JP2003525834A - ガラス物品上の放射線透過薄膜 - Google Patents

ガラス物品上の放射線透過薄膜

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Abstract

(57)【要約】 ガラス基板および基板上に蒸着されたダイヤモンド状薄膜を含むガラス物品が開示される。ガラス物品は、化学線曝露によって屈折率に変化を示すことができるように、化学線に対して敏感であることが望ましい。薄膜は、薄膜を経て基板に化学線を通過させることができる。特定の実装例において、薄膜は、水素がないことを基準として、少なくとも約３０原子％の炭素、約０〜約５０原子％のケイ素、約０〜約５０原子％の酸素を含む。さらに、ガラス基板へのダイヤモンド状薄膜の蒸着方法のほか、光ファイバ格子も開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、ダイヤモンド状薄膜、ダイヤモンド状薄膜を含む物品、ダイヤモン
ド状薄膜の形成方法、ダイヤモンド状薄膜を蒸着するための装置に関する。
【０００２】 背景技術 近年、特定のタイプの放射線曝露によって、光学特性の変化を示す材料が開発
されている。たとえば、ある種のガラス材料は、化学線曝露後に、それらの屈折
率における変化を示す。ゲルマニウムによるガラスファイバのドーピングは、局
所的な屈折率を変化させることができるようにするための化学線に対して反応さ
せる１つの方法である。
【０００３】 これらの材料の光学特性、特に屈折率を変化させる力は、さまざまな用途にお
いて重要になってきている。そのような１つの用途は、光ファイバに格子を作製
し、光ファイバにおいて屈折率の周期的または準周期的な変動を有する領域を形
成することである。このようなファイバ格子は、高屈折率および低屈折率を交互
にする一連の隣接する平行な平面と考えることができる場合がある。格子には、
ファイバレーザ（単パルスレーザおよび単一周波数レーザの両方）において、特
定の波長で帰還するのに適したきわめて低い帯域の再帰反射体としての利用、光
学増幅器における利得平坦化装置、多重チャネル波長分割多重化（ＷＤＭ）通信
システム用のフィルタをはじめとするさまざまな重要な用途がある。
【０００４】 格子は、一般に２つのグループ、すなわち長周期格子および短周期格子（また
はブラッグ）格子に分類される。長周期格子は、光を前方伝搬クラッディングモ
ードに散乱し、ブラッグ格子は、光を後方伝搬コア（またはクラッディング）モ
ードに反射する。
【０００５】 格子面の間隔が格子の長さと共に変化する場合には、チャープ格子を形成する
ことができ、異なる波長が格子に沿った異なる点から反射されると考えることが
できる。光の分散を形成するため、すなわちファイバ連結におけるファイバ分散
を補償するか、またはチャープパルス増幅（ＣＰＡ）システムにおいて見られる
ように、光学パルスを操作するかのいずれかのために、このような格子を用いる
ことができる。
【０００６】 光学ガラスファイバの作製中に、伝統的に、ガラスファイバは、処理中の保護
およびファイバの固有強度の維持を行うために、ポリマー材料でコーティングさ
れる。「コーティング」なる語は一般に、最初に流体状態で固体基板に塗布され
、次に紫外放射（光重合可能）、熱（熱硬化性）またはコーティング溶液からの
溶剤分子の除去によって凝固される材料を指す。このようなファイバにおいて高
品質のブラッグ格子を作製するために、通常、保護コーティングを除去する必要
がある。コーティングは一般に、酸浴によって除去される。この後に、格子の作
製および新たなコーティングの塗布が行われる。コーティングの除去、ファイバ
の修正、ファイバの再コーティングからなる多段階の方法は、時間および費用が
かかる可能性があり、結果としてファイバの強度を低下させる恐れがある。
【０００７】 格子は通常、ファイバを被覆するコーティングを通って形成することができな
いことから、これらのステップは大半の用途には必要である。さまざまな理由か
ら、格子は通常、コーティングを通って形成することができない。第一に、コー
ティングは、可変厚さを有する場合が多く、この可変厚さは化学線の経路を変化
させる歪曲レンズを形成する可能性があり、あまり正確でない格子を形成する結
果となる。均質性の欠如、表面不整または他の光学不完全性はまた、そのような
コーティングを通して描かれたブラッグ格子の品質を劣化させる恐れがある。第
二に、ある種のコーティングはきわめて透明度が高いが、依然として化学線を部
分的に吸収したり、加熱したり、または感光ガラスにおいてブラッグ格子を形成
するのに通常必要な大量の放射エネルギーによって劣化する。状況によっては、
放射は（炭化などによって）コーティングを劣化させるか、またはファイバから
剥離される結果を実際に生じる可能性がある。
【０００８】 発明の開示 化学線によって変化され得る基板をはじめとする基板に対する用途では、改善
した保護層が必要である。特に基板が光学ガラスファイバである場合には、材料
の層は保護し、基板の初期強度を保持することが好ましい。保護層はまた、光学
ガラスファイバに化学線を通過させるなどの基板に化学線を通過させることがで
きなければならない。さらに、基板中へ指向されるときの化学線の歪曲および屈
折を制御するために、保護層は実質的に均一な層に塗布されることができる層で
あることが望ましい。
【０００９】 本発明は、ダイヤモンド状薄膜を有する物品、その物品の製造方法、その物品
の製造装置に関する。特定の実装例において、物品は、ダイヤモンド状薄膜の層
を有するガラス基板を含む。ガラス基板は、化学線曝露によって屈折率などの物
理特性の変化を任意に示すことができ、ダイヤモンド状薄膜は、ガラス基板に化
学線を通過させることができる実質的にアモルファス薄膜である。このように、
ダイヤモンド状薄膜は、基板特性（屈折率など）における変化を生成するために
、基板へ放射線を通過させることができるため、「ライトスルー（ｗｒｉｇｈｔ
−ｔｈｒｏｕｇｈ）」である。
【００１０】 ダイヤモンド状薄膜は、たとえば、データを伝送するために用いられる光学ガ
ラスファイバをはじめとするガラスファイバにおける蒸着に適している。薄膜は
、ガラスファイバ基板用の保護材を形成し、描画工程における処理中に許容可能
なレベルを下回るファイバの強度を低下させないようにする。大部分の用途にお
いて、薄膜は、同一の描画および処理条件に置かれるコーティングされていない
ファイバに対してファイバの強度を強化する。さらに、最終的な物品の光学特性
および物理特性を改善するきわめて均一であるように、基板上に薄膜を形成する
ことができる。
【００１１】 本発明によって製造された物品は、ブラッグ格子を作製するときに用いるのに
適した物品を含む。ほぼ均一な厚さに加えて、薄膜のライトスルー特性は、迅速
かつ非常に正確に形成することができる高品質のブラッグ格子の作製を可能にす
る。さらに、本発明によるブラッグ格子の作製方法は、本発明によって修正され
ていないファイバに比べて、ファイバの強度を実質的に維持し、強化することも
できる。
【００１２】 ライトスルー用途に適した薄膜を形成するために、ダイヤモンド状薄膜は、薄
膜を劣化することなく、放射線を透過することができることが好ましい。何らか
の劣化が薄膜に生じる場合には、基板の強度特性を減じる原因となる劣化が不十
分であれば好ましい。薄膜は基板上に蒸着されたままであることが好ましく、依
然として、波長２４４ｎｍで描画ビームパワー密度４０００Ｗ／ｃｍ２で動作す
る倍周波数のアルゴンレーザによって１時間露光した後、薄膜を通って描画され
ることができる。倍周波数アルゴンレーザは、イオン化アルゴン気体および周波
数を倍にし、たとえば４８８ｎｍから２４４ｎｍまでパワー放射線の波長を変化
させる結晶を含むレーザキャビティに基づく連続レーザである。
【００１３】 ダイヤモンド状カーボン、ダイヤモンド状ガラス、ダイヤモンド状網目構造、
相互侵入ダイヤモンド状ナノ複合材料をはじめとするさまざまなダイヤモンド状
薄膜が、本発明には適している。本発明の特定の実装例において、ダイヤモンド
状薄膜は、水素がないことを基準として、少なくとも３０原子％の炭素、０〜５
０原子％のケイ素、０〜５０原子％の酸素を有する。ダイヤモンド状薄膜は一般
に、水素がないことを基準として、少なくとも２５原子％の炭素、０〜５０原子
％のケイ素、０〜５０原子％の酸素を含み、ある実装例において、薄膜は、約３
０〜約１００原子％の炭素、約２０〜約４０原子％のケイ素、約約３０〜約４０
原子％の酸素を含む。特定の好都合な実装例において、ダイヤモンド状薄膜は、
水素がないことを基準として、３０〜約３６原子％の炭素、２６〜３２原子％の
ケイ素、３５〜４１原子％の酸素を含む。「水素を含まない基剤」とは、化学分
析用電子分光法（ＥＳＣＡ）などの方法によって確立されているように、材料の
原子組成を指し、薄膜に大量に存在した場合であっても、水素を検出しない。
【００１４】 本発明によって形成された薄膜は、さまざまな光透過特性を有することができ
る。したがって、用途に応じて、薄膜は、さまざまな周波数で増大する透過特性
を有してもよい。しかし、特定の実装例において、薄膜は、約１８０〜約８００
ｎｍの１つ以上の波長で、放射線に対して少なくとも５０％の透過性を有する。
特に、薄膜は、基板の屈折率または他の特性を変化させるために用いられる化学
線の波長で光を透過する必要がある。別の好都合な実装例において、薄膜は、約
１８０〜約８００ｎｍの１つ以上の波長で放射線の７０％（９０％を超えていれ
ばさらに好都合である）を上回る透過性を有する。薄膜を通過する放射線強度を
著しく劣化することなく、厚めの薄膜を形成することができるため、透過率が高
いことは一般に好ましい。したがって、本発明は低めの透過率が適切であるが、
５０％を上回るレベルが特に望ましい。
【００１５】 本発明はさらに、ガラス基板へのライトスルーダイヤモンド状薄膜の蒸着をは
じめとする基板へのダイヤモンド状薄膜の蒸着の方法に関する。本方法は、排気
可能な反応室において２つの電極を有する容量結合型リアクタシステムを形成す
ることを含む。反応室は部分的に排気され、高周波パワーが電極のうちの１つに
印加される。炭素収容源が電極間に導入され、電極に近接する反応種を含むプラ
ズマを形成し、また、少なくとも１つの電極付近にイオンシースを形成する。ガ
ラス基板はイオンシース内に配置され、反応種に曝露されて、基板上にダイヤモ
ンド状薄膜を形成する。この状態により、たとえば、水素がないことを基準とし
て、少なくとも２５原子％の炭素、０〜５０原子％のケイ素、０〜５０原子％の
酸素を含むダイヤモンド状薄膜を有する薄膜を形成することができる。薄膜は、
通常比厚１〜１０μｍまで形成されることができる。
【００１６】 本願明細書で用いられるとき、「ダイヤモンド状薄膜」なる語は、炭素を含み
、水素、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタン、および銅からなる群から
選択される１つ以上の追加成分を任意に含む実質的または完全にアモルファス薄
膜を指す。ある実施形態において、他の元素が存在していてもよい。薄膜は、た
とえば米国特許第５，４６６，４３１号などに記載されているように、相互侵入
ダイヤモンド状ナノ複合材料（ＤＹＬＹＮと呼ぶ）などのランダム系または相互
侵入系において共有結合されていてもよい。本発明のアモルファスダイヤモンド
状薄膜は、本質的に媒体の空隙であるが短い範囲の順序および広い範囲の順序付
けである原子のクラスタ化を含んでもよく、１８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有
する化学線を逆に散乱することができるマイクロまたはマクロの結晶を生じる。
【００１７】 本願明細書で用いられるとき、「平行板リアクタ」なる語は、少なくとも２つ
の電極を含むリアクタを意味し、電極間の電流のための主要な仕組みは容量結合
型である。電極は非対称であってもよいことから、異なるサイズ、形状、表面積
であってもよく、必ずしも互いに平行である必要はない。１つの電極は接地され
ていてもよく、１つの電極は反応室そのものであってもよい。
【００１８】 本願明細書で用いられるとき、「アモルファス」なる語は、ｘ線回折ピークが
ないか、または中程度のｘ線回折ピークである実質的にランダムオーダーの非晶
材料を意味する。原子のクラスタ化が存在する場合には、通常、化学線の波長と
比較すると、寸法が小さくなる。
【００１９】 本願明細書で用いられるとき、「プラズマ」なる語は、反応種を含む物質の部
分的にイオン化した気体または流体状態を意味し、電子、イオン、中性分子、遊
離基、他の励起状態の原子および分子を含む。可視光または他の放射線は、さま
ざまな励起状態から低位または基底状態に緩和されたプラズマを含む種として通
常プラズマから発せられる。プラズマは一般に、反応室における色付きの雲とし
て現れる。
【００２０】 本願明細書で用いられるとき、「負のバイアス」なる語は、対象物（たとえば
電極）がその付近にある何らかの物質（たとえばプラズマ）と反応して負の電位
を持っていることを意味する。
【００２１】 本願明細書で用いられるとき、「負のセルフバイアス」なる語は、電極および
プラズマに関して、プラズマを生成する電極に対してパワー（たとえば高周波）
の印加によって生じる負のバイアスを意味する。
【００２２】 本発明の利点は、以下の明細書、図面、実施例および添付の請求項から明白と
なるであろう。
【００２３】 本発明の実施形態は、以下の明細書に記載され、図面に図示される。類似の参
照符号は図面を通じて類似の部分を表す。
【００２４】 本発明は、さまざまな修正および変更形態の余地があり、図面の実施例によっ
て示されているその仕様について詳細に説明する。しかし、説明された特定の実
施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、
以下の詳細な説明によって記載され、添付の特許請求の範囲によって定義されて
いるように、本発明の精神および範囲を逸脱することのないすべての修正物、等
価物および代替物を網羅することを意図している。
【００２５】 発明の詳細な説明 本発明は、物品、物品の製造方法、物品の製造装置に関する。特定の実装例に
おいて、物品は、ダイヤモンド状薄膜の保護層を有するガラス基板を含む。ガラ
ス基板は任意に、化学線曝露によって、屈折率などの物理特性に変化を示すこと
ができ、ダイヤモンド状薄膜は通常、たとえば、ガラス基板に化学線を透過する
などの通過させることができるアモルファス系である。このように、基板の屈折
率に変化を生じるために化学線は薄膜を経て基板に通過することができることか
ら、ダイヤモンド状薄膜は「ライトスルー」であるか、または基板が薄膜を介し
て「中に描画される（ｗｒｉｔｔｅｎ ｉｎ）」ことができるように、基板に別
の変化をもたらすこともできる。
【００２６】 Ａ．適切な基板材料 本発明で用いるのに適した基板は、化学線に曝されると、その物理特性が変化
する基板である。そのような特性としては、たとえば、屈折率、光学損失、光学
非線形性係数、導電率などが挙げられる。適切な基板としては、たとえば、光フ
ァイバ、プレーナ型導波路を具備するプレーナ型基板、光学記録媒体などが挙げ
られる。たとえば、一部のガラス基板は、特定の領域にゲルマニウムおよびホウ
素などのドーパントを含み、その領域が化学線曝露によって、屈折率を増大させ
やすくしている。格子を作製するために、このような放射線感知領域が基板に形
成されることが多い。そのような基板の例が、米国特許第５，９４０，５６８号
、米国特許第５，６３６，３０９号、米国特許第５，４９５，５４８号に記載さ
れている。水素または重水素などの増感気体の添加によって、基板の光感受性を
さらに強化することができる。
【００２７】 図１は、ダイヤモンド状薄膜を有する光ファイバ２を示している。ファイバ２
は、ガラスコア４およびガラスクラッディング６を含む。薄膜８は、クラッディ
ング６の外側に蒸着される。示された実施形態において、薄膜８はコア４および
クラッディング６を合わせた厚さより相当薄いことがわかる。一般に、薄膜は、
厚さ、組成、同心性がきわめて均一である。薄膜は、薄いが十分な保護を形成す
ることができ、ファイバ２の機械的頑丈さを維持するのに有用である。
【００２８】 Ｂ．ダイヤモンド状薄膜 さまざまなダイヤモンド状薄膜が本発明に適している。本願明細書に用いられ
るとき、「ダイヤモンド状薄膜」なる語は、炭素を含み、水素、窒素、酸素、フ
ッ素、ケイ素、硫黄、チタン、および銅からなる群から選択される１つ以上の追
加成分を任意に含む実質的または完全にアモルファス薄膜を指す。ある実施形態
において、他の元素が存在していてもよい。上記および下記に示しているように
、ダイヤモンド状薄膜は、残り部分を形成する任意の追加成分を有する約２５〜
１００原子％（本願明細書では合成の百分率に対する基準を原子％と呼ぶ）の炭
素を含む。薄膜は、共有結合であってもよく、相互侵入であってもよい。本発明
のアモルファスダイヤモンド状薄膜は、本質的に媒体の空隙であるが短い範囲の
順序および広い範囲の順序付けである原子のクラスタ化を含んでもよく、約１８
０ｎｍ〜約８００ｎｍの波長を有する化学線を逆に散乱することができるマイク
ロまたはマクロの結晶を生じる。
【００２９】 共有結合によるダイヤモンド状薄膜の数種のクラスが、本発明には有用である
。このうち最も簡素なものが、炭素および約７０％までの水素を含むダイヤモン
ド状炭素（ＤＬＣ）薄膜である。含まれる水素が約１０〜約７０％であれば好ま
しい。ＤＬＣ薄膜において、水素は、ダイヤモンド状の四面体型結合を促進する
。水素の添加は、薄膜における二重結合および共役二重結合を減少させることに
よって、ＤＬＣ薄膜の透明度を増大させる。
【００３０】 適切なダイヤモンド状薄膜の次のクラスは、ダイヤモンド状網目構造（ＤＬＮ
）を含む。ＤＬＮにおいて、アモルファス炭素から形成される網目構造は、水素
のほかに、他の元素をドーピングする。これらは、フッ素、窒素、酸素、ケイ素
、銅、ヨウ素、ホウ素などを含んでもよい。ＤＬＮは、少なくとも約２５％の炭
素を含む。薄膜のダイヤモンド状の性質を維持するために、一般に、１つ以上の
追加元素を合わせたこれらの総濃度は、低い（約３０％未満）。
【００３１】 有用なダイヤモンド状薄膜材料のさらなるクラスは、ダイヤモンド状ガラス（
ＤＬＧ）であり、アモルファス炭素構造が、ガラスの場合のように相当量のケイ
素および酸素を含み、さらに依然としてダイヤモンド状の特性を保持する。この
ような薄膜において、水素がないことを基準として、少なくとも約３０％の炭素
、相当量のケイ素（少なくとも約２５％）、約４５％以下の酸素が含まれる。大
量の酸素および相当量の炭素を有するかなりの量のケイ素の唯一の組合せによっ
て、これらの薄膜を透明度が高く、（ガラスとは異なり）柔軟性に富んだものに
する。
【００３２】 ダイヤモンド状ガラス薄膜は一般に、水素がないことを基準として、少なくと
も約２５原子％の炭素、約０〜約５０原子％のケイ素、約０〜約５０原子％の酸
素を含む。ある実装例において、薄膜は、約２５〜約７０原子％の炭素、約２０
〜約４０原子％のケイ素、約２０〜約４０原子％の酸素を含む。別の実装例にお
いて、薄膜は、水素がないことを基準として、約３０〜約３６原子％の炭素、２
６〜約３２原子％のケイ素、約３５〜約４１原子％の酸素を含む。
【００３３】 さらに、相互侵入型ダイヤモンド状薄膜のクラスが、本発明では有用である。
このようなダイヤモンド状薄膜は、ＤＹＬＹＮと呼ばれ、２つの材料の相互侵入
系である。このような相互侵入型ダイヤモンド状薄膜については、たとえば米国
特許第５，４６６，４３１号に開示されている。
【００３４】 本発明によって形成される薄膜は、さまざまな光透過特性を備えていてもよい
。用途に応じて、薄膜は、さまざまな周波数で増大した透過特性を備えていても
よい。しかし、特定の実装例において、薄膜は、約１８０〜約８００ｎｍの１つ
以上の波長で放射線に対して少なくとも５０％の透過率を有する。特に、薄膜は
、基板の屈折率を変化させるために用いられる化学線の波長における光に対して
透過性でなければならない。薄膜は、基板において十分な変化を与えるのに十分
な放射線照射量が薄膜をあまり損なわない程度に、化学線に対して十分に透過性
でなければならない。したがって、化学線の使用後、薄膜は基板の保護装置およ
び強化装置として機能し続けることができる必要がある。
【００３５】 一般的な光ファイバブラッグ格子は、波長２４８ｎｍにおいて５０Ｈｚの繰り
返し率でパルス当たり２６ｍＪ／ｃｍ２で通常供給されるパルスエキシマレーザ
を用いて描画される。あるいは、ファイバブラッグ格子はまた、波長２４４ｎｍ
において描画ビームパワー密度４０００Ｗ／ｃｍ２で動作する倍周波数アルゴン
イオンレーザなどの連続波レーザによって描画されてもよい。このようなエネル
ギー密度に曝露すると、通常は標準的なアクリレート光ファイバコーティングを
融蝕するかまたは炭化する。したがって、薄膜は、基板上に蒸着されたままであ
ることが好ましく、波長２４４ｎｍで描画ビームパワー密度４０００Ｗ／ｃｍ２ で動作する周波数のアルゴンレーザによって１時間露光した後、薄膜を通って描
画されることができる。本発明において用いることができる別の化学線源として
は、周波数三倍および四倍の結晶を装備したネオジムＹＡＧレーザ、ＣＯ２レー
ザ、フェムト秒のレーザ、Ｘ線、電子ビーム、陽子ビーム、フレーム、プラズマ
などが挙げられる。
【００３６】 とりわけ、本薄膜は、均質性および優れた同心性を備え、表面不整があまりな
いことから、ブラッグ長格子を形成するために特に用いられる。また、基板の一
部の断面にのみ薄膜を容易に蒸着することができるため、連続であっても不連続
であってもよい。また、薄膜は、基板に沿って制御されるさらに可変の厚さを有
することができる。
【００３７】 特定の材料における炭素原子の配置および分子間結合のために、本発明のダイ
ヤモンド状薄膜とは著しく異なる特性を有するダイヤモンド状薄膜は、基板上に
予め蒸着されている。分子間結合のタイプおよび量は、赤外線（ＩＲ）スペクト
ルおよび核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルによって決定される。炭素の蒸着は、
実質的に２つのタイプの炭素−炭素結合、三方晶型グラファイト結合（ｓｐ２）
および四面体型ダイヤモンド結合（ｓｐ３）を含む。ダイヤモンドは実質的にす
べて四面体型結合から構成され、ダイヤモンド状薄膜は約５０〜９０％の四面体
型結合から構成され、グラファイトは実質的にすべて三方晶型結合から構成され
る。
【００３８】 炭素系薄膜の結晶度および結合の性質は、蒸着の物理特性および化学特性を決
定する。ｘ線回折によって決定されるように、ダイヤモンドは結晶であるのに対
し、本発明のダイヤモンド状薄膜は非晶質のアモルファス材料である。ダイヤモ
ンドは本質的に純粋な炭素であるのに対し、ダイヤモンド状薄膜は相当量の添加
成分（単独の非炭素成分の場合には約５０原子％までであり、すべての添加され
る非炭素成分の組合せの場合には約７５原子％まで）を含むことができる。この
ような原子百分率は、燃焼分析によって決定されることができる。
【００３９】 ダイヤモンドは、大気圧において任意の材料の最高の充填密度またはグラム原
子密度（ＧＡＤ）を有する。そのＧＡＤは、０．２８グラム原子／ｃｃである。
アモルファスダイヤモンド状薄膜は、約０．２０〜０．２８グラム原子／ｃｃの
範囲のＧＡＤを有する。対照的に、グラファイトは０．１８グラム原子／ｃｃの
ＧＡＤを有する。アモルファスダイヤモンド状薄膜の高い充填密度は、液体また
は気体の材料の拡散に対して優れた抵抗を生じる。グラム原子密度は、材料の重
量および厚さの測定値から算出される。「グラム原子」は、グラムで表現された
材料の原子量を表す。
【００４０】 ダイヤモンドと類似の前述の物理特性のほかに、極度の硬さ（１０００〜２０
００ｋｇ／ｍｍ２）、高い電気抵抗率１０９〜１０１３Ω−ｃｍ）、低い摩擦係
数（０．１）、広範囲の波長にわたる光学的透明度（４００〜８００ｎｍ範囲で
０．１未満の吸光係数）などのダイヤモンドのさまざまな望ましい性能特性を有
するため、アモルファスダイヤモンド状薄膜は、ダイヤモンドに似ている。
【００４１】 ダイヤモンド状薄膜はまた、さまざまな用途においてアモルファスダイヤモン
ド状薄膜より保護層として効果的ではないある種の特性も有する。電子顕微鏡法
によって決定されるように、ダイヤモンド状薄膜は、結晶粒子構造を有する。結
晶粒界は、基板の化学的侵食および劣化のための路であり、また、化学線の散乱
も生じる。電子顕微鏡法によって決定されるように、アモルファスダイヤモンド
状薄膜は、結晶粒子構造を持たないため、化学線が薄膜を通過する用途には非常
に適している。
【００４２】 ダイヤモンド状薄膜の多結晶構造は、結晶粒界からの光の散乱を生じ、ライト
スルー効率を減じる恐れがある。驚いたことに、本発明によるダイヤモンド状薄
膜は、優れた光透過率を有することができる。さらに、炭素および水素を含む薄
膜の可視光の透過率は、蒸着工程中にアモルファスダイヤモンド状構造物にケイ
素および酸素の原子を組み込むことによってさらに改良される可能性があること
を本発明者らは認識している。添付成分がその結晶格子構造を分断しないと推測
されるため、これはダイヤモンド状薄膜の場合には可能ではない。
【００４３】 ダイヤモンド状薄膜を形成する際に、基礎となるアモルファス炭素または炭素
および水素系にさまざまな添加成分を組み込むことができる。ダイヤモンド状薄
膜が基板に与える特性を変化させたり、強化するために、このような添加成分を
用いることができる。たとえば、障壁特性および表面特性をさらに強化すること
が望ましい場合がある。
【００４４】 添加成分は、１つ以上の水素（既に組み込んでいない場合）、窒素、酸素、フ
ッ素、ケイ素、硫黄、チタンまたは銅を含んでもよい。また、他の添加成分も十
分に作用する可能性がある。水素の添加は、四面体型結合の形成を促進する。 フッ素の添加は、不適合母材における分散能力をはじめとするダイヤモンド状薄
膜の障壁特性および表面特性を強化するために特に有用である。ケイ素および酸
素の添加は、ダイヤモンド状薄膜の光学的透明度および熱安定性を改善する傾向
がある。窒素の添加は、対酸化性を強化し、導電率を増大させるために用いられ
てもよい。硫黄の添加は、接着力を強化することができる。チタンの添加は、回
折特性および障壁特性のほか、接着力を強化する傾向がある。
【００４５】 Ｃ．ダイヤモンド状薄膜の作製装置 図面は、本発明の基板に蒸着されるダイヤモンド状薄膜を作製するための装置
の態様を示している。図２は、基板上にダイヤモンド状薄膜を作製するためのシ
ステム１０を示している。システム１０は、高周波（通常は１つの電極のみが駆
動されるが、両方の電極は１８０°位相がずれるようにパワーが供給され、プッ
シュプル構成として当業界では周知であるような構造を有する）によってパワー
が供給される１つまたは２つの電極１２と、パワーが供給された電極１２の表面
積より大きな表面積を有する接地された反応室１４と、を含む。基板１６は、電
極の一方の付近に配置され、イオンシースがそれぞれのパワーが供給されている
電極の周囲に形成され、大きな電界がイオンシースの至る所に確立される。
【００４６】 反応室１４は、開口部１８で反応室１４に接続されたポンピングスタックで真
空ポンプなどによってほとんどの空気を除去するためにポンプで送り出す。アル
ミニウムはスパッタ率が低いことから、反応室の好ましい材料である。スパッタ
率が低いことは、反応室表面から生じるダイヤモンド状薄膜の汚染物質がごくわ
ずかであることを意味する。しかし、グラファイト、銅、ガラスまたはステンレ
ス鋼などの他の適切な材料を用いてもよい。
【００４７】 反応室１４は、排気、排気後に導入される気体の閉じ込め、気体からのプラズ
マ生成、イオン加速、薄膜蒸着を行うことができる制御された環境を形成するた
めの任意の手段であってもよいことを留意されたい。図２および図３に示された
実施形態において、反応室１４は、反応室内部２２の排気およびプラズマ生成、
イオン加速、薄膜蒸着のための流体の封じ込めを十分に行うことができるように
構成された外壁２０を有する。２台の荒引き用ポンプ（図示せず）によって反応
室の入口および出口において真空が維持され、そのうちの１台は位置２８に固定
され、他方の１台は位置２９に固定される。
【００４８】 また、図示された実装例において、基板１６は、供給元スプール２４および供
給先スプール２６を有する長いファイバである。作動中、基板１６は、供給元ス
プール２４から電極１２を通過して供給先スプール２６へ移動する。反応室１４
内で低圧プラズマを維持することができる限り、これらのスプール２４，２６は
任意に、反応室１４内に収容されるか、または反応室１４の外側であってもよい
。光学ガラスファイバがその上に蒸着されたダイヤモンド状薄膜を有する場合な
ど一部の実施形態において、ファイバは、延伸炉においてシリカプリフォームを
連続延伸形成され、ダイヤモンド状薄膜が蒸着されるプラズマ室に供給される。
【００４９】 所望のプロセスガスが、給気管を通じて貯蔵庫から供給される。気体の流れは
、反応室の至る所に分散される。反応室１４が閉じられ、ダイヤモンド状薄膜を
汚染する恐れがある種を除去するのに必要な程度まで部分的に排気される。所望
の気体（たとえば、炭素または炭化水素を含む気体）が所望の流量で反応室１４
に導入される。所望の流量は、リアクタのサイズおよびリアクタにおける基板の
量に左右される。そのような流量は、プラズマ蒸着を実行するために通常０．１
３Ｐａ〜１３０Ｐａ（０．００１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒ）の適切な圧力を確
立するのに十分でなければならない。内径約５５ｃｍ、高さ約２０ｃｍのリアク
タの場合には、流量は１分当たり約５０〜約５００立方センチメートル毎分（ｓ
ｃｃｍ）である。
【００５０】 プラズマは、電源（０．００１〜１００ＭＨｚの範囲の周波数で作動する高周
波発生装置）によって生成され、維持される。能率的なパワー連結（すなわち反
射パワーは入射パワーのごく一部である）を得るために、高周波パワーＰｒｏｄ
ｕｃｔｓ，Ｋｒｅｓｓｏｎ，ＮＪからモデル番号ＡＭＮ ３０００として入手可
能な２つの可変コンデンサおよびインダクタを含む整合回路網によって、プラズ
マ負荷のインピーダンスを電源に整合することができる。このような回路網の詳
細については、Ｂｒｉａｎ Ｃｈａｐｍａｎ，「Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，１５３」（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅ
ｗ Ｙｏｒｋ １９８０）で見出すことができる。
【００５１】 高周波パワー源は、０．０１〜５０ＭＨｚの範囲の通常の周波数で、電極にパ
ワーを供給する。周波数は１３．５６ＭＨｚまたはその任意の自然数（たとえば
、１，２または３）の倍数であれば好ましい。この高周波パワーは、反応室内の
炭化水素気体から炭素を豊富に含むプラズマを生成するために、電極に供給され
る。同軸伝送線路によって高周波パワーを効率的に伝送するために、高周波パワ
ー源は、電源のインピーダンスを伝送線路のインピーダンス（通常は５０オーム
の抵抗である）と整合するように作用する回路網によって電極に接続される１３
．５６ＭＨｚの発振器などの高周波発生装置であってもよい。
【００５２】 電極に対する高周波パワーの印加によって、プラズマが確立される。高周波プ
ラズマにおいて、パワーが供給される電極は、プラズマに対して負のバイアスと
なる。このバイアスは一般に、１００〜１５００Ｖの範囲である。このバイアス
形成によって、イオンシースから電極に向かって加速されるために、炭素を豊富
に含んだプラズマの中にイオンを生じる。イオンを加速することによって、電極
に接触する基板上に炭素を豊富に含んだ蒸着を生じる。
【００５３】 イオンシースの深さは通常、約１ｍｍ（またはそれより小さい）〜５０ｍｍの
範囲であり、用いられる気体のタイプおよび濃度、印加される圧力、電極の相対
的な大きさに左右される。たとえば、圧力を減じると、異なる大きさの電極を有
する場合のように、イオンシースのサイズを増大すると推測される。電極が異な
るサイズである場合には、大きい方（すなわち深い方）のイオンシースが小さい
方の電極の周囲に形成されると推測される。一般に、電極サイズの差が大きけれ
ば大きいほど、イオンシースのサイズの差も大きくなる。また、イオンシース中
の電圧が増大すると、イオン衝撃エネルギーも増大すると推測される。
【００５４】 ダイヤモンド状薄膜の蒸着は、圧力、パワー、気体の濃度、気体のタイプ、電
極の相対的な大きさなどに応じて、約１〜１００ｎｍ／秒（１秒当たり約１０〜
１０００オングストローム（Ａ／秒））の範囲の速度で行われる。一般に、パワ
ー、圧力、気体の濃度が増大すると、蒸着速度が増大するが、速度は上限に近づ
くと推測される。
【００５５】 本発明によって構築された装置の別の設計が、図３に示されている。図３は、
ポンピングスタック（図示せず）によって空気が反応室３０から除去される。プ
ラズマを形成するための置換気体が、反応室の少なくとも１つの壁を介して注入
される。ファイバ基板３２が、高周波パワーが供給される電極３４，３６の付近
に配置される。電極３４，３６は、テフロン（登録商標）支持材３８，４０によ
って反応室３０から絶縁される。
【００５６】 Ｄ．基板上にダイヤモンド状薄膜を蒸着する方法 本発明はさらに、ガラス基板上へのライトスルーダイヤモンド状薄膜の蒸着を
はじめとする基板上にイヤモンド状薄膜を蒸着する方法に関する。特定の実装例
において、本方法は、排気可能な反応室に少なくとも２つの電極を含む容量結合
型リアクタシステムを形成するステップを含む。反応室は部分的に排気され、高
周波パワーが電極の１つに印加される。炭素含有源が電極間に導入され、電極の
付近に反応種を含むプラズマを形成し、少なくとも１つの電極の付近にイオンシ
ースをさらに形成する。ガラス基板は、イオンシース内で反応種に曝露され、基
板上にダイヤモンド状薄膜を形成する。この状態により、水素がないことを基準
として、少なくとも３０原子％の炭素、０〜５０原子％のケイ素、０〜５０原子
％の酸素を含むダイヤモンド状共有結合構造を含む薄膜を生じることができる。
【００５７】 本発明の方法において、ダイヤモンド状薄膜は、炭素および大部分の場合には
添加成分を含む気体から基板上にプラズマ蒸着によって蒸着される。蒸着は、（
大気圧に対して）減じられた圧力で、制御された環境において行われる。反応室
において、炭素を含む気体に対して電界を印加することによって、炭素を豊富に
含むプラズマが生成される。薄膜蒸着用の基板は、リアクタにおける容器または
コンテナに保持される。
【００５８】 共有結合を形成するために、プラズマ内の種は基板表面で反応し、基板の表面
にアモルファスダイヤモンド状薄膜を生じる。本発明の工程中、多数の基板を同
時に蒸着プラズマに曝露してもよい。ダイヤモンド状薄膜蒸着を形成する条件を
維持することができる排気可能な反応室内の容器またはコンテナに基板を維持す
るか、またはその中を通過させることができる。すなわち、反応室は、特に圧力
、さまざまな不活性気体および反応気体の流れ、パワーが供給される電極に供給
される電圧、イオンシース全体の電界の強度、反応種を含むプラズマの形成、イ
オン衝撃の強さ、反応種からのダイヤモンド状薄膜の蒸着速度を制御することが
できる環境を形成する。
【００５９】 蒸着工程の前に、反応室は、空気および任意の不純物を除去するのに必要な程
度まで排気される。圧力を変化させるために、反応室に不活性気体（アルゴンな
ど）を注入してもよい。一旦、基板が反応室に配置されて排気されると、炭素（
および通常は水素）を含む物質および任意に、添加成分を蒸着することができる
物質が反応室に注入され、電界の印加によって、アモルファスダイヤモンド状薄
膜が蒸着されるプラズマを形成する。ダイヤモンド状薄膜蒸着の圧力および温度
（通常は０．１３〜１３３Ｐａ（０．００１〜１．０Ｔｏｒｒ）（本願明細書に
記載されるすべての圧力はゲージ圧である）および５０℃未満）で炭素を含む物
質および任意の添加成分を得ることができる物質は、蒸気の形態であると推測さ
れる。
【００６０】 ダイヤモンド状薄膜における炭素および水素の蒸着に関して、アセチレン、メ
タン、ブタジエン、ベンゼン、メチルシクロペンタジエン、ペンタジエン、スチ
レン、ナフタレン、アズレンをはじめとする炭化水素が特に好ましい。また、こ
れらの炭化水素の混合物を用いてもよい。また、任意の添加生物を含む気体を反
応室に導入することもできる。ダイヤモンド状薄膜の効率的な蒸着のために、イ
オン化ポテンシャルが低い（たとえば１０ｅＶ以下の）気体が通常用いられる。
【００６１】 １つ以上の水素、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタンまたは銅を含む
添加される任意のダイヤモンド状薄膜成分は、蒸着工程中、蒸気の形態で反応室
に導入されてもよい。一般に、添加成分用の源が固体または流体である場合であ
っても、反応室において減じられた圧力によって、源を揮発させると推測される
。あるいは、添加成分は不活性気体の流れに混入されてもよい。炭素または炭化
水素を含む気体がプラズマに曝されている間に、添加成分を反応室に加えてもよ
く、または炭素または炭化水素を含む気体の流れが停止した後に反応室に加えて
もよい。
【００６２】 水素の源は、炭化水素気体および分子の水素（Ｈ２）を含む。フッ素の源は、
四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ぺルフルオロブタン（Ｃ４ Ｆ１０）、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０などの化合物を含む。ケイ素の源は
、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、テトラメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサンなど
のシランを含む。酸素の源は、酸素気体（Ｏ２）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、水
（Ｈ２Ｏ）、オゾン（Ｏ３）を含む。窒素の源は、窒素気体（Ｎ２）、アンモニ
ア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ６）を含む。硫黄の源は、六フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ６）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含む。銅の源は、アセチ
ルアセトネート（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）銅を含む。チタンの源は、
四塩化チタンなどのハロゲン化チタンを含む。
【００６３】 小さい方の電極の周囲のイオンシースはイオン衝撃を得るために必要であり、
イオン衝撃は次に稠密充填ダイヤモンド状薄膜を作製するのに必要である。イオ
ンシースの形成に関する説明は、Ｂｒｉａｎ Ｃｈａｐｍａｎ，「Ｇｌｏｗ Ｄ
ｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，１５３」（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８０）で見出すことができる。
【００６４】 電極は、同一サイズであってもよく、異なるサイズであってもよい。電極が異
なるサイズである場合には、（接地されている電極またはパワーが供給されてい
る電極かいずれであるかに関係なく、）小さい方の電極は、大きい方のイオンシ
ースを有すると推測される。このタイプの構成を「非対称」平行板リアクタト呼
ぶ。非対称構成は、小さい方の電極の周囲のイオンシース全体に高めの電位を形
成する。シース内に生じるイオン衝撃効果から恩恵を受けるために、基板がイオ
ンシース内に位置することが好ましいことから、電極の１つに大きなイオンシー
スを確立することは、本発明の場合には好ましい。
【００６５】 好ましい電極の表面積比は２：１〜４；１であり、３：１〜４：１であればさ
らに好ましい。比が増大するにつれて、小さい方の電極のイオンシースが増大す
ると推測されるが、４：１を超える比はあまり恩恵をもたらさない。反応室自体
が電極として作用してもよい。本発明に関して好ましい構成は、パワーが供給さ
れる電極の表面積の２〜３倍である接地された反応室内にパワーが供給される電
極を具備することである。
【００６６】 高周波によって生成されるプラズマにおいて、エネルギーは、電子によってプ
ラズマに結合される。プラズマは、電極間の電荷担体として作用する。プラズマ
は、反応室全体に充填されることができ、通常は色付きの雲として目で認識する
ことができる。イオンシースは一方または両方の電極の周囲の黒っぽい領域とし
て現れる。高周波エネルギーを用いる平行板リアクタにおいて、印加される周波
数は、０．００１〜１００ＭＨｚの範囲であることが好ましく、１３．５６ＭＨ
ｚまたはその自然数倍であることが好ましい。この高周波パワーは、反応室内の
気体（または複数の気体）からプラズマを形成する。高周波パワー源は、同軸伝
送線路によって高周波パワー源は、電源のインピーダンスを伝送線路およびプラ
ズマ負荷（高周波パワーを効率的に連結するために、通常は約５０オームである
）のインピーダンスと整合するように作用する回路網によってパワーが供給され
る電極に接続される１３．５６ＭＨｚの発振器などの高周波発生装置であっても
よい。したがって、これを整合回路網と呼ぶ。
【００６７】 電極の周囲のイオンシースは、プラズマに対して電極の負のセルフバイアスを
生じる。非対称構成において、負のセルフバイアス電圧は大きい方の電極上では
無視することができ、小さい方の電極上の負のバイアスは通常１００〜２０００
Ｖの範囲である。高周波パワー源による許容可能な周波数は、小さい方の電極に
大きな負の直流（ＤＣ）セルフバイアスを形成するのに十分であるほど高くても
よいが、ダイヤモンド状薄膜の蒸着に関して非能率的である結果として生じるプ
ラズマの定常波を形成するのに十分なほど高い必要はない。
【００６８】 プレーナ型基板の場合には、基板を接地される電極より小さく形成されるパワ
ーが供給される電極と直接接触するように配置することによって、平行板に稠密
ダイヤモンド状炭素薄膜の蒸着を実現することができる。これにより、パワーが
供給される電極と基板との間の容量結合のために、基板を電極として作用させる
ことができる。このことは、Ｍ．Ｍ．Ｄａｖｉｄらによる「Ｐｌａｓｍａ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｌｍｓ」、ＡＩＣｈＥ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．３７、
Ｎｏ．３，ｐ．３６７（１９９１）に記載されており、参照によって本願明細書
に引用されるものとする。細長い基板の場合には、連続高周波電界がパワーの供
給される電極に配置され、十分な炭素を含む気体が反応室内に存在する間に、基
板は任意に、連続的に真空室を通過する。２台の荒引き用ポンプ（図示せず）に
よって反応室の入口および出口において真空が維持され、そのうちの１台は位置
２８に固定され、他方の１台は位置２９に固定される。その結果、細長い基板、
実質的には基板上のみに、連続して炭素を豊富に含む蒸気が蒸着された薄膜を形
成する。
【００６９】 Ｅ．製品 ダイヤモンド状網目構造から作製された薄膜は、たとえば、データを伝送する
ために用いられる光学ガラスファイバ、波長分割多重化、分散補償装置、レーザ
熱補償装置などのさまざまな二次媒体を含むガラスファイバである基板上に蒸着
するための特定の用途に適している。本発明の薄膜は、ファイバの強度を実質的
に低下させることなく、ガラスファイバのための保護材を形成する。さらに、最
終的な物品に改善した光学特性および物理特性を提供するきわめて均質な方法で
、基板上に薄膜を形成することができる。これらの薄膜は通常、比較的薄く、具
体的には約１００μｍまでであり、約５０μｍまでであれば好ましく約１０μｍ
までであればさらに好ましく、約５μｍまでであれば最も好ましい。薄膜の透明
度が非常に高い場合には、光を過度に吸収することがない厚めであってもよい。
したがって、ダイヤモンド状ガラスなどの非常に透明度が高い薄膜の場合には、
薄膜の厚さは、（たとえば）１〜１００μｍであってもよい。このことは、ライ
トスルー特性を弱めることなく、強いファイバを作製する場合に好都合である。
ダイヤモンド状炭素およびダイヤモンド状網目構造などの透過率の低い材料の場
合には、薄膜の厚さは、０．０１〜０．３０μｍなどの薄めであることが好まし
い。このような薄膜は一般に、厚めのダイヤモンド状ガラス薄膜のような十分な
保護材を形成しない。ＤＹＬＹＮが用いられる場合には、薄膜はまた、ダイヤモ
ンド状ガラスより薄いことが好ましく、通常は０．１〜１０．０μｍである。
【００７０】 本発明によって製作されるある種の物品は、ブラッグ格子を作製する際に用い
るのに適している。ほぼ均一の厚さに加えて、薄膜のライトスルー特性によって
、高品質のブラッグ格子を作製することができる。迅速かつきわめて正確にブラ
ッグ格子を作製することができる。さらに、本発明によるブラッグ格子の作製方
法によって、ファイバの強度を実質的に保持することができ、本発明によって蒸
着される薄膜を備えていないファイバと比べると、強化することもできる。
【００７１】 本発明によって処理されるファイバは、インライン光導波路屈折率格子を作製
するのに適している。さらに詳細には、本発明の一態様は、米国特許第５，９１
２，９９９号および米国関連特許出願第０９／１１０４９５号および第０９／１
６１９４４号に開示されているように、時間の関数として変調された振幅である
強度を有する化学線の干渉写真に対してファイバを並進させることによって、任
意の長さの純粋にアポダイズされたチャープファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を
作製するための方法に関する。
【００７２】 光導波路屈折率格子は、導波路の屈折率における周期的、非周期的または準周
期的な変動である。たとえば、導波路の変調を物理的に印加することによって、
光感受性導波路に沿って屈折率に変動を生じさせることによって、化学線のパタ
ーンに導波路を曝露することによって、または当業界では周知の別の方法によっ
て、格子を作製することができる。特に、光ファイバのコア内に描画される格子
は、光ファイバ通信およびセンサシステムにおけるさまざまな用途では、重要な
構成要素である。
【００７３】 導波路に光感受性を与えるために、ゲルマニウムなどのドーパントを導波路材
料の領域に添加してもよい。これにより、化学線曝露によって、その領域の屈折
率を増大させやすくする。インライン格子を現在好ましい「描画」方法は、化学
線（通常は紫外線）の２つのビームの間の干渉に導波路の部分を曝露するステッ
プを含む。２つのビームは、干渉写真、すなわち光の干渉パターンを形成するた
めに横断方向における導波路の導波構造に入射される。２つのビームの間の角度
（および放射線の波長）は、干渉写真の干渉縞の間隔を規定する。一般に、化学
線の２つのビームは、干渉計のレッグであるか、または位相マスクによって単独
のビームを発射することによって形成される。位相マスク法は、非常に再現性が
高く、光学設備の機械的な振動の影響を受けにくく、より短いコヒーレンス長の
描画ビームで実現されることができるため、一般にインライン格子の大量製造に
より適していると考えられる。
【００７４】 干渉計を用いて、または位相マスクによってこのような露光が実現される場合
には、ファイバのコア内部で周期的に変化する屈折率を有する格子を描画するこ
とが可能である。このようなブラッグ構造鬱の反射率、反射帯域、波長は、用い
られる位相マスクの周期および長さ、曝露時間によって規定されるに過ぎない。
【００７５】 前述の詳細において、簡潔さ、明確さ、理解のために一定の用語が用いられて
いる。そのような語は説明のために用いられているため、先行技術の要件を凌駕
していることを意味する不必要に限定するべきではなく、広く解釈すべきである
。さらに、本発明の明細書および図面は、例示に過ぎず、本発明の範囲は、図示
されるか、または記載された正確な明細書に限定されるわけではない。
【００７６】 Ｆ．実施例 実施例で作製されたダイヤモンド状薄膜を評価し、特徴付けるために用いられ
る記述した試験方法を含む以下の実施例によって、本発明を明らかにすることが
できる。
【００７７】 プラズマリアクタの詳細 リアクタ１：ダイヤモンド状ガラス（ＤＬＧ）薄膜は、ファイバ基板用に特に
設計された特注のプラズマリアクタで蒸着された。このリアクタは、図２に概略
的に示されており、反応室の直線軸に沿って、上下にねじれ形配置構成（すなわ
ち垂直に整列していない）に位置する名目上、長さ６１０ｍｍ（２４インチ）、
幅３８ｍｍ（１．５インチ）である２つの線形アルミニウム電極を有する垂直の
アルミニウム反応室を含む。電極の側面および背面は、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉ
ｄｅから商標名ＵＬＴＥＭで入手可能なポリエーテルイミドによって絶縁され、
電極の前面のみがプラズマに積極的に曝露されるように、アルミニウムから製作
される接地面で終わっている。電極は、高周波パワー供給源（マサチューセッツ
州べバリー（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ、Ｂｅｖｅｒｌｙ）のＣｏｍｄｅｌ
Ｉｎｃ．，製のモデルＣＸ１２５０）、整合回路網（Ｃｏｍｄｅｌ Ｉｎｃ．製
のモデルＣＰＭ−１０００）とコントローラ（Ｃｏｍｄｅｌ Ｉｎｃ．製のモデ
ルＭａｔｃｈＰｒｏ ＣＰＭ）によりパワーが供給される。テトラメチルシラン
（ＴＭＳ）と酸素ガスは、マスフローコントローラ（マサチューセッツ州アンド
ーバー（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ａｎｄｏｖｅｒ）のＭＫＳ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ，，製）によって蒸着室に導入され、機械ポンプ（Ｅｄｗａｒｄｓ
Ｈｉｇｈ Ｖａｃｃｕｍ製モデルＥ２Ｍ８０）によって補足されたルーツ送風
機（英国、サセックス（Ｅｎｇｌａｎｄ、Ｓｕｓｓｅｘ）のＥｄｗａｒｄｓ Ｈ
ｉｇｈ Ｖａｃｕｕｍ製モデルＥＨ１２００））によってポンプで送り出された
。反応室における圧力は、絞り弁およびコントローラ（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓ製のそれぞれモデル６５３シリーズおよび６６０シリーズ）によって制
御された。ファイバ基板は、差動排気されるオリフィス板によって、大気条件か
ら反応室へ供給された。荒引き用ポンプは、真空室の入口および出口において真
空を維持するために用いられた。
【００７８】 リアクタ２：市販の平行板容量結合型プラズマリアクタ（Ｓｔ．Ｐｅｔｅｒｓ
ｂｕｒｇ，ＦｌｏｒｉｄａのＰｌａｓｍａ Ｔｈｅｒｍからモデル２４８０とし
て市販されている）が、修正され、毛細管へのＤＬＧの蒸着のために用いられた
。このリアクタは、図３に概略的に示されており、パワーが供給される電極を含
む接地された反応室電極を含む。反応室の形状は、内径２６インチ、高さ１２イ
ンチの円筒形であった。径５５．９ｃｍ（２２インチ）の円形電極が内部に取り
付けられ、整合回路網および周波数１３．５６ＭＨｚで作動する３ｋＷの高周波
パワー電源に固定される。反応室は、機械ポンプによって補足されたルーツ送風
機によってポンプで送り出された。他に断りがない限り、反応室のベース圧力は
、０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）であった。プロセスガスは、マスフローコント
ローラまたはニードル弁のいずれかによって、反応室で測定された。プラズマ蒸
着および処理のすべてが、プラズマリアクタのパワーが供給される電極に位置す
る基板で行われた。
【００７９】 実施例１ この実施例は、ＤＬＧ薄膜のライトスルー特性における酸素対テトラメチルシ
ラン（ＴＭＳ）の低い集中率の効果を示している。
【００８０】 コネティカット州、ウェストへブン（ＷｅｓｔＨａｖｅｎ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉ
ｃｕｔ）の３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ，から部品番号ＣＳ−９６−０１１０として入手可能な公称コア径５
〜１０μｍ、クラッディング径１２５μｍ、アクリレートコーティング径２５０
μｍである）アクリレートでコーティングされた光ファイバ（光学コアを有する
純粋なシリカクラッドを含み、光学コアがガラスファイバの最も内部の部分であ
り、光ファイバとして機能するために内部全反射を生じることができるように、
ゲルマニウムでドーピングすることによってより高い屈折率を有するように作製
されている）は、３つの個別のビーカーに注入された発煙硫酸（１７５℃）、水
、メタノール３つの個別のビーカーに注入されたに長いファイバの６ｃｍの部分
を順次浸漬することによって、コーティングを剥離させた。ファイバの部分は、
約３０秒間、各液体に沈められた。部分的にコーティングの剥離されたファイバ
は、サンプルホルダに取り付けられ、自由スパンに配置された剥離部分が任意の
他の表面に機械的に接触しないようにした。サンプルホルダは、プラズマリアク
タ１のパワーが供給される電極に対向して取り付けられた。電極の反対側に面し
ているファイバの表面は、１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）および４００Ｗで
１５秒間、酸素プラズマを用いて予め清浄された。第１の側面の清浄後、反応室
が開けられ、ホルダが反転され、反応室が閉じられ、ファイバの別の側面が同様
に予め清浄された。酸素プラズマ清浄後、各ファイバの各側面をプラズマに１０
分間曝露することによって、ＤＬＧ薄膜がファイバの表面に蒸着された。プラズ
マは、テトラメチルシラン（ウィスコンシン州、ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕ
ｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）のＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐ
ａｎｙ，から入手可能なＴＭＳ）および酸素（Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａからガスボンベ
で入手可能）の混合物から形成された。圧力およびパワーはそれぞれ、２０Ｐａ
（１５０ｍＴｏｒｒ）および２００Ｗに維持された。ＴＭＳおよび酸素の流量は
１５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）および７５０ｓｃｃｍであり、Ｏ２ 対ＴＭＳの比は０．２となった。プラズマ処理によって、厚さ５μｍのＤＬＧ薄
膜が生じた。厚さ１．０μｍの類似のＤＬＧ薄膜もまた、次の透過試験のために
石英スライドの一面に配置された。
【００８１】 ＤＬＧ薄膜の光学的透過率は、石英スライド上に蒸着された薄膜に関して測定
された。透過スペクトルは、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ，Ｎｏｒｗａｌｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから入手可能なモデルλ９００分
光測光器で測定された。図４に見られるように、透過率は、２５０ｎｍで透過率
９０％の本質的に無色透明であり、波長が長いほど透過率が高い。
【００８２】 ファイバ上のＤＬＧ薄膜の厚さは、電子顕微鏡によって測定された。厚さは、
５．０μｍであった。薄膜の均質性および同心度は、図５に示されている。図５
から明白であるように、薄膜は、高い程度の均質性および同心度を示した。
【００８３】 次に、ファイバを被覆する薄膜の機械特性が、元のアクリレートコーティング
ファイバおよびコーティングの剥離されたファイバの両方の機械特性と比較され
た。ＤＬＧコーティングファイバは、アクリレートコーティングファイバに類似
しており、指の間でファイバを拭うことによって、またはマンドレルに巻き付け
ることによってなどの取り扱いに対して鈍感であるように見える。対照的に、コ
ーティングの剥離されたファイバは、そのような取り扱いを受けると容易に破損
する。３本のファイバはすべて、Ｖｙｔａｎ耐久試験装置（Ｖｙｔａｎ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｏｒｇａｎｖｉｌｌｅ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙから入手可
能なモデルＰＴＲ−１００）で引張り試験が行われた。図６に見られるように、
アクリレートコーティングファイバおよびＤＬＧ保護ファイバのいずれも故障確
率は、コーティングの剥離されたファイバの故障確率より高い引張力を生じた。
【００８４】 ＤＬＧ保護ファイバは、ファイバの光感受性を増大させるために、ファイバの
光感知領域に水素を拡散することができるような高い温度および圧力で水素気体
に曝露させ（水素の効果の詳細な説明については、Ｒａｍａｎ，Ｋａｓｈａｐ，
「Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇｓ」，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓ
ｓ，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ（１９９９）でわかると思われる）、格子が描画される
まで約−４５℃に維持された。格子は、Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ製エキシマ
レーザ（ＬＰＸ２１０）および干渉描画法を用いて描画された。エネルギー密度
は、繰り返し率５０Ｈｚでパルス当たり２６ｍＪ／ｃｍ２であり、（ファイバ軸
に沿って）約９ｍｍ×２ｍｍのスポットで２４０ｍＷに対応する。すべてのＤＬ
Ｇデータは、干渉計システムの任意の変動を考慮し、ＤＬＧ処理による任意の効
果を識別するために、同日行われたコーティングの剥離されたファイバのデータ
と比較された。
【００８５】 実験誤差内で、ＤＬＧサンプルの結果は、裸のファイバサンプルト見分けがつ
かなかった。図７に見られるように、ＤＬＧサンプルのスペクトル（７Ａ）は、
コーティングの剥離されたファイバ（７Ｂ）のスペクトルと類似していた。対照
的に、ファイバ上の標準的なアクリレートコーティングは、エキシマレーザ曝露
によって著しく損傷を受け、紫外線波長を透過しなかった。
【００８６】 実施例２ この実施例は、ＤＬＧ薄膜のライトスルー特性に関する酸素対テトラメチルシ
ラン（ＴＭＳ）の高い濃度比の効果を示している。
【００８７】 注入気体の流量を変更したことを除き、ＤＬＧ薄膜は、実施例１の場合のよう
にコーティングの剥離された光ファイバ上に蒸着された。ＴＭＳおよび酸素の流
量はそれぞれ、１５０ｓｃｃｍおよび１００ｓｃｃｍであり、酸素対ＴＭＳの比
は１．５となった。圧力およびパワーはそれぞれ、４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ
）および２００Ｗに維持された。さらに、高周波パワーは、それぞれ周波数１０
Ｈｚおよびデューティサイクル９０％でパルス発振された。厚さ０．１μｍの類
似の薄膜が、組成の次の決定のためにケイ素板上に蒸着された。
【００８８】 ＤＬＧ薄膜の組成は、Ｋｒａｔｏｓ ＡＸＩＳ Ｕｌｔｒａシステムを用いて
ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された。ＸＰＳにおいて、焦点を結ん
だｘ線ビームが、そのエネルギーおよび強度によって特徴付けられるサンプルの
生成する光電子を放射する。光電子のエネルギーは、特定の元素およびその化学
状態に固有である。約５ｎｍの間隔で５ｋＶアルゴンイオンビームを用いてスパ
ッタエッチングするたびごとに再び受光されるため、サンプルに関するＸＰＳス
ペクトルが得られた。水素がないことを基準として、平均組成は、３３原子％の
炭素、２９原子％のケイ素、３８原子％の酸素であった。オージェ電子分光法に
よって深さの外形も得られ、組成が薄膜の深さを通じて均質であることを確認し
た。
【００８９】 実施例２のＤＬＧ薄膜の透過率は、実施例１の透過率よりはるかに大きかった
。図８に示されているように、２５０ｎｍにおける透過率は９８％であった。同
様に、実施例２のＤＬＧ薄膜の機械特性も、実施例１の機械特性より改善された
。機械特性は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ａｓｓｏｃｉａ
ｔｉｏｎ（ＥＩＡ）標準試験手順の光ファイバ試験手順ＦＯＴＰ−２８によって
測定された場合に５０％の故障率における平均強度を決定することによって測定
された。実施例２に関するワイブル分布が、図９に示されている。ワイブル分布
とは、光ファイバの統計的サンプルの破壊強さのグラフであり、所与の応力条件
下の動作寿命を予測するために用いられることができる。ワイブル分布について
は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕ
ｔｅ ＥＩＡ／ＴＩＡ標準光ファイバ試験手順ＦＯＴＰ−２８に説明されており
、それを参照されたい。また、３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓ
ｙｓｔｅｍｓ，ＷｅｓｔＨａｖｅｎ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから入手可能な３
Ｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ：Ｆｒｅｄｒｉｃｋ Ｂａｃ
ｏｎ，「Ｓｉｌｉｃａ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ−Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎ Ｎｎｏｔｅ」、ｐ．３を参照されたい。
【００９０】 実施例２に関して描画されているブラッグ格子は、実施例１のブラッグ格子と
類似している。図１０は、実施例２のＤＬＧ保護ファイバに関する格子透過スペ
クトルを示している。透過スペクトルにおける類似性によって示されているよう
に、コーティングの剥離されたファイバと比較した場合、ＤＬＧ層の存在は、悪
影響を及ぼさなかった。格子がわずかに異なる条件下で描画されたために、図４
Ａの裸ファイバとの比較は正確ではない。格子手順は、より長い期間行われ、そ
の結果、ＤＬＧ保護ファイバに関してより深い（デシベル値がより高い）格子を
生じた。
【００９１】 実施例３ この実施例は、ライトスルー薄膜としてのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）を示
している。
【００９２】 ＤＬＣ薄膜は、リアクタ２を用いてコーティングの剥離された光ファイバ上に
蒸着された。ファイバの剥離部分は、パワーが供給される電極から約１ｍｍに吊
り下げられ、光学透過率測定のための石英スライドが、パワーの供給される電極
上に直接配置された。ＤＬＣの蒸着前に、サンプルは、アルゴン（Ｏｘｙｇｅｎ
Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏ
ｔａからガスボンベで入手可能）を用いて、３．３Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）およ
び１ｋＷパワーで１０秒間、プラズマ清浄された。清浄後、ＤＬＣ薄膜は、トラ
ンス−２−ブテン（Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｎｎ
ｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮから入手可能）プラズマに１０秒間、ファイバを曝露させ
ることによって蒸着された。トランス−２−ブテンの流量は３００ｓｃｃｍであ
り、圧力およびパワーはそれぞれ、１２Ｐａ（９０ｍＴｏｒｒ）および１ｋＷに
維持された。ＤＬＣ蒸着の厚さは、２００オングストロームであった。
【００９３】 薄膜が茶色に見えたため、実施例３のＤＬＣ薄膜の透過率は、実施例１の透過
率より低かった。図１１に示されているように、２５０ｎｍにおける透過率は、
６８％であった。ＤＬＣはＤＬＧほど厚く塗布することができず、匹敵する透明
度を保持することができないため、実施例３のＤＬＣ薄膜の機械特性は、実施例
１の機械特性より弱かった。実施例３のワイブル分布が、図１２に示されている
。
【００９４】 実施例３で描画したブラッグ格子は、実施例１のブラッグ格子と類似していた
。
【００９５】 実施例４ この実施例は、ライトスルー薄膜としてのダイヤモンド状網目構造（ＤＬＮ）
を示している。
【００９６】 注入される蒸着材料のタイプが異なり、注入気体の蒸着条件および流量が変更
されたことを除き、ＤＬＮ薄膜は、実施例１の場合のように、コーティングの剥
離された光ファイバ上に蒸着された。さらに、ガラスファイバに対してＤＬＮを
確実に接着するために、きわめて薄い（約２５０オングストローム）の水素付加
ＤＬＣ薄膜が、ガラスとＤＬＮ薄膜との間の境界にまず蒸着された。ＤＬＮを作
製するために用いられるトランス−２−ブテン（Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）およびオク
タフルオロプロパン（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｇａｓｅｓ
，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）の流量はそれぞれ、１００ｓｃｃｍお
よび４００ｓｃｃｍであった。圧力およびパワーはそれぞれ、７．３Ｐａ（５５
ｍＴｏｒｒ）および５００Ｗに維持された。ＤＬＮ蒸着の厚さは、０．４７μｍ
であると推定された。次の組成の決定のために、同一の処理条件下で、薄膜がケ
イ素ウェーハ上に蒸着された。
【００９７】 ＤＬＮ薄膜の組成は、ＸＰＳ分析から推定された。実施例２のＸＰＳ技法によ
って測定すると、組成は、水素がないことを基準として、６３原子％の炭素およ
び３７原子％のフッ素であった。色が同様に茶色であったために、実施例４のＤ
ＬＮ薄膜の透過率は、実施例３の透過率と類似であった。ＤＬＮはＤＬＧほど厚
く塗布されることができず、匹敵する透明度を保持することができないため、実
施例４のＤＬＮ薄膜は、実施例１より弱かった。実施例４のワイブル分布が、図
１４に示されている。
【００９８】 透明度および強度が類似しているため、実施例４で描画されたブラッグ格子は
、実施例３のブラッグ格子と類似であると予測された。
【００９９】 実施例５ この実施例は、長格子における酸素対ＴＭＳの比が１．５であるＤＬＧのライ
トスルー特性を示している。
【０１００】 光ファイバが異なり、ファイバの清浄工程が変更され、格子が異なる工程によ
って描画された点を除き、実施例５は、実施例２と類似の方法で作製された。長
さ約７６２ｍｍ（３０インチ）の公称コア径５〜１５μｍ、クラッディング径１
２５μｍ、アクリレートコーティング径２５０μｍの光学コアにゲルマニウムド
ーピングを有するアクリレートコーティング光ファイバ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ
−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＷｅｓｔＨａｖｅｎ
，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから部品番号ＣＳ−９６−０１１０として入手可能）
が、用いられた。光ファイバは、３０〜６０分間アセトン槽に浸漬された。次に
、アクリレートコーティングが、０．１５ｍｍ（０．００６インチ）の切刃を有
するＭｉｃｒｏ−Ｓｔｒｉｐ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．
，Ｓｅｅｋｏｎｋ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）ストリッピングツールをリバ
ーススレッディングし、ハンドルを締付け、ツールにファイバを通過させること
によって機械的に除去された。続いて、ファイバは、残っている残滓を除去する
ために、イソプロパノールで湿らされた雑巾（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ−Ｃｌａｒｋ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｒｏｓｗｅｌｌ，ＧｅｏｒｇｉａからＫｉｍｗａｐｅ
ｓとして入手可能）で３回拭われた。格子が５５ｍＷのビームパワーの倍周波数
アルゴンイオンレーザ（モデルＳＡＢＲＥ−ＦＲＥＤ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌａ
ｓｅｒ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡビームを用いて描画されたことを除き、
清浄後、ファイバは、実施例２のように取り付け、処理、試験が行われた。ビー
ムは、５０μｍ×１００μｍのサイズのスポットに干渉計によって集光された。
描画された格子は、長さ１５インチ（約３８ｃｍ）であった。
【０１０１】 実施例５で描画されたブラッグ格子は、長格子の条件を満たしている。図１３
は、その表面上に蒸着されたＤＬＧ薄膜を有するファイバに関する長格子の格子
透過スペクトルを示している。図１４は、ＤＬＧ薄膜を備えていない場合の長格
子の格子透過スペクトルを示している。実験誤差の範囲内で、機械的にコーティ
ングの剥離された裸のファイバに描画された格子と機械的にコーティングが剥離
され、ＤＬＧでカプセル化されたファイバに描画された格子との間に、差はなか
った。
【０１０２】 実施例６ この実施例は、長さ１０ｃｍの格子における酸素対ＴＭＳの比が１．５である
ＤＬＧ薄膜を通って描画される格子の機械強度特性を示している。
【０１０３】 実施例６の場合には、アクリレートコーティングが長さ６ｃｍではなく１９ｃ
ｍにわたって剥離された点およびこの剥離領域全体がＤＬＧ薄膜によって被覆さ
れた点を除き、実施例２と類似の方法で、酸によってコーティングが剥離され、
ＤＬＧ薄膜が蒸着された。ＤＬＧ蒸着に続いて、ファイバは、径２インチのアル
ミニウムマンドレル上に巻き付けられ、実施例１と同一の方法で水素が付加され
た。１０ｃｍの長格子は、実施例５と同一の方法で、ＤＬＧ薄膜を通して描画さ
れ、格子の機械強度が実施例１と同一の試験手順を用いて測定された。この格子
のワイブル分布が、図１７に示されている。合計１０個の格子に試験が行われた
。このうち９個の格子は、３５０ｋｐｓｉを超える強度を保持し、６個の格子が
５００ｋｐｓｉを超える強度を備えていた。１０個の格子のワイブル平均強度は
、４６７．７ｋｐｓｉであった。１００ｋｐｓｉ未満の強度であった１つの格子
を除くと、ワイブル平均強度は、５２５．２４ｋｐｓｉであり、この長さの格子
としては高い値であった。
【０１０４】 本発明の特長、発見、原理について説明してきたが、工程および装置が考えら
れ用いられる方法、構成の特徴、得られた好都合かつ新しい有用な結果、新たな
有用な構造物、装置、要素、配置構成、部品、組み合わせについては添付の請求
項に記載される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実装例によって蒸着された薄膜で被覆された光ファイバ
の断面図である。
【図２】 本発明の実施例を作製するために用いられた第１のプラズマリア
クタの概略上面図である。
【図３】 本発明の実施例を作製するために用いられた第２のプラズマリア
クタの概略上面図である。
【図４】 実施例１で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバの透過スペクトルである。
【図５】 実施例１で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバの断面ディジタル画像の光学顕微鏡写真である。
【図６】 コーティングがない場合、アクリレートでコーティングした場合
、実施例１で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着された場合の光
学ガラスファイバの強度を比較したワイブル分布である。
【図７】 実施例１で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバに描画されたブラッグ格子の格子透過スペクトルである
。
【図８】 実施例２で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバの透過スペクトルである。
【図９】 コーティングがない場合、アクリレートでコーティングした場合
、実施例２で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着された場合の光
学ガラスファイバの強度を比較したワイブル分布である。
【図１０】 実施例２で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着
された光学ガラスファイバに描画されたブラッグ格子の格子透過スペクトルであ
る。
【図１１】 実施例３で作製されたダイヤモンド状炭素薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバの透過スペクトルである。
【図１２】 コーティングがない場合、アクリレートでコーティングした場
合、実施例３で作製されたダイヤモンド状炭素薄膜を用いて蒸着された場合の光
学ガラスファイバの強度を比較したワイブル分布である。
【図１３】 実施例３で作製されたダイヤモンド状炭素薄膜を用いて蒸着さ
れた光学ガラスファイバに描画された格子透過スペクトルである。
【図１４】 アクリレートでコーティングした場合、コーティングがない場
合、実施例４で作製されたダイヤモンド状網目構造薄膜を用いて蒸着された場合
の光学ガラスファイバの強度を比較したワイブル分布である。
【図１５】 実施例４で作製されたダイヤモンド状網目構造薄膜を用いて蒸
着された光学ガラスファイバに描画された格子透過スペクトルである。
【図１６】 実施例５で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を用いて蒸着
された光学ガラスファイバに描画された長格子の格子スペクトルを示している。
【図１７】 実施例６で作製されたダイヤモンド状ガラス薄膜を通して描画
された格子のワイブル分布である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 6/10 Ｇ０２Ｂ 6/16 ４Ｋ０３０ 6/12 6/44 ３０１Ａ ５Ｄ０２９ 6/122 Ｇ１１Ｂ 7/24 ５２６Ｖ ５Ｄ１２１ 6/16 7/26 6/44 ３０１ Ｇ０２Ｂ 6/12 Ａ Ｇ１１Ｂ 7/24 ５２６ Ｆ 7/26 Ｎ Ｃ０３Ｃ 25/02 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 モージズ・エム・デイビッド 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 ブライアン・ジェイ・ゲイツ 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 ブライアン・ケイ・ネルソン 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 ジェイムズ・エフ・ブレネン・ザ・サード 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 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA03 PA04 QA07 TA35 2H050 AB02 AC82 AC84 BA04 BA32 BC02 4G059 AA08 AB01 AB09 AB11 AC09 AC16 EA11 EB03 EB04 4G060 AA01 AC02 AC12 AD12 AD43 CA20 4G146 AA05 AB07 AD02 BC09 4K030 BA00 BA27 BA28 BA44 BA48 BB00 BB01 CA06 JA01 5D029 KA24 5D121 AA02 EE05 EE06

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学線曝露によって、屈折率に変化を示すことができるガラ
    ス基板と、 薄膜が任意に、前記基板の少なくとも一部分上にランダムまたは相互侵入に蒸
    着される放射線透過性ダイヤモンド状薄膜と、を含むガラス物品。
  2. 【請求項２】 前記薄膜が、水素がないことを基準として、少なくとも２５
    原子％の炭素、０〜５０原子％のケイ素、０〜５０原子％の酸素を含む請求項１
    に記載のガラス物品。
  3. 【請求項３】 前記薄膜が、１８０〜８００ｎｍの１つ以上の波長で、放射
    線に対して少なくとも５０％の透過性を有する請求項１に記載のガラス物品。
  4. 【請求項４】 前記薄膜が、前記基板上に蒸着されたままであり、波長２４
    ４ｎｍでビームパワー密度４０００Ｗ／ｃｍ２で動作する倍周波数アルゴンイオ
    ンレーザによって１時間露光した後、依然として、放射線に対して透過性を有す
    る請求項１に記載のガラス物品。
  5. 【請求項５】 前記ガラス基板が記録媒体である請求項１に記載のガラス物
    品。
  6. 【請求項６】 前記ガラス基板が導波路である請求項１に記載のガラス物品
    。
  7. 【請求項７】 前記導波路が光ファイバである請求項６に記載のガラス物品
    。
  8. 【請求項８】 前記ファイバのサンプルが、１平方インチ当たり少なくとも
    約２００キロポンド（１．３８Ｇｐａ）の標準試験手順ＦＯＴＰ−２８によって
    測定されるとき、５０％の故障確率で平均強度を有する請求項７に記載のガラス
    物品。
  9. 【請求項９】 前記ダイヤモンド状薄膜が、ダイヤモンド状炭素、ダイヤモ
    ンド状ガラス、ダイヤモンド状網目構造、および相互侵入ダイヤモンド状ナノ複
    合材料からなる群から選択される請求項１に記載のガラス物品。
  10. 【請求項１０】 ガラス基板上にダイヤモンド状薄膜を蒸着する方法であっ
    て、 ａ．排気可能な反応室に少なくとも２つの電極を含む容量結合型リアクタシス
    テムを形成するステップと、 ｂ．前記反応室を少なくとも部分的に排気するステップと、 ｃ．少なくとも１つの電極に高周波パワーを印加するステップと、 ｄ．前記電極間に炭素含有源を導入し、前記電極の付近に反応種を含むプラズ
    マを形成し、少なくとも１つの電極の付近にイオンシースをさらに形成するステ
    ップと、 ｅ．前記イオンシース内で前記反応種にガラス基板を曝露し、前記基板上に放
    射線透過性ダイヤモンド状薄膜を形成するステップと、 を含む方法。
  11. 【請求項１１】 前記ダイヤモンド状薄膜が、水素がないことを基準として
    、少なくとも２５原子％の炭素、０〜５０原子％のケイ素、０〜５０原子％の酸
    素を有する薄膜を含む請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 格子領域が任意に少なくとも１５ｃｍの長さである請求項
    １に記載の物品を含む光ファイバブラッグ格子。
  13. 【請求項１３】 前記格子が少なくとも１デシベルの透過深さおよび少なく
    とも１ｃｍの長さを有し、前記光ファイバが前記ファイバ表面上に放射線透過性
    薄膜を含み、前記格子の長さが任意に少なくとも１５ｃｍである光ファイバ格子
    。
  14. 【請求項１４】 前記格子領域が少なくとも１５ｃｍの長さであり、ブラッ
    グ格子を含む前記ファイバの断面が、標準試験手順ＦＯＴＰ−２８によって測定
    されるとき、５０％の故障確率で少なくとも２００ｋｐｓｉ（１．３８Ｇｐａ）
    の平均強度を有し、前記格子領域が任意に少なくとも５０ｃｍの長さである光フ
    ァイバブラッグ格子。
  15. 【請求項１５】 前記ファイバが、水素がないことを基準として、少なくと
    も３０原子％の炭素、０〜５０原子％のケイ素、０〜５０原子％の酸素を含む少
    なくとも部分的にカプセル化されている薄膜によって被覆される請求項１４に記
    載の光ファイバブラッグ格子。
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