JP2003505714A - グレーティング構造を書き込む方法 - Google Patents

グレーティング構造を書き込む方法

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Abstract

(57)【要約】 コヒーレントビーム（１０）を少なくとも３つのビーム（１２、１３、１４）に分割し、それらを導波路（１７）で干渉させることによって、グレーティング構造が感光性の導波路（１７）内に書き込まれる。ビームは、位相マスク（１１）によって回折される１つのゼロ次ビーム（１２）と２つの一次ビーム（１３、１４）を含んでいてもよく、それらの相対的な位相および振幅は、グレーティング周期および形状を制御しかつ／または調整するために、変調させてもよい。該方法によって、一次グレーティングと二次グレーティングとが重なり合ったグレーティング構造を書き込むことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、概して、感光性の光導波路内にグレーティング構造を書き込む方法
に関する。本発明はさらに、当該方法に従って書き込んだグレーティング構造、
およびこのようなグレーティング構造を組み込んだ光デバイスに関する。
【０００２】 発明の背景 光デバイスは、一般的な電気通信分野において益々重要になりつつある。特に
、光ファイバーによるデータの伝送は、従来のデータ伝送システムの魅力的な代
替である。
【０００３】 従って、例えば、光ファイバーによるデータ転送を容易にする光デバイスの開
発に大きな重要性がある。多くの光デバイス設計は、例えばフィルタリングや検
知を含む、様々な光学処理機能のためのグレーティング構造を包んでいる。
【０００４】 従って、新たな光デバイスの設計を容易にするために、感光性の導波路内にグ
レーティング構造を書き込む新たな方法を提供することが望ましい。
【０００５】 発明の要旨 本発明の第一の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を形成す
る方法が提供され、当該方法は、入力されたコヒーレントビームを少なくとも３
つのコヒーレントビームに分割するステップを有し、該３つのコヒーレントビー
ムが第一の所定のポジションにおいて干渉する様に、それらビームをそれぞれの
光路を通して伝達するステップを有し、感光性の導波路内に誘起される屈折率変
化を経て、該所定のポジションにグレーティング構造を形成するように、感光性
の導波路を該第一の所定のポジションに配置するステップを有する。
【０００６】 本発明の少なくとも好ましい実施態様では、３つのコヒーレントビームの干渉
は、非正弦波状プロフィールを有するグレーティング構造の書き込みを容易にす
ることができ、すなわち、非正弦波状屈折率プロフィールを感光性の導波路内に
誘起させることができる。
【０００７】 別の実施態様では、本発明は、１つの書き込みプロセスで、重なり合った異な
る次数のグレーティングの書き込みを容易にする方法を提供することができる。
換言すれば、３つのコヒーレントビームのそれ自体における干渉は、異なる次数
のグレーティングの「同時」書き込みを行うことができる。
【０００８】 １つの実施態様では、入力されたビームを分割するステップは、入力されたビ
ームの回折を有する。入力されたコヒーレントビームを３つのコヒーレントビー
ムに分割することは、位相マスクを利用してもよい。３つのコヒーレントビーム
は、２つの一次回折ビームと、１つのゼロ次回折ビームとからなってもよい。
【０００９】 別の実施態様では、入力されたコヒーレントビームの分割は、１００％未満反
射のミラーを少なくとも２つ利用するものである。光路に沿った伝達は、該所定
のポジションに２つのビームを向けるように、それらを反射するための屈折素子
を少なくとも２つ利用するものである。
【００１０】 当該方法は、好ましくは、生じたグレーティング構造の周期を調整するステッ
プを有することができる。周期の調整は、３つのコヒーレントビームの伝達にお
いて利用された反射素子の傾きによって達成され得る。
【００１１】 有利には、当該方法は、感光性の導波路中に生じた屈折率プロフィールの形状
を調整するステップを有することができる。形状の調整は、干渉する３つのコヒ
ーレントビームの相対的強度を調節することによって達成され得るものである。
【００１２】 好ましい実施態様では、当該方法は、互いに異なる次数のグレーティングの書
き込みの間のスイッチングを行うステップを有するものである。スイッチングは
、３つのコヒーレントビームの少なくとも１つを選択的に遮断することによって
達成され得る。従って、例えば一次グレーティングの領域と例えば二次グレーテ
ィングの領域とが交互に周期的になっているグレーティング構造を書き込むこと
ができる。例えば二次グレーティングの領域では、二次グレーティングは、例え
ば一次グレーティング上に重ね合わせてもよい。
【００１３】 ３つのビームのうちの少なくとも１つのビームの強度を、他の２つのビームに
対して変調するステップを、伝達ステップがさらに有することができる。
【００１４】 第一の所定のポジションで干渉するビームのうちの２つの位相および／または
強度を変調することを、伝達ステップが有することができる。
【００１５】 本発明の別の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を書き込む
方法が提供され、当該方法は、入力されたコヒーレントビームを、位相マスクを
用いて２つのｎ次ビームとゼロ次ビームとに分割するステップを有し、ここで、
第ｎ番目は、第一番目と等しいかまたはそれより大きく、ｎ次ビームとゼロ次ビ
ームとが重なり合う位相マスク表面に、感光性の導波路を実質的に隣接させて配
置するステップを有し、感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て導波路
内にグレーティングを造る間に、位相マスクで伝達されたゼロ次ビームの総量を
変調するステップを有する。
【００１６】 形成されたグレーティング構造は、導波路の光伝達方向に沿った非正弦波状プ
ロフィールを持つグレーティングを有していてもよい。
【００１７】 グレーティング構造は、一次グレーティングを有していてもよい。
【００１８】 グレーティング構造は、より高次のグレーティングを有していてもよい。
【００１９】 好ましくは、グレーティング構造は、重なり合った互いに異なる次数のグレー
ティングを有する。グレーティング構造は、重なり合った一次と二次のグレーテ
ィングを有していてもよい。
【００２０】 本発明の別の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を書き込む
ための装置が提供され、当該装置は、入力されたコヒーレント光のビームを少な
くとも３つのコヒーレントビームに分割するための手段を有し、使用時に、感光
性の導波路内に誘起される屈折率変化を経てグレーティング構造を書き込むため
の第一の所定のポジションで干渉パターンを形成するよう、３つのコヒーレント
ビームのそれぞれを該所定のポジションに伝達するためのオプティカル回路を有
する。
【００２１】 好ましくは、当該装置は、ビームのうちの１つの、他に対する相対位相および
／または強度を、変調するための変調手段を少なくとも１つ有する。
【００２２】 入力されたビームを分割するための手段は、回折手段を有していてもよい。
【００２３】 ３つのビームは、ゼロ次の回折ビームと、２つの一次回折ビームとを有してい
てもよい。
【００２４】 本発明の別の態様によれば、本発明の方法に従って書き込まれたグレーティン
グ構造を有する、オプティカルフィルターが提供される。
【００２５】 好ましくは、導波路のコア軸に実質的に垂直でフィルターの掛かった光エネル
ギーの放出を、グレーティング構造中の二次変調が、使用時に生じさせるもので
ある。
【００２６】 当該フィルターはチャープな二次グレーティングを有し、該グレーティングは
、導波路のコア軸に実質的に垂直な、所定の波長の光エネルギーを伝達するもの
であって、かつ導波路に沿った所定のポジションにあってもよい。
【００２７】 重なり合った一次グレーティングと二次グレーティングを有するグレーティン
グを、グレーティング構造が有していてもよい。
【００２８】 １つの適用では、フィルターは、分光器のデバイス中で利用され得る。別の適
用では、導波路は、分布帰還型レーザーまたは分布型ブラッグリフレクタンスレ
ーザーを有することができ、フィルターの掛かった光エネルギーがレーザーから
の放出を形成する。さらなる適用では、二次グレーティング構造は、一連の別個
に間隔を開けて配置された二次グレーティングを有し得る。さらなる適用では、
グレーティング構造は、その長さに沿って、空間的に変化する量のゼロ次の変調
を用いて形成され得る。
【００２９】 本発明の別の態様によれば、本発明の方法に従って書き込まれた一次グレーテ
ィング構造を有する、オプティカル自由空間カプラーが提供される。
【００３０】 好ましくは、第一のグレーティング構造は、第一の光導波路内に形成され、か
つ、該第一の導波路のコア軸に実質的に垂直でフィルターの掛かった光エネルギ
ーの放出を提供するように配置され、そして、第二のグレーティング構造は、フ
ィルターの掛かった光エネルギーの放出経路内に配置された第二の光導波路内に
形成され、該第二のグレーティング構造は、フィルターの掛かった光エネルギー
の一部を第二の光導波路に沿って結合することができ、そして、第一のまたは第
二のグレーティング構造のうちの少なくとも１つは、二次グレーティングを有す
る。
【００３１】 第一のまたは第二のグレーティング構造のうちの少なくとも１つは、重なり合
った一次グレーティングと二次グレーティングを有していてもよい。
【００３２】 第二の二次グレーティングと結合する前に、フィルターの掛かった光エネルギ
ーが通過するサンプル容量が使用される場合、カプラーはセンサーとして使用さ
れ得る。第一の導波路または第二の導波路の一部分は、好ましくは、反射材料で
被覆される。この反射材料は、第一の二次グレーティングから第二の二次グレー
ティングへの所定の伝送経路に沿って、フィルターの掛かった光エネルギーを集
める。
【００３３】 本発明の別の態様によれば、本発明の方法に従って書き込まれた一次グレーテ
ィング構造を有するオプティカルセンサーが提供される。
【００３４】 グレーティング構造は、好ましくは、光導波路内に形成された二次グレーティ
ングを有し、該グレーティング構造は、光導波路に実質的に垂直な光エネルギー
のレシプロカル放出を提供するよう、所定の二次変調を持ち、当該センサーは、
さらに、光導波路の隣に間隔を置いて配置された光学的感応性材料を有し、該材
料は、外部からの物理的パラメーターに従って変化する光学的反射特性を有し、
該材料は、グレーティング構造から放出された光エネルギーを、該グレーティン
グ構造に反射して返すものである。
【００３５】 グレーティング構造は、一次グレーティングと二次グレーティングとの重なり
合わせを有していてもよい。
【００３６】 本発明の別の態様によれば、本発明の方法に従って、光ファイバーに書き込ま
れたグレーティング構造が提供される。
【００３７】 本発明の別の態様によれば、光ファイバーにおける分散補償器のリップルを抑
制するためのデバイスが提供され、当該デバイスは、リップルの抑制を達成する
ための光学的な損失のメカニズムを提供するために本発明の方法に従って書き込
まれたグレーティング構造を有する。
【００３８】 好ましくは、グレーティング構造は二次グレーティングを有する。
【００３９】 グレーティング構造は、重なり合った一次グレーティングと二次グレーティン
グを有していてもよい。
【００４０】 本発明の別の態様によれば、光ファイバーにおける分散を補償するための分散
補償器が提供され、当該補償器は、リップルを抑制するための光学的な損失のメ
カニズムを提供するために本発明の方法に従って書き込まれたグレーティング構
造を有する。
【００４１】 好ましくは、グレーティング構造は、より高次のグレーティングを有する。
【００４２】 グレーティング構造は、二次のグレーティングを有していてもよい。
【００４３】 グレーティング構造は、重なり合った一次グレーティングと二次グレーティン
グを有していてもよい。
【００４４】 前述の配置では、グレーティング構造は、垂直方向の放出を提供するために、
光導波路の中心軸からオフセットで形成され得る。さらに、他のより高次のグレ
ーティング構造（すなわち、二次よりも高い）が利用され得ることを当業者は理
解するだろう。以下に示す好ましい実施態様の説明において、二次グレーティン
グ（ならびに、重なり合った一次と二次のグレーティングから形成されるグレー
ティング）についての計算が示される。より高次のグレーティングについて同様
の計算が行われ得ることが理解されるが、しかし、損失特性は、異なるより高次
のグレーティング間で変化するであろうことに注目する。例えば、損失の角度指
向性が異なる。
【００４５】 ３つのコヒーレントビームが、ゼロ次の回折ビームと２つの一次またはより高
次の回折ビームとを有する場合、その長さに沿って、空間的に変化する量のゼロ
次変調を有するグレーティング構造を形成することができる。
【００４６】 本発明の範囲内に包含され得る任意の他の形態以外に、ただ単に例として、本
発明の好ましい形態を以下の添付の図面を参照してここに記載する。
【００４７】 好ましい態様および他の態様の説明 好ましい態様では、グレーティング構造に実質的に垂直な光エネルギーの放出
を許容するグレーティング構造が作られる。これは、グレーティングの外側での
放射モードに対する高次の結合の利用によって提供される。
【００４８】 まず、図１に注目すると、グレーティング構造２を有する光ファイバー１が示
される。光は、該ファイバーのコア３に沿って伝送され、該グレーティング２は
、垂直方向に一部５を伝送するのに加えて、光の一部を反射している。
【００４９】 伝播定数βgを有するファイバー３に沿って進行するガイドされた光波は、グ
レーティング２のフーリエ成分と相互作用して、伝播定数βr＝Ｒｅ（βg）−２
πｐ／Λ（ｐ＝±１，±２，．．．）［式中、Λはグレーティング周期である］
を有する放射モードを励起させる。伝播定数βrを有する放射モードは、｜βr｜
＜２πｎ2／λ［式中、λは、自由空間の波長であり、ｎ2は、ファイバー１のク
ラッディングの屈折率である］の場合にだけ存在する。従って、Ｒｅ（βg）＝
π／Λ、および２πｎ2／λ＜Ｒｅ（βg）＜２πｎ1／λを有する一次グレーテ
ィングにおいて、放射モードは励起され得ない。しかし、ブレーズ（blazed）グ
レーティングおよびより高次のグレーティングの場合、これは、もはや、そのよ
うな状態ではない。ブレーズは、大半の書き込みのセットアップにおける正確な
アライメントで容易に除去されるので、大して考慮されない。他方、二次グレー
ティングの場合、Ｒｅ（βg）＝２π／Λである。これは、ｐ＝±１の場合、グ
レーティングにおいて後方および前方の両方に伝播する導波モードが、βr＝０
である放射モードと結合することを意味する。伝播定数βrを有する放射モード
の場合、クラッディング層の放射角は以下に示される。
【００５０】
【数１】
【００５１】 二次グレーティングの放射角は、従って、９０°であり、一次放射損失が生じ
るだろう。強い指向性が期待される。損失の量は、多くのファクターに依存する
だろう。該ファクターは、屈折率変調、屈折率変調プロフィール、および導波路
コアを横切るＵＶ誘起された屈折率変化の貫通を含み、導波路の周囲の放射損失
の強度プロフィールを決定する−これは、半導体の放射結合グレーティングにお
ける異なる歯状屈折率プロフィールで予測された挙動に類似し、そしてまたファ
イバーグレーティングにおいて以前に実験的に観察されている。二次グレーティ
ングの存在は、従って、ブラッググレーティングの側方から出て結合されるかな
りの光をもたらし得る。
【００５２】 本発明の１つの態様では、二次グレーティングは、グレーティングを書き込む
とき、ゼロ次の回折モードを利用することによって、構築され得る。
【００５３】 ゼロ次を利用するための多くの様々な技術が可能である。１つの態様では、図
２に概略図で示されるように、３つ以上のビーム干渉配置が使用され得る。初期
コヒーレントビーム１０は、ゼロ次ビーム１２と、２つの一次ビーム１３、１４
を含む３つのビームが出力されるように、位相マスク１１を介して投射されてい
る。干渉パターンを生じさせるために、２つのビーム１３、１４は、ポイント１
７で干渉するようにミラー１５、１６で反射される。感光性ファイバー１８は、
通常干渉パターンに従う反射率の変化によって干渉パターンがファイバー中に与
えられるように、このポイントに配置される。好ましい態様において、ゼロ次ビ
ーム１２もまた、一次および二次グレーティングを有するハイブリッドグレーテ
ィングを形成するための二次グレーティングを提供するために、同一ポイント１
７でファイバー上に投射される。光ファイバー１８上に形成されるパターンの位
相を制御することに加えて、一次に対するゼロ次の量を制御するために、好まし
くは、減衰器２１および位相変調または減衰のエレメント２０、２２が提供され
る。このようにして、ゼロ次ビームの量の制御された混合に加えて、チャーピン
グおよび他の効果が生じ得る。
【００５４】 ゼロ次ビームの量を制御する他の配置が可能である。例えば、図３では、位相
マスク３０が提供され、かつファイバー３１が該位相マスクの後側に配置される
「直接書き込み」システムが概略図で示される。コヒーレントＵＶビーム３２が
、ゼロ次ビーム３６に加えて一次干渉ビーム３４、３５を生じる位相マスクに沿
って、掃引される。図３の配置では、位相マスク３０の深さを変化させることが
、ゼロ次ビームの量を変更させるために使用され得る。
【００５５】 従って、好ましい態様では、一次および二次の周期性の両方を有する超構造の
グレーティングが、ゼロ次ビームおよび一次ビームを利用して形成される。
【００５６】 該メカニズムにおける基本的な前提は、位相マスクの＋１および−１回折次数
との顕著なゼロ次の相互作用から生じる。各回折したビームの角度θmは、回折
グレーティング上の単色光入射について以下の式から計算することができる。
【００５７】
【数２】
【００５８】 ここで、θiは入射ビームの角度（回折グレーティングに対して垂直の場合、
０°）であり、ｍは回折次数であり、λは書き込み波長であり、Λは位相マスク
の周期である。適切な角度を用いて、周期はΛm、n＝λ／ｓｉｎ（θm、n）であり
、ここで、θm、nは２つの次数間の角度である。この式は、同様に式（１）から
誘導される。この振幅を決定するために、個々の振幅ａNの実数成分と複素数成
分との合計を２乗することによって、強度を計算することができる。ここで、Ｎ
は位相マスクの回折次数である。
【００５９】
【数３】
【００６０】 角度の量θN（これは、各波の位相を決定する）は以下の式から得られる。
【００６１】
【数４】
【００６２】 ここで、ｄは位相マスクの周期（実験で１．０６４μｍと特定された）である
。上記式は、位相マスク直後の電界分布を算出する。これは、リブ導波路上への
グレーティングの直接密着焼きに適しているが、ほとんどの場合、埋込導波路お
よび光ファイバ（ここで、コアは、位相マスクから、クラッディングによって決
定されるある距離をおいている）には、各波の振幅において付加的なターム（te
rm）が必要である。位相マスク表面から離れたトールボット平面（これは、導波
路よりも小さいディメンションを有する周期を有することができる）は無視され
る。
【００６３】 図４は、ゼロ次の種々の量について、０、＋１および−１次の間の相互作用か
ら生じる計算した強度分布を示す。入射光の大部分がこれらの次数にあると仮定
すると、これらの次数間の干渉のピークでの強度は、入射光の強度よりも実質的
に常に大きい。注目すべきは、ゼロ次が入力光のたった１％であるとしても、実
質的なピーク強度の最大は、１μｍごとに生じる。ＵＶを用いた屈折率の現象学
的成長がしばしば線形ではないので、この差異は、発生した屈折率プロフィール
を検査する場合により大きくあり得る。図５は、βr＝０の放射モードに対して
少量の回折光結合を有するこのような小さな複雑なグレーティングの概略図であ
る。
【００６４】 ゼロ次と＋１次と−１次との間の干渉の重ね合せの結果として、二次グレーテ
ィングのコンポーネントが存在する。一次グレーティングのブラッグ波長での回
折は、ブラッググレーティングのピッチの２倍の基準を満足する波長（すなわち
、Λ2nd＝ΛB／Ｎ−２ΛB）で９０°で生じる。相対強度は、二次グレーティン
グのピークインデックス振幅とブラッググレーティングのピークインデックス振
幅との比（Δｎ2nd／ΔｎB）に依存する。予想される損失を定量化するために、
多数のパラメーター（グレーティングの成長曲線および回折した位相マスク次数
の強度を含む）の系統的かつ注意深い測定が要求される。しかしながら、これら
の複雑な組み合わせグレーティング上部構造における損失は、強力な純粋の二次
グレーティングの損失よりも常に小さく、この二次グレーティングは、グレーテ
ィング軸に対して直角の放射モードに対してその光の３ｄＢまで結合することが
できる。
【００６５】 従って、二次グレーティングの構造は、任意のビームのゼロ次のコンポーネン
トの適切な制御によって、異なるフォトニクスデバイスにおいて多数の様式で利
用することができる。様々なデバイスは、本明細書中で以後、別の項目で議論す
る。
【００６６】 フィルター 光信号のフィルタリングを提供することがしばしば必要である。１つの特定の
一般的な場合は、例えば、エルビウムドープしたファイバーのゲインの平坦化で
ある。エルビウムドープしたファイバーのゲインは、波長と共に変化する傾向に
あり、図６に概略的に４０で示す。広い帯域幅にわたって同じレベルのゲインを
提供することが明らかに望ましい。ゲインが波長にわたって実質的に一定４１で
あるように可変フィルターを設けることも望ましい。このようなフィルターは、
図７に示すように構築することができ、ここで、二次グレーティング４５はファ
イバー４６中に形成される。グレーティング４５は、異なる周波数で所定の反射
率基準を有するチャープなグレーティングであり得る。また、特定の波長で高レ
ベルのゲインが存在する場合に、ビームのより高い程度の放射で例えば４７の可
変マウントの光を照射するために、グレーティングはゼロ次ビームによって変調
される。この様式において、エネルギーを照射し、それゆえゲインの平坦化を提
供するために、一次および二次のグレーティングの上部構造を書き込むことがで
きる。得られる出力４８は、ゲインが平坦化された狭いバンド応答である。図７
の配置はまた、透過モードで操作するよう設計することができる。有利には、そ
れは、クラッディングモードのバリエーションに対して低い感度を有する。
【００６７】 分光計 図７の原理は、分光計タイプのデバイスの構築に拡張することができる。この
ような配置を図８に示し、ここでは、一次および二次の両方のグレーティング構
造を有するチャープなグレーティング５０が提供される。従って、異なる波長、
例えば、５１、５２、５３は、チャープの周期性に依存して垂直方向に放射され
る。従って、図８の配置は、分光分析または波長分割多重フィルターにおいて利
用することができる。図８の配置は、図９に示すような平面導波路形態に拡張す
ることができ、ここでは、導波路６０は、波長λ1、λ2、λ3を放射するチャー
プなグレーティング構造６１を含む。分析のために送られ得る放射された光を集
めるために、３つの集光器６３〜６５が提供される。従って、入力光６６はその
波長チャンネルに分割される。
【００６８】 面発光グレーティング 重なり合ったグレーティング構造の構築は、レーザーなどに使用するための面
発光グレーティングの形成に拡張することができる。配置の最初の例は図１０に
示すようなものであり、ここでは、レーザー構造７０には分布型ブラッグレフレ
クター７１、７２が備えられている。ポンプ入力は、何もなく通過（laze）する
ための中間部分７４を生じ、レーザー光の放射７６のための重なり合ったグレー
ティング構造７７の二次グレーティング７５が提供され、一方、重なり合ったグ
レーティング構造７７の一次グレーティング７２は反射する。
【００６９】 図１１は、別の配置を示し、ここでは、レーザー放射のための別の重なり合っ
たグレーティング構造８０が提供される。図１０および１１の配置は、サイドモ
ードの縮退の妨害を提供する二次グレーティングを有する分布帰還型（ＤＦＢ）
レーザーに拡張することができる。これによって、容易な結合および高出力を有
する集積光学用の大面積ポンプレーザーが可能となる。
【００７０】 重なり合ったグレーティング構造は、センサーソースなどとしての利用のため
の拡大面積の「セミコヒーレントな」エミッターとして、図１２に示すように利
用することができる。
【００７１】 自由空間カプラー 二次グレーティングの利用は、自由空間結合を提供することに拡張することが
できる。図１３に示すような適切な配置、ここでは、ファイバー８２に沿って伝
送された入力光８１を、内部導波路８３を有する平面導波路構造８４に結合する
ことが望ましい。二次グレーティング８６は、反射コーティング８７をも含むフ
ァイバー８２の一方の端部に構築される。反射コーティングは、ファイバー８２
に対して垂直に出力された光を導波路８３まで下方に反射し、ここでは、さらな
る二次グレーティング８８が形成される。グレーティング８８は、相反定理によ
って導波路へ放出された光（ここではそれは出力８３である）と結合する。
【００７２】 フィルター、レーザーなどのためのビーム発散の制御 重なり合ったグレーティング構造の原理は、複数の二次グレーティング(例え
ば、９０〜９４)の利用によってより大きな有効口径を提供するために、図１４
に示すように拡張することができる。より大きな口径または拡大されたグレーテ
ィング構造は、発散がより少ないことを意味し、準コヒーレントな出力は、イン
コヒーレントなソースから可能である。
【００７３】 理想的には、増強された方向性を提供するために、導波路に対して垂直な伝送
側は制御される。これは、導波路の一方の側にグレーティングを書き込むことに
よって達成することができる。このような配置を図１５に示し、ここでは、導波
路構造を１００で示し、光は導波路１０１に沿って伝送され、一連の二次グレー
ティング（例えば、１０２）は、導波路１０１の第１の側に提供される。これに
よって、導波路構造に対して垂直な伝送が得られる。これによって、複雑な集積
光学構造を平面導波路上に作ることが可能となる。
【００７４】 大面積のセンサーヘッド 重なり合った高次のグレーティングの原理は、図１６および１７に示す例を用
いてセンサーヘッドに拡張することができる。二次グレーティング１１１を有す
る導波路１１０が提供される。好ましくは、サンプリングされる光をボリューム
１１３を通って下方に反射するために、ファイバー１１０の所定の部分の周囲に
反射コーティングが形成される。ボリューム１１３を通って進む光を出力１１６
に結合する第２のファイバー１１５が提供される。再度、増強された結合のため
に、反射コーティング１１７も提供される。図１７は、図１６のＡ−Ａ’線に沿
った断面図を示し、結合の程度を増強するために加えられるミラー部分１１２、
１１７をより明瞭に示す。ボリューム１１３における波長の吸収は、センサー操
作を決定するために別個に分析することができる出力１１６のスペクトルに影響
を与える。
【００７５】 図１６および１７の配置は、波長特異的センサーの提供のために、図１８およ
び１９に示すように拡張することができる。図１８は、センサー配置の側面図を
示し、図１９は、図１８のＢ−Ｂ’線に沿った対応する断面図を示す。配置１２
０は、入力光１２２を垂直様式で伝送する二次グレーティング１２１を含む。多
孔質コーティング１２３が提供され、これは反射タイプのものである。従って、
コーティング１２３から反射された光は、二次グレーティング１２２によって反
射し戻されかつ結合し戻され、ここでそれは続いて出力１２５である。反射材料
１２３は、集積した反射を変化させるために変調させることができ、対応する変
調された出力信号１２５は戻される。あるいは、反射材料は、同定される種の吸
収により特性を変化させてもよく、これによって、出力１２５において、バリエ
ーションによって、吸収されたガスのスペクトル分析が可能となる。導波路を介
して光を反射し戻すための第２のグレーティング１２６もまた提供される。
【００７６】 狭帯域減衰器 重なり合った高次のグレーティングの原理は、新規な形態の減衰器を提供する
ために拡張することができる。このような配置を図２０に示し、ここでは、チャ
ープにしたグレーティング１３０が提供され、このグレーティングは、出力信号
１３２の帯域幅減衰を提供するよう入力信号１３１を反射するために、制御され
た放射損失の程度を有する二次グレーティングを含む。
【００７７】 同調可能狭帯域減衰器 図２０の配置は、ゼロ次照射の程度を「チャープにする」ことによって提供さ
れるチャープなインデックス変調を有するチャープなグレーティングを提供する
ことによって拡張することができる。ゼロ次の量は、図２１に示すように、グレ
ーティングのポジションとともに変化し得る。このようなチャープなグレーティ
ング構造は、次いで、引伸ばし、圧力または加熱に供することができる。構造は
引伸ばされているので、狭帯域ポジションは、一連の所望の波長にわたって移動
する。さらに、グレーティング構造の引伸ばしまたは圧縮は、垂直放射の量を変
化させる。
【００７８】 分散補償器 図２０の原理は、分散補償器を提供することに拡張することができ、ここでは
、グレーティング構造１３０が、エルビウムドープした増幅ファイバーまたは類
似の増幅器に書き込まれる。分散補償および放射損失を同時に提供するために、
放射の程度もまた制御することができる。一次および二次のグレーティング構造
の組み合わせを利用することによって、損失の量の最適化を達成することができ
る。この配置はまた、キャビティーベースのリップルの抑制を可能とする。
【００７９】 フォトニックバンドギャップおよび発生 図２の配置はまた、干渉周辺１７に複雑なフォトニックバンドギャップ構造を
形成することを可能とする。干渉の領域１７は、感光性材料上に印刷することが
できる複雑な干渉パターンを含む。このような複雑な配置は、後の再生のために
情報を保存するために利用することができる。減衰器／位相素子２０〜２２を、
および／またはミラー１５、１６の角度を制御することによって、任意の複雑な
構造を形成することができる。この干渉制度は、形成される複雑な干渉に類似し
ており、ここでは、トールボットおよびローマン平面は、位相マスクグレーティ
ングの直後のフレネルゾーン内で生成される。
【００８０】 広範囲に記載された本発明の精神または範囲から逸脱することなく、多数のバ
リエーションおよび／または改変が、特定の実施態様およびデバイスにおいて示
すような本発明に対してなされてもよいことは、当業者によって理解されるであ
ろう。従って、本発明の実施態様は、全ての点において、例示的であり限定的で
ないと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、二次グレーティングの操作の概略図である。
【図２】 図２は、二次グレーティングを書き込むための第一のグレーティング書き込み
システムを示す。
【図３】 図３は、二次グレーティングを書き込むための第二の可能なグレーティイング
書き込みシステムを示す。
【図４】 図４は、様々なゼロ次を有する強度のグラフである。
【図５】 図５は、二次グレーティング用の垂直放射モードを示す。
【図６】 図６は、フィルタリングによる増幅器のゲイン操作を示す一連のグラフを示す
。
【図７】 図７は、二次グレーティングの例示的な適用の概略図である。
【図８】 図８は、二次グレーティングの適用の別の例の図である。
【図９】 図９は、チャープな二次グレーティングの更なる適用を示す。
【図１０】 図１０は、二次グレーティングのレーザー適用を示す。
【図１１】 図１１は、二次グレーティングのレーザー適用を示す。
【図１２】 図１２は、二次グレーティングの更なる適用を示す。
【図１３】 図１３は、導波路結合のための二次グレーティングの利用を示す。
【図１４】 図１４は、放出を分布させるために、二次グレーティング適用を示す。
【図１５】 図１５は、導波路の方側に二次グレーティングを書き込む方法を示す。
【図１６】 図１６は、二次グレーティングの検知適用を示す。
【図１７】 図１７は、二次グレーティングの検知適用を示す。
【図１８】 図１８は、代替のセンサー適用を示す。
【図１９】 図１９は、代替のセンサー適用を示す。
【図２０】 図２０は、二次グレーティングの更なる適用を示す。
【図２１】 図２１は、グレーティング構造中のゼロ次の成分の変更を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月２７日（２００１．９．２７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】 発明の要旨 本発明の第一の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を形成す
る方法が提供され、当該方法は、 入力されたコヒーレントビームを少なくとも３つのコヒーレントビームに分割
するステップを有し、 該３つのコヒーレントビームが第一の所定のポジションにおいて干渉する様に
、それらビームをそれぞれの光路を通して伝達するステップを有し、 コヒーレントビームのうちの少なくとも１つの、相対位相および／または強度 を、変調／調節するステップを有し、 感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て、該所定のポジションで重な り合った互いに異なる次数のグレーティングを有する グレーティング構造を形成
するように、感光性の導波路を該所定のポジションに配置するステップを有する
。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】 本発明の別の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を書き込む
方法が提供され、当該方法は、 入力されたコヒーレントビームを、位相マスクを用いて２つのｎ次ビームとゼ
ロ次ビームとに分割するステップを有し、ここで、第ｎ番目は、第一番目と等し
いかまたはそれより大きく、 ｎ次ビームとゼロ次ビームとが重なり合う位相マスク表面に、感光性の導波路
を実質的に隣接させて配置するステップを有し、 重なり合った互いに異なる次数のグレーティングを有するグレーティング構造 が、 感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て造られるように、位相マス
クで伝達されたゼロ次ビームの強度を変調／調節するステップを有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】 本発明の別の態様によれば、感光性の導波路にグレーティング構造を書き込む
ための装置が提供され、当該装置は、 入力されたコヒーレント光のビームを少なくとも３つのコヒーレントビームに
分割するための手段を有し、 コヒーレントビームのうちの少なくとも１つの、相対位相および／または強度 を、変調／調節するための手段を有し、 使用時に、感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て重なり合った互い に異なる次数のグレーティングを有する グレーティング構造を書き込むための第
一の所定のポジションで干渉パターンを形成するよう、３つのコヒーレントビー
ムのそれぞれを該所定のポジションに伝達するためのオプティカル回路を有する
。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】 好ましくは、当該装置は、ビームのうちの１つの、他に対する相対位相および
／または強度を、変調／調節するための変調手段を少なくとも１つ有する。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月２４日（２００２．１．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】 伝播定数βgを有するファイバー３に沿って進行するガイドされた光波は、グ
レーティング２のフーリエ成分と相互作用して、伝播定数
【数１】 ［式中、Λはグレーティング周期である］を有する放射モードを励起させる。伝
播定数βrを有する放射モードは、｜βr｜＜２πｎ2／λ［式中、λは、自由空
間の波長であり、ｎ2は、ファイバー１のクラッディングの屈折率である］の場
合にだけ存在する。従って、
【数２】 を有する一次グレーティングにおいて、放射モードは励起され得ない。しかし、
ブレーズ（blazed）グレーティングおよびより高次のグレーティングの場合、こ
れは、もはや、そのような状態ではない。ブレーズは、大半の書き込みのセット
アップにおける正確なアライメントで容易に除去されるので、大して考慮されな
い。他方、二次グレーティングの場合、
【数３】 である。これは、ｐ＝±１の場合、グレーティングにおいて後方および前方の両
方に伝播する導波モードが、
【数４】 である放射モードと結合することを意味する。伝播定数βrを有する放射モード
の場合、クラッディング層の放射角は以下に示される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
【数５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
【数６】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
【数７】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
【数８】 （訂正の理由１） 段落００４９の数式について この数式の外国語書面の表記は、訂正後の数式中に見られる如く、波打ち歪曲
した等号を用いた数式として表記されていたところ、誤訳訂正前は、平行直線状
の等号「＝」を用いて表記していた。従って、外国語書面に忠実な数式に訂正す
べく、上記のとおり、外国語書面に記載された数式自体をもって訂正する。 （訂正の理由２） 段落００５０、００５７、００５９および００６１の数式について これら数式の外国語書面の表記は、数式の後にそれぞれ(Eq. 1)、(Eq. 2)、(E
q. 3)および(Eq. 4)と表記されていたところ、誤訳訂正前はこれらを翻訳してい
なかった。従って、外国語書面に忠実な表記に訂正すべく、上記のとおり、それ
ぞれ（式１）、（式２）、（式３）および（式４）との表記を追加する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/293 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｄ 6/30 Ａ 6/28 Ｄ Ｂ Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA21 BA22 BA31 CA02 CA37 2H038 AA01 AA22 AA24 AA54 BA21 BA24 BA41 2H047 KA03 KB06 LA03 LA19 MA05 PA30 RA01 2H050 AC84 AD00 AD01 AD06

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 感光性の導波路にグレーティング構造を形成する方法であっ
    て、 入力されたコヒーレントビームを少なくとも３つのコヒーレントビームに分割
    するステップを有し、 該３つのコヒーレントビームが第一の所定のポジションにおいて干渉する様に
    、それらビームをそれぞれの光路を通して伝達するステップを有し、 感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て、該所定のポジションにグレ
    ーティング構造を形成するように、感光性の導波路を該第一の所定のポジション
    に配置するステップを有する、 前記方法。
  2. 【請求項２】 入力されたビームを分割するステップが、入力されたビーム
    の回折を有する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 入力されたコヒーレントビームを３つのコヒーレントビーム
    に分割することが、位相マスクを利用する、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ３つのコヒーレントビームが、２つの一次回折ビームと、１
    つのゼロ次回折ビームとからなる、請求項２または３記載の方法。
  5. 【請求項５】 入力されたコヒーレントビームの分割が、１００％未満反射
    のミラーを少なくとも２つ利用するものである、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 光路に沿った伝達が、該所定のポジションに２つのビームを
    向けるように、それらを反射するための屈折素子を少なくとも２つ利用するもの
    である、請求項１または５記載の方法。
  7. 【請求項７】 さらに、当該方法が、生じたグレーティング構造の周期を調
    整するステップを有する、上記請求項のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 周期の調整が、３つのコヒーレントビームの伝達において利
    用された反射素子の傾きによって達成される、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 当該方法が、感光性の導波路中に生じた屈折率プロフィール
    の形状を調整するステップを有する、上記請求項のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 形状の調整が、干渉する３つのコヒーレントビームの相対
    的強度を調節することによって達成されるものである、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 当該方法が、互いに異なる次数のグレーティングの書き込
    みの間のスイッチングを行うステップを有するものである、上記請求項のいずれ
    かに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 スイッチングが、３つのコヒーレントビームの少なくとも
    １つを選択的に遮断することによって達成される、請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ３つのビームのうちの少なくとも１つのビームの強度を、
    他の２つのビームに対して変調するステップを、伝達ステップがさらに有する、
    上記請求項のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 第一の所定のポジションで干渉するビームのうちの２つの
    位相および／または強度を変調することを、伝達ステップがさらに有する、上記
    請求項のいずれかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 感光性の導波路にグレーティング構造を書き込む方法であ
    って、 入力されたコヒーレントビームを、位相マスクを用いて２つのｎ次ビームとゼ
    ロ次ビームとに分割するステップを有し、ここで、第ｎ番目は、第一番目と等し
    いかまたはそれより大きく、 ｎ次ビームとゼロ次ビームとが重なり合う位相マスク表面に、感光性の導波路
    を実質的に隣接させて配置するステップを有し、 感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経て導波路内にグレーティングを
    造る間に、位相マスクで伝達されたゼロ次ビームの総量を変調するステップを有
    する、 前記方法。
  16. 【請求項１６】 形成されたグレーティング構造が、導波路の光伝達方向に
    沿った非正弦波状プロフィールを持つグレーティングを有する、請求項１５記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 グレーティングが、一次グレーティングを有する、請求項
    １５または１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 グレーティング構造が、より高次のグレーティングを有す
    る、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項１９】 グレーティング構造が、重なり合った互いに異なる次数の
    グレーティングを有する、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
  20. 【請求項２０】 グレーティング構造が、重なり合った一次と二次のグレー
    ティングを有する、請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 感光性の導波路にグレーティング構造を書き込むための装
    置であって、 入力されたコヒーレント光のビームを少なくとも３つのコヒーレントビームに
    分割するための手段を有し、 使用時に、感光性の導波路内に誘起される屈折率変化を経てグレーティング構
    造を書き込むための第一の所定のポジションで干渉パターンを形成するよう、３
    つのコヒーレントビームのそれぞれを該所定のポジションに伝達するためのオプ
    ティカル回路を有する、 前記装置。
  22. 【請求項２２】 当該装置が、ビームのうちの１つの、他に対する相対位相
    および／または強度を、変調するための変調手段を少なくとも１つ有する、請求
    項２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 入力されたビームを分割するための手段が、回折手段を有
    する、請求項２１または２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】 ３つのビームが、ゼロ次の回折ビームと、２つの一次回折
    ビームとを有する、請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
  25. 【請求項２５】 請求項１〜２０のいずれかに従って書き込まれたグレーテ
    ィング構造を有する、オプティカルフィルター。
  26. 【請求項２６】 導波路のコア軸に実質的に垂直でフィルターの掛かった光
    エネルギーの放出を、グレーティング構造中の二次変調が使用時に生じさせるも
    のである、請求項２５記載のオプティカルフィルター。
  27. 【請求項２７】 当該フィルターがチャープな二次グレーティングを有し、
    該グレーティングが、導波路のコア軸に実質的に垂直な、所定の波長の光エネル
    ギーを伝達するものであって、かつ導波路に沿った所定のポジションにある、請
    求項２５または２６記載のフィルター。
  28. 【請求項２８】 重なり合った一次グレーティングと二次グレーティングを
    有するグレーティングを、グレーティング構造が有する、請求項２５〜２７のい
    ずれかに記載のフィルター。
  29. 【請求項２９】 請求項１〜２０のいずれかに記載された方法に従って書き
    込まれた一次グレーティング構造を有する、オプティカル自由空間カプラー。
  30. 【請求項３０】 第一のグレーティング構造が、第一の光導波路内に形成さ
    れ、かつ、該第一の導波路のコア軸に実質的に垂直でフィルターの掛かった光エ
    ネルギーの放出を提供するように配置され、そして、 第二のグレーティング構造が、フィルターの掛かった光エネルギーの放出経路
    内に配置された第二の光導波路内に形成され、該第二のグレーティング構造は、
    フィルターの掛かった光エネルギーの一部を第二の光導波路に沿って結合するこ
    とができ、そして、 第一のまたは第二のグレーティング構造のうちの少なくとも１つが、二次グレ
    ーティングを有する、請求項２９記載のカプラー。
  31. 【請求項３１】 第一のまたは第二のグレーティング構造のうちの少なくと
    も１つが、重なり合った一次グレーティングと二次グレーティングを有する、請
    求項３０記載のカプラー。
  32. 【請求項３２】 請求項１〜２０のいずれかに記載された方法に従って書き
    込まれた一次グレーティング構造を有するオプティカルセンサー。
  33. 【請求項３３】 グレーティング構造が、光導波路内に形成された二次グレ
    ーティングを有し、該グレーティング構造は、光導波路に実質的に垂直な光エネ
    ルギーのレシプロカル放出を提供するよう、所定の二次変調を持ち、 当該センサーは、さらに、光導波路の隣に間隔を置いて配置された光学的感応
    性材料を有し、該材料は、外部からの物理的パラメーターに従って変化する光学
    的反射特性を有し、該材料は、グレーティング構造から放出された光エネルギー
    を、該グレーティング構造に反射して返すものである、請求項３２記載のセンサ
    ー。
  34. 【請求項３４】 グレーティング構造が、一次グレーティングと二次グレー
    ティングとを有する、請求項３２または３３記載のセンサー。
  35. 【請求項３５】 請求項１〜２０のいずれかに記載された方法に従って、光
    ファイバーに書き込まれたグレーティング構造。
  36. 【請求項３６】 光ファイバーにおける分散補償器のリップルを抑制するた
    めのデバイスであって、リップルの抑制を達成するための光学的な損失のメカニ
    ズムを提供するために請求項１〜１９のいずれかに記載された方法に従って書き
    込まれたグレーティング構造を有する、該デバイス。
  37. 【請求項３７】 グレーティング構造が二次グレーティングを有する、請求
    項３６記載のデバイス。
  38. 【請求項３８】 グレーティング構造が、重なり合った一次グレーティング
    と二次グレーティングを有する、請求項３５または３６記載のデバイス。
  39. 【請求項３９】 光ファイバーにおける分散を補償するための分散補償器で
    あって、リップルを抑制するための光学的な損失のメカニズムを提供するために
    請求項１〜２０のいずれかに記載された方法に従って書き込まれたグレーティン
    グ構造を有する、該補償器。
  40. 【請求項４０】 グレーティング構造が、より高次のグレーティングを有す
    る、請求項３９記載の補償器。
  41. 【請求項４１】 グレーティング構造が、二次のグレーティングを有する、
    請求項３９または４０記載の補償器。
  42. 【請求項４２】 グレーティング構造が、重なり合った一次グレーティング
    と二次グレーティングを有する、請求項３９〜４１のいずれかに記載の補償器。
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