのコアに書き込まれるように光ファイバ素子１２を十分に静止状態にして保持するセクション２２を固定する任意の手段が使用されても良い。処理されるべきセクション２２を固定する好適手段は、第１の張力クランプ２６およびステージクランプ２８から構成される。これらのクランプ２６、２８は、セクション２２の第１端部と第２端部とをそれぞれ機械的に捕らえる。光ファイバへの損傷を防止するために、クランプ２６、２８がセクション２２内の裸ファイバに近接する光ファイバ素子の被覆部分と係合することが好ましい。これらのクランプ２６、２８は、グレーティングが光ファイバに書き込まれている間に簡単にセクション２２を緊張した状態でしっかり所定位置に保持する、またはセクション２２内に所定ブラッグ条件を造るために光ファイバセクション２２に所定の長手方向のひずみを加えるために使用されても良い。グレーティングのブラッグ条件を微調整するために、共振周波数などの、ひずみがブラッググレーティング書き込み工程中に光ファイバに適用されても良いことは当業界では周知されている。典型的に、ファイバに適用されるひずみは、その機械的強度によって制限され、その結果得られる伸びはファイバの元の（予張りされた）長さの約１０％を超えるべきでない。その好適伸びは、約７％未満、最も好ましくは約５％未満である。例えば、カシヤップ(Kashyap)その外の米国特許第5,384,884号；バイロン(Byron)およびルアク(Rourke)のFabrication of Chirped Fibre Gratings by Nobel Stretch and Write Technique ， electronics Letters,１巻、３１号（１９９５年１月）;ザン(Zhang)その外のそのTuning Bragg Wavelength by Writing Gratings on Prestrained Fibers, Photonics Technology Letters,６巻、７号（１９９４年７月）を参照のこと。長手方向へのひずみの適用は、光ファイバの長さに沿った多数グレーティングに使用されても良い。張力がかけられていない光ファイバのセクション内の「下流」グレーティングは、張力がかかっているセクション内のグレーティングを監視するのに必要な光の波長を通過するので、光ファイバの周期的延伸がグレーティング書き込み工程の精度をリアルタイムで監視するのに使用されても良い。カシャップ(Kashyap)その外の米国特許第5,384,884号;キャンベル(Campbell)およびカシャップのSpectral Profile and Multiplexing of Bragg Gratings in Pho tosensitive Fiber ， Optics Letters,１６巻、１２号（１９９１年６月）を参照のこと。セクション２２に適用される長手方向のひずみは、張力クランプ２６を調整することによって変更されても良い。この張力クランプは、セクション２２に連続的に変更可能なひずみを適用するための任意の機械的手段(第１図に示されず)、例えば、クランプ式マイクロメータ、圧電変換ステージ、または単純おもりを含めても良い。例えば、張力クランプ２６の閉ループ制御を備えたひずみゲージなどの、ひずみを連続的に監視する手段は、ブラッググレーティング工程の自動化を支援するために装置内に組み入れられても良い。ステージクランプ２８は、典型的に単純クランプしかないが、セクション２２に様々なレベルのひずみを適用することができるものであっても良い。随意に、この張力クランプ２６およびステージクランプ２８は、その長手方向の軸周りで光ファイバセクション２２を回転させる手段を含めても良い。例えば、この回転能力は、適切なブラッググレーティング合成体を提供するために使用されても良い。この回転手段は、偏波または偏波保存光ファイバ素子の内部偏波軸に対して所定の向きを有するブラッググレーティングを作るために使用されても良い。例えば、ある外部基準方向に対して偏波または偏波保存光ファイバの回転的向きを決定するために米国特許第5,013,345号に記載された光学的アライメント撮像系および回動可能なクランプ機構が使用されても良い。一旦、処理される光ファイバのセクション２２が固定されると、光放射は固定およびグレーティング書き込みステーション２４内でセクション２２に適用されてそのセクション２２の光ファイバコア内に１つ以上のブラッググレーティングを造る。ブラッググレーティングは、当業界で周知の、例えば、位相マスク投影またはホログラフィーによってなど、任意の方法および任意の光学系２５によって光ファイバセクション２２内に造られても良い。例えば、ファリーズ(Farries )その外のFabrication and Performance of Packaged Fiber Gratings for Tele communications ，およびリズビ(Rizvi)その外のProduction of Bragg Gratings in Optical Fibers by Holographic and Mask Projection Methods ， Institutio n of Electrical Engineers，Optical Fiber Gratings and Their Applications ,１９９５年１月を参照のこと。ブラッググレーティングを形成するためにセクション２２を処理する好適方法が第１図に示される。この技術では、エキシマレーザ２５ａからのコヒーレント光放射２７は、位相マスク２５ｂを通過して照射され、セクション２２の長さと略垂直をなす方向でセクション２２内の光ファイバのコアに入る。好ましくは、位相マスク２５ｂに対するセクション２２の距離および向きは、書き込みヘッド板２９に機械加工された溝（図示せず）の配置によって精密に維持される。光ファイバのセクション２２内へのブラッググレーティングの書き込みに続いて、処理されたセクション２２は随意のアニールユニット３０に移動される。当業界では周知されているように、光ファイバブラッググレーティングのアニールは、グレーティングの光学的特性が長期間に渡って確実に一定となるようにする。エルドロガン(Erdrogan)その外のDecay of Ultraviolet-Induced Fiber Bragg Gratings ， J.Appl.Phys,７６巻、１９９４年７月の７３を参照のこと。このアニールは、典型的に、ブラッググレーティングを包含する光ファイバセクション２２を加熱されたチャンバまたはゾーン（図示せず）内に通過させることによって行われる。加熱されたチャンバ内では、放射または強制通風熱が、光ファイバのセクション２２をアニールするために適用された温度と反比例する期間適用される。必要とされるアニール時間は、光ファイバの特性および所望の最終使用用途によりまちまちであるが、典型的に、約３００℃の加熱ゾーン内での１分間のドエルタイムで十分である。随意のアニールステップに続いて、処理されたセクション２２は、包装ユニット４０に移動される。この包装ユニット４０では、ブラッググレーティングが書き込まれる光ファイバのセクション２２は、その最終の使用用途のためにカバーで覆われるまたは包装される。例えば、包装セクション４０では、セクション２２は、一時的または永久被膜で再被覆される、一時的または永久的硬質または可撓性スリーブが取り付けられる、またはコネクタなどの、機械的装置が付着されてそのセクション２２を覆うようにしても良い。好ましくは、包装セクション４０では、ブラッググレーティングを包含する処理済みセクション２２、または光ファイバ素子１２の全体は、任意の従来の一時的または永久的保護被膜で再被覆される。光ファイバ素子１２上に提供された元の除去可能な被膜が裸のセクション２２を除く光ファイバ長の全体に沿って所定位置にある場合、ファイバ長に沿ったブラッググレーティングの場所を確認するためには、セクション２２を含む光ファイバ素子１２の全体が、元の除去可能な被膜と視覚的に区別できる材料で再被覆されても良い。例えば、元の除去可能な被膜が彩色される場合、包装セクション４０で適用される再被覆材料が透明である、またはその逆であっても良い。代わりに、包装セクション４０で適用される再被覆材料は、元の除去可能な被膜と異なる肉厚またはテクスチャを有しても良い。再被覆カラー識別子に加えて、またはその代わりに、セクション２２内のブラッググレーティングの位置が、再被覆されたセクション２２に人が読み取ることができるまたは機械が読み取ることができる印を添付することによって確認されても良い。例としては、バーコード、カラーバー、機械読み取り可能な記号、またはそれらの任意の組合せを含めても良い。包装に続いて、再被覆されたセクション２２は、再被覆ユニットで適用された被膜および/または印を硬化させる必要がある場合に随意の硬化ユニット５０に移動される。この硬化は、当業界で周知の任意の適切な方法によって行われても良い。硬化ステップに続いて、少なくとも１つのブラッググレーティングをその中に備えた完成された光ファイバ素子は、一連のアライメントプーリ６０を通って、保管または次の処理のために巻き取りスプール６２に再び巻き上げられる。本発明の装置および方法は光ファイバ素子１２の単一の所定セクション２２内への単一の光ファイバブラッググレーティングの形成に対して説明してきたが、この装置および方法は、光ファイバ素子の単一の所定セクション内に多数のブラッググレーティングを、またはスプライスしないで、単一の光ファイバ素子の多数のセクションに個別のブラッググレーティングを形成するために使用されても良いことは当業者には明白であろう。例えば、除去可能な被膜が第１図に示された装置の被膜除去ステーション２０内で光ファイバ素子の第１のセクションから除去された場合、第１のセクションは、次に、第１図に示されるような固定およびグレーティング書き込みステーション２４に進められる。この第１のセクションは、個別または多数のブラッググレーティングをその中に造るために固定およびグレーティング書き込みセクション内でレーザ処理されるあいだに、除去可能な被膜が被膜除去ステーション内の光ファイバ素子の第２のセクションから除去される。第１のセクションがアニールステーション３０に進められると、第２のセクションは、個別または多数のブラッググレーティングをその中に造るために固定/書き込みステーション２４内に進められ、次に第３のセクションが被膜除去ステーション２０内で処理される等々。そのような方法が単一光ファイバ内に多数のグレーティングを造るために使用されると、ひずみが、形成中のその特性を連続的にリアルタイムで監視するために固定/書き込みステーション内のセクションに適用されても良い。例えば、第２Ａ図は、本発明の方法を使用してグレーティングアレイを形成するために単一光ファイバ素子内の１．２メートルの中心に書き込まれた一連の１５個のグレーティングの波長の変化に対する反射のスペクトル分析器プロットである。アレイ内のブラッググレーティングの中心波長（第２Ａ図のピークＡを参照）は、約１５５１nmである。第２Ｂ図では、アレイ内の１５番目のグレーティングが長手方向のひずみをうけて配置され、その中心波長は約１５５４nmまでシフトすることが観察された(第２Ａ図のピークＢを参照)。アレイ内の１４個のひずみがかけられていないグレーティングの中心波長は、約１５５１nmで一定であることが観察され(第２Ｂ図のピークＡを参照)、これはアレイ内のグレーティングの特性が均質であることを証明する。ここで説明された実施例はいかなる意味でも本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。本発明の他の修正は先に記載されたものを見ることで当業者には明白となろう。これらの記載は、本発明を明瞭に開示する実施態様の特定例を提供しようとするものである。よって、本発明は、記載された実施例、またはその中に包含された特定の要素、寸法、材料、または構造の使用に限定されない。添付のクレイムの趣旨および範囲を逸脱しない全ての交代的修正および変形は本発明に含まれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年６月３０日（１９９８．６．３０）【補正内容】請求の範囲１．光ファイバブラッググレーティングを製造するための連続的方法であって、（ａ）処理ラインに順次配置された被膜除去ステーション、グレーティング書き込みステーション、および再被覆ステーションから成る装置内に、熱的に除去可能な被膜を有する連続長の光ファイバ素子を引き込むステップと、（ｂ）前記光ファイバ素子の第１のセクションが前記被膜除去ステーション内に入るまで前記連続長の光ファイバ素子を装置内に進め、前記熱的に除去可能な被膜をそれから除去するために前記第１のセクションを加熱したガス流にさらすステップと、（ｃ）前記第１のセクションが前記グレーティング書き込みステーション内に入り、第２のセクションが前記被膜除去ステーション内に入るまで前記光ファイバ素子を前記装置内に進めるステップであって、（ｉ）前記グレーティング書き込みステーション内で、前記光ファイバ内に光放射を当て、前記第１のセクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを書き込み、（ii）前記被膜除去ステーション内で、前記熱的に除去可能な被膜をそれから除去するために前記第２のセクションを加熱したガス流にさらす、ステップと、（ｄ）前記第１のセクションが前記再被覆ステーション内に入り、前記第２のセクションがグレーティング書き込みステーション内に入り、さらに第３のセクションが前記被膜除去ステーション内に入るまで前記光ファイバ素子を前記装置内に進めるステップであって、（ｉ）前記再被覆ステーション内で、前記熱的に除去可能な被膜と異なる第２の被膜で前記第１のセクションを再被覆し、（ii）前記グレーティング書き込みステーション内で、前記第２のセクションを固定するために前記第２のセクションの第１端と前記第２のセクションの第２端とを捕らえ、前記光ファイバ内に光放射を当て、前記第２のセクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを書き込み、（iii）前記被膜除去ステーション内で、前記熱的に除去可能な被膜をそれから除去するために前記第３のセクションを加熱したガス流にさらす、ステップと、（ｅ）所望の数のブラッググレーティングが前記光ファイバ内に書き込まれるまで前記光ファイバ素子を前記装置内に連続的に進めるステップと、を含む方法。２．ステップ（ｃ）が前記第１のセクションの第１端と第２端とにおいて前記ファイバを捕らえることを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。３．ステップ（ｃ）が前記所定セクションに長手方向のひずみをかけ、前記ブラッググレーティングを監視することをさらに含む、請求の範囲第２項に記載の方法。４．ステップ（ｃ）での前記光放射が位相マスク投影、ホログラフィー、およびそれらの組合せの少なくとも１つによって前記ファイバに当てられる、請求の範囲第１項に記載の方法。５．前記装置がアニールステーションをさらに含み、前記方法がステップ（ｃ）に続いて前記光ファイバ素子を前記アニールステーションに進め、前記光ファイバをアニールすることをさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。６．前記装置が張力制御巻出しおよび巻取りスプールをさらに含み、前記光ファイバ素子が前記巻出しスプールから巻出され、前記巻取りスプールによって巻き取られる、請求の範囲第１項に記載の方法。７．ブラッググレーティングを製造するためのインライン連続的方法であって、（ａ）熱的に除去可能な重合体被膜を有する連続長の光ファイバ素子を提供するステップと、（ｂ）前記連続長の光ファイバ素子のセクションを被膜除去ステーションに配置し、前記セクション内の前記光ファイバの略裸部分を露出させるために前記連続長の光ファイバ素子の前記セクション内の前記熱的に除去可能な被膜の少なくとも一部分を熱的に解重合するステップと、（ｃ）前記連続長の光ファイバ素子の前記セクションを書き込みステーション内に配置し、放射源に対して光ファイバの前記裸部分を固定するステップと、（ｄ）前記放射源から光ファイバの前記裸部分内に放射を当て、少なくとも１つのブラッググレーティングを書き込むステップと、（ｅ）前記連続長の光ファイバ素子の前記セクションを再被覆ステーションに配置し、光ファイバの前記裸部分を再被覆するステップと、（ｆ）前記光ファイバ素子内に多数のブラッググレーティングを書き込むことが必要な場合に前記光ファイバ素子の長手方向に沿った異なるセクションに対してステップ（ｂ）〜（ｅ）を順次反復し、前記光ファイバ素子の異なるセクションのそれぞれが、異なるステーションの１つに配置される、ステップと、を含む方法。８．ステップ（ｄ）に続いて光ファイバの前記裸部分をアニールステーションに配置し、前記光ファイバをアニールするステップをさらに含む、請求の範囲第７項に記載の方法。９．前記ブラッググレーティングを確認するためにステップ（ｅ）に続いて前記セクションにマークを付けることをさらに含む、請求の範囲第７項に記載の方法。１０．ステップ（ｅ）に続いて前記第２の被膜を硬化させることをさらに含む、請求の範囲第７項に記載の方法。１１．前記第２の被膜が前記熱的に除去可能な被膜と異なる色である、請求の範囲第７項に記載の方法。１２．前記第２の被膜が前記熱的に除去可能な被膜と異なる肉厚を有する、請求の範囲第７項に記載の方法。１３．ステップ（ｃ）が前記所定セクションに少なくとも１つの長手方向のひずみを加えることをさらに含む、請求の範囲第７項に記載の方法。１４．前記被膜を熱的に解重合する前記ステップが、ステップ（ｂ）での前記被膜の熱的除去に続いて、FOTP-28に準拠して測定されたとき、前記光ファイバが、熱的に解重合する前記ステップ前の前記光ファイバのワイブルモジュラスの少なくとも５０％である所定ワイブルモジュラスを有するように不活性ガスを加熱したガス流に前記光ファイバをさらし、前記ガス流の温度を制御することを含む、請求の範囲第７項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者ラバイン，ブルース・エイアメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427 (72)発明者ボール，ゲイリー・エイアメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427 (72)発明者シン，ハーミートアメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427 (72)発明者サンダーズ，ポール・イーアメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427

Claims

【特許請求の範囲】１．光ファイバ素子内にブラッググレーティングを製造する方法であって、（ａ）光放射源を用いて行う次の処理のために前記素子の少なくとも１つの所定セクション内の光ファイバを十分に露出させるのに前記セクション内の除去可能な被膜の少なくとも一部分を除去するステップと、（ｂ）前記光放射源に対して前記少なくとも１つのセクションを固定するステップと、（ｃ）前記少なくとも１つのセクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを造るために前記光放射源から前記光ファイバ内に光放射を当てるステップと、（ｄ）前記少なくとも１つのセクションを覆うステップと、を含む方法。２．ステップ（ａ）が前記被膜の機械的、化学的、および熱的除去のうちの少なくとも１つを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。３．ステップ（ｂ）が前記所定セクションの第１端および第２端で前記ファイバを捕らえるステップを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。４．ステップ（ｂ）が前記所定セクションに長手方向のひずみを加えるステップをさらに含む、請求の範囲第３項に記載の方法。５．ステップ（ｃ）での前記光放射が、位相マスク投影、ホログラフィー、およびそれらの組合せの少なくとも１つによって前記ファイバ内に当てられる、請求の範囲第１項に記載の方法。６．ステップ（ｃ）に続いて前記光ファイバをアニールするステップをさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。７．ステップ（ｄ）が前記所定セクションを再被膜および包装するうちの少なくとも１つのステップを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。８．光ファイバブラッググレーティングを製造する方法であって、（ａ）熱的に除去可能な被膜を備えた光ファイバ素子を作製するステップと、（ｂ）前記熱的に除去可能な被膜を除去し、前記光ファイバを露出させるために前記光ファイバ素子の少なくとも１つの所定セクションを加熱したガス流にさらすステップと、（ｃ）前記少なくとも１つのセクションを固定するために前記光ファイバの第１端および前記光ファイバの第２端を捕らえるステップと、（ｄ）前記少なくとも１つのセクション内に少なくとも１つのブラッググレーティングを製造するために光放射を前記光ファイバ内に当てるステップと、（ｅ）第２の被膜で前記少なくとも１つのセクションを再被覆するステップと、を含み、前記第２の被膜が前記熱的に除去可能な被膜と同じでも異なっていても良い、方法。９．ステップ（ｄ）に続いて前記光ファイバをアニールするステップをさらに含む、請求の範囲第８項に記載の方法。１０．前記ブラッググレーティングを識別するためにステップ（ｅ）に続いて前記セクションにマークを付けるステップをさらに含む、請求の範囲第８項に記載の方法。１１．ステップ（ｅ）に続いて前記第２の被膜を硬化させるステップをさらに含む、請求の範囲第８項に記載の方法。１２．前記第２の被膜が前記熱的に除去可能な被膜と異なる色である、請求の範囲第８項に記載の方法。１３．前記第２の被膜が前記熱的に除去可能な被膜と異なる肉厚を有する、請求の範囲第８項に記載の方法。１４．ステップ（ｃ）が前記所定セクションに少なくとも１つの長手方向のひずみをかけるステップをさらに含む、請求の範囲第８項に記載の方法。１５．前記光ファイバが、ステップ（ｂ）での前記被膜の熱的除去に続いて、 FOTP-28に準拠して測定されたとき、所定のワイブルモジュラスを有する、請求の範囲第８項に記載の方法。