JP2004514940A

JP2004514940A - 多層光学構造体

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Publication number: JP2004514940A
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Inventors: マイケル・エイ・ブライアン; シャンシン・ビ
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Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2004-05-20
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Abstract

モノリシック光学構造体は、各層が層の一部の内部に閉じ込められた独立した光路を有する複数の層を含んでいる。モノリシック光学構造体は、光ファイバのプレフォームに用いることができる。その代わりに、またはこれに追加して、モノリシック構造体は、該構造体の１ないし２以上の層内に集積光学回路を含むことができる。モノリシック光学構造体は、基板が粒子流れ中を多数回通過することにより、形成できる。析出粒子は、続く固形化により光学材料を形成する。可撓性の光ファイバは、光ファイバの直線方向に貫通した複数の独立した光チャネルを含む。ファイバは、適切なプレフォームを延伸して形成できる。

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、ガラスや結晶材料などの光学材料の層を含む多層光学構造体に関する。特に、本発明は、例えば平面光学機器、光ファイバ、光ファイバのプレフォーム、光メモリ等に用いられる種々の光学特性を備えた複数の光学層の構造体に関する。
【０００２】
背景技術
集積装置内の機械部品、電気部品そして／又は光学部品の合同体または集積体は、材料製造に多大な需要を造り出している。さらに、同じ容積内により多数の集積した装置を取り付けることが望まれている。それらの集積構造体を形成するためには、基板上の特有の部品に選択した性質を提供することに非常に関心が持たれている。高品質の光学材料を備えた光学装置を形成するためには、材料の被膜や層は、非常に均一にされる。
【０００３】
現在用いられている光通信の波長は、１．３〜１．６ミクロンである。光導波路は、波長の数十倍の寸法を有する。したがって、光学構造物は、所望の光モード条件や他の要因に依存して、一般には数ミクロンから約１００ミクロンの寸法である。
【０００４】
インターネットに基づいたシステムを含む通信技術と情報技術の増大は、光通信ネットで利用できる大きいバンド幅を利用した光通信ネットワークを実現するために、世界規模の活動を刺激してきた。光ファイバー技術の容量は、高密度波長分割多重送信（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術の実現によって、さらに拡張できる。需要の増加に伴い、システム機能を充実するために、より多くのチャネルが必要となった。より複雑な光学部品の製造するために、より複雑な構造体および／又は組立品に高品質の光学材料を析出することが求められる。さらに、光学材料は、特有の装置に作り上げられなくてはならない。
【０００５】
光学材料の基本的な特徴には、表面性状、均一性、そして光学的品質を含んでいる。光学的品質は、所望の透過レベルを達成するために、十分に小さい吸収と散乱損失とが参照される。光学的品質はまた、屈折率のような光学特性の均一性や、複屈折特性を含んでいる。さらに、光学的性質は、コア層とクラッド層との間の境界面のような界面の性状に影響を受ける。いくつかの材料にとって、単結晶の形状が最高品質の光透過を有するにも拘わらず、シリカ（ＳｉＯ_２）や多くの他の材料にとって、光透過に好ましい形態は、ガラスである。
【０００６】
光学材料の析出に関して、多くの手法が用いられ、提案されてきた。これらの手法は、例えば、ｆｌａｍｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ析出法、化学蒸着法、物理蒸着法、ゾル−ゲル化学析出法、およびイオン注入法を含む。ｆｌａｍｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓと化学蒸着法の形態は、繊維状光学素子として用いるグラスファイバの製造において好結果を残してきた。ｆｌａｍｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ析出法は、水素−酸素炎（ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｏｘｙｇｅｎｆｌａｍｅ）を用いて気体前駆物質を反応させて光学材料の粒子を基板面上の被膜として形成する。続いてその被膜の熱処理をして、均一な光学材料、通常はガラス材料を形成することができる。
【０００７】
所望の組成物の中に、ドーパントであろうと化学量論的成分であろうと、異なる元素を導入することは、難しいであろう。特に、元素を混合して光学材料の複雑な組成物を形成することは、困難である。さらなる難関は、特定の複雑な組成物を構造体内部の特定の位置に配置できるかどうかに帰着するであろう。
【０００８】
レーザ熱分解法によって高い均一性のサブミクロンやナノスケールの粒子を製造する方法が発展してきた。例えば電池、研磨剤、触媒、および光表示用の蛍光体などを含む種々の装置を形成するために、より高い均一性の粒子が要求される。レーザ熱分解法は、反応物流れの化学反応を駆動する強い光のビームを必要とし、レーザビームから離脱する前で流れの急速冷却の後に、高い均一性の粒子を形成する。レーザ熱分解法は、種々の異なる元素を粒子の組成物に組み込むことができるという利点がある。
【０００９】
発明の開示
第一の態様では、本発明は、複数の層を含むモノリシックの光学構造体に関する。各層は、層部分の内部に閉じ込められた独立した光路を有する。モノリシック光学構造体は、１つないし２つ以上の集積された光学回路を含むことができる。幾つかの実施形態では、特にプレフォームとして用いるために、モノリシック光学構造体は、少なくとも構造体の直線方向に貫通した光学コアを備えた複数の独立した光路を含むことができる。
【００１０】
他の態様では、本発明は、モノリシック光学構造体の製造方法に関し、該方法は、構造体を粒子の流れに複数回通過させることを含む。粒子の組成は、通過と次の通過との間で変わる。粒子は、多数の層を形成し、該多数の層の各層は、各々の層が層部分の内部に閉じ込められた独立した光路を有する複数の層と密着した後の光学材料を有している。粒子層は、層の全体に渡って均一な光学的特性を有しても、有さなくてもよい。
【００１１】
別の態様では、本発明は、複数の独立した光チャネルを有するフレキシブル光ファイバに関する。光チャネルは、光ファイバの直線方向に沿って貫通した光学コア材を含む。
【００１２】
さらに、本発明は、模様化／層状化プレフォームを、軟化温度まで加熱しながら延伸して光ファイバを製造することを含む、光ファイバの製造方法に関する。この光ファイバは、光学コア材を含む複数の独立した光チャネルを有する。
【００１３】
そして、本発明は、選択的にアクセス可能な複数のプログラムを記憶する不揮発性光メモリを含むコンピュータに関する。
【００１４】
さらに、本発明は、各々が少なくとも基板表面の一部分を覆っている少なくとも３粒子被膜を備えた構造体を製造する方法に関し、その方法は、基板上に少なくとも粒子の流れの一部を析出することを含む。この粒子の析出は、基板を粒子の粒子流れの中を、長くとも約１分以内で３回通過して移動させることを含む。
【００１５】
次の実施形態では、本発明は、複数の層を含む光ファイバのプレフォーム関し、各層は、構造の直線方向に沿って貫通した複数の独立した光路を形成する光学材料から成る。
【００１６】
また、本発明は、不揮発性光メモリからプログラムを選択して実行することを含むコンピュータの操作方法に関する。不揮発性光メモリは、複数のプログラムを含む。
【００１７】
当業者は、以下の図および詳細な説明を吟味することにより、本発明の他のシステム、方法、形状、及び利点が明確になる又は明確にできるであろう。そのような付加的なシステム、方法、形状、及び利点の全ては、本発明に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、そして添付の特許請求の範囲によって保護されることを意味している。
【００１８】
発明の詳細な説明
複合光学構造体は、層内および／又は層の一部の中に選択された光学特性を有する多層光学材料内に、複数の光路を備えて形成される。これらの複合構造体は、光透過性および加工性の向上を達成するのに、有効に利用することができる。集束放射（例えば光）反応性析出法は、多層構造体内の特定の層に又は層の特定の一部に適切な光学特性を採り入れるために、例えば、種々の屈折率および／又は組成等を備えた層状の材料の形成するのに、幅広く用いられる方法である。特に興味深い実施形態では、光学的に独立した層内に、またいくつかの実施形態では、１つの層内の光学的に独立したチャネルに、所望の光チャネル／光路を組み込んだ多層構造体が形成される。多層構造体は、集積光学装置の光学回路として光学的に機能する個々の層で多次元光学構造体を形成するのに適用され、または多層プレフォームから多チャネルの光ファイバのような製品を形成するに適応される。多次元光学構造体は、多次元光学記憶装置を形成するのに用いることができる。
【００１９】
特に興味深い多層光学構造体は、光学特性が互いに異なる層形態内の領域またはその層の一部分を有するものである。これらの変化する光学特性は、多層光学構造体の中の独立した光学チャネル構造に活用される。種々の光学材料の興味深い光学特性には、例えば、屈折率、散乱、複屈折、光活性、吸収／透過などが含まれる。材料の光物性は、例えば、密度、構造、均一性、および化学組成の変更によって変えることができる。特に、化学組成は、広い範囲にわたって、光学物性の調節するための多くのパラメーターを提供する。多層構造内では、個々の層や層の一部の光学物性は、一般に構造の意図した用途に基づいて選択される。
【００２０】
高い均一性の被覆と装置とを形成するために、集束放射（例えば光）反応性析出法と呼ばれる新しい方法が進歩してきた。集束放射（例えば光）反応性析出法は、流れ中に粒子を生成して続いて表面に生成粒子を析出するために、形成された集束放射（例えば光）駆動流れ反応装置を含む。サブミクロンの粉末を形成するために、集束放射（例えば光）反応性析出法は、流れ反応流の反応を駆動するために放射ベースの過程の特徴を組み込むが、この析出法が放射源として高輝度光ビームを組み込んだ場合、その放射系の過程は、直接被膜工程の中でレーザ熱分解法として知られている。特に、気体、蒸気、および／又はエアロゾルの形態の中で組成と共に反応流れを発生するために、幅広い反応前駆体を用いることができ、そして、幅広い高い均一性の生成粒子を効率よく形成することができる。レーザ熱分解用に発展した反応物輸送方法は、集束放射（例えば光）反応性析出法に適用することができる。便宜上、この適用は、放射系の熱分解とレーザ熱分解法とを互換的に指しており、集束放射反応性析出法と光反応性析出法とを互換的に指している。
【００２１】
レーザ熱分解法では、反応流れは、高輝度光ビーム、例えば、レーザビームで反応する。レーザビームは、便利なエネルギー源であるが、他の高輝度光源もレーザ熱分解法に用いることができる。レーザ熱分解法は、熱力学的に平衡状態では形成困難な材料の相形成を提供する。反応物流れが光ビームから離れると、生成粒子は急速に冷却される。ドープされた材料や他の複合光学材料の生成のために、この方法は、材料の組成を所望の範囲に調製することができる利点がある。
【００２２】
所望の組成を備えた粒子生成とそれに相当する被膜のためのレーザ熱分解法／光反応析出を成功させる装置の基本的な特徴は、適当な前駆体組成物を含んだ反応物流を生成することにある。特に、光反応性析出法のによるドープ材料の形成には、反応物流れに、ホストガラスまたは結晶前駆体を含み、さらに、選択的に、ドーパントの前駆体を含む。特に、製造した光学材料の組成は、反応物流れの組成を変えることにより、所望の化学量論物及びドーパント組成物に調整される。同様に、もし前駆体が適切な放射吸収体でないならば、反応物流れに追加の放射吸収剤を添加して、光のエネルギーを吸収して、反応物流れ中で他の化合物に転換する。他の追加の反応物を用いて、反応物流中を酸化／還元雰囲気に調整することができる。
【００２３】
種々の化学量論物とアモルファス構造を含む結晶構造とを有するサブミクロンの無機粒子が、レーザ熱分解単独により、または付加的な工程を備えたレーザ熱分解法により、形成されてきた。特に、アモルファスおよび結晶のサブミクロンやナノスケールの粒子は、選択されたドーパントによりレーザ熱分解法を用いて製造できる。同様に、光駆動反応方法の使用により、種々の新しい材料を製造することができる。光反応性析出法は、ガラス、即ち、アモルファス材料や結晶材料から、選択的に例えばドーパント組成の複合混合物を含むドーパントを含有して成る高い均一性の被膜を形成するのに用いることができる。
【００２４】
均一なガラス層を形成するために、光反応性析出法により析出したアモルファス粒子の層を、固形化／緻密化することができる。ガラスを固形化するために、粉末を、その粉末の流動温度以上に加熱する。それらの温度では、粉末は緻密化して、ガラス材料の均一な層を形成する。実際に、均一な光学材料は、光を透過する光学品質を有する。粒子内へのドーパントの混入は、粉末析出の結果として得られた高密度ガラスを通じて分布する。同様に、サファイアのような結晶光学材料では、サファイアの形成は、酸化アルミニウムのような結晶粉末を固形化することにより、層内で形成することができる。ドーパントは、結晶材料内に導入することができる。同様に、適切な加熱速度と冷却速度を通常用いて、結晶層内でアモルファス材料（一般に遅い冷却速度）を、そしてガラス層内で結晶粉末（一般に早い冷却速度）を固形化する。
【００２５】
ガラス材料中にドーパント、特に希土類ドーパントを導入するために普通の商業的な方法は、初期のガラス形成と、それに続く気体状態または液体状態からガラス内部へのドーパントの導入と、を含む。ガラスには、その内部にドーパントを導入するのを促進する細孔を形成することができる。これらの方法では、ガラスに細孔を形成するために通常は複数の工程を要する。さらに、所望のドーパント濃度とドーパントの均一分布とを得ることは、困難である。それに対して、本明細書に記載した流れ反応方法は、ドーパントを直接にガラス材料中に組み込む。そこで、ガラスの細孔を形成する必要がなく、通常は、組成を変えるために必要な余分の工程なしに、多くの工程を減らすことができる。
【００２６】
レーザ熱分解法の特徴を適応することにより、光反応性析出法は、とても少ない粒子を高い均一性で析出することができる。均一で小サイズの粉末により、光反応性析出法は、均一でなめらかな被覆表面を形成するのに利用できる。光反応性析出法を用い、続いて加熱することにより、原子間力顕微鏡により測定した２乗平均平方根の表面粗さ約０．２５〜約０．５ｎｍの酸化ケイ素ガラス被膜が形成された。したがって、その表面は、火炎加水分解析出法で得られると考えられるものより滑らかで、化学気相法によって得られる平滑さに匹敵する。光反応性析出法（ＬＲＤ）を用いたこれらの滑らかなガラス被膜は、生成流れを通過する基板を動かすことにより、比較的高い析出速度で析出する。このように、ＬＲＤは、非常に高品質のガラス被膜を形成するのに効率的かつ効果的な方法となりうることが、既に明らかになった。
【００２７】
さらに、光反応性析出法を用いると、選択的に組成変更して複雑な材料の変化を有する複雑な構造物を形成することができる。さらに、粉末の商業的生産量の製造用のレーザ熱分解技術を適用することにより、光反応性析出法は、非常に早い速度で高品質の被膜を形成することができる。付加的に、基板が生成粒子流れを通過して掃引することにより、多層を形成することができる。
【００２８】
各被膜層は、高い均一性と平滑さとを有するので、多数の層を積層することができて、光学装置を形成する能力に悪影響を及ぼす構造的変形なしに、光学装置を層構造の全体に形成できるように、層構造の上の適切な制御を維持できる。所望の光学構造を形成するために、構造体の内部で、層間で、即ち、構造面に垂直な方向で、あるいは、層の一部分で組成を変えることができる。このように、積層した集積光学装置の多層構造物が形成できる。
【００２９】
光学積層体を形成するためには、被膜基板は、一般には加熱して、許容できる光学特性を備えた均一な光学材料を生成させなけらばならない。層を高密度な光学材料に固形化するのは、層形成の中の種々の段階で達成できる。例えば、この加熱工程は、層ごとに析出した後か、数層を析出した後か、または全ての層を析出した後に行ってもよい。固形化するために１以上の層をパターン化して、一つの層の一部に特定の光学材料を配置してもよい。基板の一部のみに渡って基板を選択的に加熱すれば、特定の加熱過程で層の一部のみを固形化することができる。一般に、加熱過程を多くすれば、ガラス層の品質を向上させるが、さらに処理の努力が要求される。光反応性析出法は、複合構造の品質を過剰に減少することなく、多数の層の析出の後に熱処理して高品質の層を製造することができる。
【００３０】
一つの層内にパターン化構造を形成するために、化学エッチングや放射線系のエッチング等のエッチング法と共にリソグラフ法や写真法などのパターニング法を利用して１またはそれ以上の層内に所望のパターンを形成することができる。このパターニングは、一般に、追加の材料を析出する前の中間析出物上に成される。
【００３１】
ここで述べた多層多光路の光学材料の構造の形成法は、一般に複数の層の析出に基づいており、該複数の層の各層は、特定の一層内に特別の構造を形成するために、制御されてもよいし、されなくてもよい。多層光学構造体を形成する能力は、非常に小さい体積中で大きい伝達性能を具備した光学材料を形成する可能性を開く。例えば、異なる層に沿った複数の光チャネル、即ち、光路は、例えば、ｚ面、即ち、被膜基板に対して垂直な面の面内で、析出材料を変更することにより、単一の構造体内に一体化することができる。その代わりに、またはこれに追加して、１つの層に沿った隣接する光チャネルを形成するために、１つの層の一部を覆う選択的な光学材料を選択的に析出することによって、又は適切なエッチング或いは別の方法では、層内、即ち、基板のｘ−ｙ面内で独立領域を形成するために材料に輪郭をつけることによって、複数の構造体を１つの層の上に形成することができる。複数の光チャネルを備えた単一のモノリシック構造体は、対応する複数の非相関の光信号を同時に伝達し、各光信号は、特定の光チャネル内の材料に依存した最大バンド幅を有する。モノリシック構造体内の光チャネルの光学的に独立することによって、たとえ空間的な分離距離が小さかったとしても、信号は、非相関のまま維持される。
【００３２】
多層光学構造体を用いて、個々の層に光導波路を備えた光学回路と、一般に、結合器や増幅器などのような複数の付加的な集積光学装置と、を含む平面型光学装置を形成することができる。したがって、複数の集積光学回路を備えた積層構造体は、モノリシック構造内に形成することができる。この方法によれば、多数の光学装置を、小さい体積内に置くことができる。いくつかの実施形態では、集積光学回路の層ベースでの積層では、通常平面基板上の平坦な表面に沿って非常に多数の集積光学回路を適用することにより実装容量が飛躍に増加する。層の薄さにより、モノリシック形状により占有される空間を著しく変えることなく、各層に光学回路および／又は他の光学装置を備えた追加層を追加することができる。したがって、光学的処理能力の大規模化または大幅な増大により、従来の装置のように同じフットプリントを加えることが容易である。
【００３３】
同様に、多層光学構造体は、ファイバ状のプレフォームに用いることができる。光ファイバは、一般に材料の大きい塊から延伸して形成される。他の実施形態において、ファイバの内部およびその一部の組成もまた、ファイバの成形に続くファイバのドーパントまたは追加のドーパントによって変更することができるにも拘わらず、材料の塊は、プレフォーム内の適切な位置にファイバ用に選択した組成を有する光学材料の原料を提供する。光反応性析出法は、非常に広い用途によって、プレフォームの選択した層内で所望の組成を、層内の所定位置に導入できるので、一般に、ファイバの組成は、ファイバ成形の後に変化させる必要がない。この広い用途は、特に、組成物をプレフォーム内部の所望の位置に配置できるので、特に多層のプレフォームの成形において価値がある。
【００３４】
光ファイバは、クラッド用材料で覆われた芯部を含んでおり、適切な周波数の光が芯部領域に閉じ込められるように、芯部およびクラッドは、異なる屈折率を有する。特に、光反応性析出法を用いることにより、ファイバのプレフォームは、モノリシック形状品の内部での２次元配列した複数の独立した光チャネルが形成できるように、一つの層内および多層間で変化する選択された化学組成で製造できる。２次元で変化する組成を備えたモノリシック形状品は、伝送容量の増加に対応して提供するために、一本のファイバ内に配列した対応する複数の独立した光チャネルを備えたファイバを延伸して形成するためのプレフォームとして使用することができる。ファイバに延伸されることにより構造物の寸法が明らかに変わるにも拘わらず、プレフォーム内の変化する組成構成は、対応するファイバ内に保存される。さらに、多層モノリシック構造体は、多チャネルの光ファイバおよび／または光学集積回路の積層体を備えたモノリシック光学構造体の結合器として使用することができる。
【００３５】
３次元光学構造の複合体を形成する能力は、丈夫な３次元光学メモリ装置、光学的な導波路／導管（コンジット）／ファイバ（例えばブラッグ回折格子）、光学減衰器、光学的な分波器／合波器、光学フィルタ、光学スイッチ、レーザ、変調器、相互接続具、光アイソレータ、光アドドロップ多重装置（ＯＡＤＭ）、光増幅器、偏光器、光学的な鏡／反射板、光学相遅延器、および光検出器の形成に適用できる利点がある。いくつかの実施形態では、３次元光学構造は、光ファイバのプレフォームとして形成できる。選択された実施形態では、光学メモリユニットは、大容量の不揮発性メモリシステムとして形成することができる。モノリシック構造体内部のユニットは、データ記憶領域としてアドレスで呼び出せる独立データ素子を形成する。不揮発性メモリは、コンピュータプログラムの記憶に、有利に用いることができる。
【００３６】
被膜形成用の光反応性析出法
特に興味深い実施形態では、光学層は、光反応性析出法で形成することができる。生成粒子の高度に均一な流れが形成されて、被覆されるべき基板に向けられる。得られる粒子被膜は、ガラスや結晶のような光学材料に形成される。
【００３７】
光反応性析出法は、高輝度の光源を用いて流れる反応物流から所望の組成の合成を駆動する被覆法である。光反応性析出法は、表面上に析出する熱粒子が、その温度での析出過程で部分的に溶融するが、一般には、粉末が析出する。光反応性析出法は、粉末合成においては、強い集束放射（例えば光）源が反応を駆動する点で、レーザ熱分解法と類似性がある。レーザ熱分解法は、反応生成物が粒子を形成する反応領域で強い放射（例えば光）ビーム、即ち、集束した透過光と交差した流れる反応物流を含む。レーザ熱分解法で製造された粒子は、次に利用するために回収されるが、レーザ反応性析出法では、得られた組成物が被膜を形成する基板表面に向けられる。非常に均一な粒子状の生成物が得られるというレーザ熱分解法の特徴は、高い均一性を備えた被膜状の製造に同様に導入される。
【００３８】
光反応性析出法では、基板の被覆は、反応チャンバと分離した被覆チャンバ内で行うことができ、また、被覆は、反応チャンバ内で行うことができる。どちらの構成でも、反応物輸送機構は、様々な組成を有する粒子を製造するレーザ反応装置用の反応物輸送機構と同様に構成することができる。そして、光学材料への次の処理のために、広範囲の被膜が形成される。
【００３９】
もし被膜が反応チャンバと分離した被覆チャンバで形成されるなら、反応物の処理量や反応物流の寸法は、被覆工程に適するように設定されるであろうが、反応チャンバは、レーザ熱分解法の反応チャンバと本質的に同じである。これらの実施形態では、被覆チャンバと該被覆チャンバを反応チャンバに接続する導管とが、レーザ熱分解機構の回収機構と置き換えられる。もし被膜が反応チャンバで行われるならば、基板は、反応領域からの流れと交差して、粒子を基板上に直に析出する。
【００４０】
長細い反応物入口を組み込んだレーザ熱分解装置の設計が発展して、商業的な粒子量生産を容易にしている。この設計は、ＢｉらのＵＳＰ５９５８３４８、”ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＰａｒｔｉｃｌｅｂｙＣｈｅｍｉｃａｌＲｅａｃｔｉｏｎ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。さらなる実施形態と、商業的容量のレーザ熱分解装置の他の適切な形状は、Ｍｏｓｓｏらに譲渡され、係属中のＵＳＰ出願０９／３６２６３１、”ＰａｒｔｉｃｌｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｐｐａｒａｔｕｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。レーザ熱分解法による商業的な粒子製造のためのこれらの設計が、光反応性析出法による高品質の光学材料の迅速な被膜に適合させことができる。
【００４１】
大容量レーザ熱分解法装置のいくつかの実施形態では、反応チャンバと反応物入口とは、光ビームに沿って著しく細長にされて、反応物と生成物との処理量の増加を提供する。光ビームを細長い反応物流に方向付けることによって、生成物の粒子がシート状に発生する。後で下に記すように、気体／蒸気の反応物および／又はエアロゾル状の反応物の輸送は、細長い反応チャンバの設計に適合している。細長い反応物入口は、被覆すべき基板の寸法を基にして選択する。
【００４２】
一般に、細長い反応チャンバと反応入口とを備えた粒子生成装置は、チャンバの壁面の汚れを抑えて、生産能力を増加して、資源を有効利用するように設計される。チャンバの設計の結果により、細長い反応チャンバは、付随する死体積（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）を増加せずに、反応物と生成物との処理量を増加できる。チャンバの死体積は、未反応化合物および／又は反応生成物によって汚れることがある。さらに、適当な遮蔽ガス流れは、反応物と生成物とを反応チャンバを通過する流れの中に閉じ込めることができる。反応物の高い処理量は、集束した放射（例えば光）のエネルギーを有効利用させる。
【００４３】
光反応性析出法では、粒子生成速度を、約５グラム／時の反応生成物から約１０キログラム／時の所望の反応生成物までの範囲で変更することができる。特に、本明細書で記載した装置を使用する場合では、被覆は、少なくとも約１０キログラム／時（ｋｇ／ｈｒ）以下の粒子生成速度において成し遂げることができて、ある実施形態では少なくとも１ｋｇ／ｈｒであり、他の実施形態では約２５グラム／時（ｇ／ｈｒ）と低い生成速度であり、さらに別の実施形態では、約５ｇ／ｈｒである。当業者は、これらの明示した生成速度の中間にある生成速度は、予測でき、この開示内にあることを理解するであろう。典型的な粒子生成速度は、（時間あたりに生成したグラムの単位で）約５以上、１０以上、５０以上、１００以上、２５０以上、５００以上、１０００以上、２５００以上、５０００以上、又は１００００以上を含む。
【００４４】
生じた全ての粒子が、基板の上に析出するわけではない。一般に、シート状の生成物流れを通過する移動基板に基づく実施形態では、析出効率は、基板を通過する粒子を含んだ生成物流れの相対速度に依存する。緩やかな相対速度の基板の動きでは、被覆効率約１５〜約２０パーセントを達成しており、即ち、約１５〜約２０パーセントの生成粒子が基板表面に析出する。通常の最適化をすれば、この析出効率をさらに増加させることができる。生成粒子流れを通過する基板が遅い相対的動きの場合には、少なくとも約４０％の析出効率を達成する。いくつかの実施形態では、粒子生成速度は、反応生成物が少なくとも約５グラム／時、又は代わりに、又は追加して、少なくとも約２５グラム／時で基板上に析出するようにされる。一般に、達成可能な粒子生成速度や析出効率によって、析出速度は、少なくとも５ｇ／ｈｒで、他の実施形態では約２５ｇ／ｈｒを得ることができ、さらに別の実施形態では少なくとも約１００ｇ／ｈｒ〜５ｋｇ／ｈｒで、さらに別の実施形態では、約２５０ｇ／ｈｒ〜２．５ｋｇ／ｈｒを得ることができる。当業者は、これらの明示した速度の間にある析出速度は、予測でき、この開示の範囲内にあることを理解するであろう。典型的な粒子析出速度は、（時間あたりに生成したグラムの単位で）約５以上、１０以上、２５以上、５０以上、１００以上、２５０以上、５００以上、１０００以上、２５００以上、又は５０００以上を含む。
【００４５】
上記に代えて、又はこれに追加して、本発明は、基板と粒子流れとの互いの運動の相対速度が、実質的に被覆基板の所望の仕様により変更できる、ということを提供する。そこで、ある実施形態では、その相対速度は、絶対速度で測定できて、そして約０．００１インチ／秒〜約１２インチ／秒の範囲に、又はそれ以上を超えて変更することができる。さらに、別の実施形態では、その相対速度は、被覆される基板スケールで測定でき、約１基板／分〜約１基板／秒の範囲で変更することができる。
【００４６】
シート状の生成粒子を用いた適切な実施形態について、基板の動作速度は、一般に選択した析出速度と、所望の被膜均一性を得ながら所望の速度で基板を動かす能力によって制限される所望の被膜厚さとの関数である。高い析出速度が光反応性析出法により達成できるので、非常に早い被覆速度は、容易に達成できる。ＬＲＤによるこれらの被覆速度は、競合する方法で達成可能な速度に比べて、劇的に早い。特に、粒子生成速度が約１０ｋｇ／ｈｒである時、粉末密度がバルク密度の約１０％と仮定すると析出効率がたった約２．５パーセントであるにも拘わらず、８インチのウェハは、およそ１秒で、約１０ミクロンの厚さの粉末により被覆できる。当業者は、簡単な幾何学的法則によって、特に析出速度を基にした被覆速度、所望の厚さ、及び基板上の粉末の密度を計算できる。
【００４７】
さらに、迅速な生成速度は、被覆中に固形化してもしなくても、複数の粒子被膜を形成するのに利用するのに都合がよい。各々の被覆は、層の全てを覆うことも、層の一部を覆うこともできる。組成は、層内で又は層間で変えることができる。層間で組成を変えた場合、生成物流れが安定化するまで数秒間待つのが好ましい。一般に、ここに記載した妥当な寸法の基板は、１分以下で、３粒子層により被覆でき、他の実施形態では１５秒未満で、他の実施形態では約９秒〜約３秒の範囲で被覆できる。同様に、ここに記載した妥当な寸法の基板は、１分以下で、５粒子層で被覆でき、他の実施形態では２５秒未満で、他の実施形態では約１５秒〜約５秒の範囲で被覆できる。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内にあることを理解するであろう。
【００４８】
改良された反応チャンバ１００の設計を、図１に概略を示す。反応物入口１０２は、メインチャンバ１０４に通じている。一般に、反応物入口１０２は、メインチャンバ１０４の形状に適合している。メインチャンバ１０４は、粒子生成物、未反応ガス、および不活性ガスを除去するための、反応物／生成物の流れに沿った出口１０６を含む。遮蔽ガス入口１０８は反応物入口１０２の両側に配置される。遮蔽ガス入口は、チャンバの壁面と、反応物又は生成物と、が接触するのを抑制するために、反応物流れの両側に不活性ガスの覆いを形成するのに使用される。細長い反応チャンバ１０４および反応物入口１０２の寸法は、高効率で粒子生成するように設計することができる。ナノ粒子を製造するための反応物入口１０２の妥当な寸法は、数キロワットの範囲の出力のＣＯ_２レーザを用いる場合には、約５ｍｍ〜約１メートルである。
【００４９】
管状部１１、１２は、メインチャンバ１０４から伸びている。管状部１１０、１１２は、窓部１１４、１１６の各々に固定されており、反応チャンバ１００を通過する光ビーム路１１８を位置決めする。管状部１１０、１１２は、該管状部１１０、１１２内に不活性ガスを導入するための不活性ガス入口１２０、１２２を含むことができる。
【００５０】
出口１０６は、被覆チャンバと直結している導管に通じることができる。反応チャンバから導管、被覆チャンバへの移行をはっきり分ける寸法の変更は、必要ない。反応領域は、反応チャンバ内部に位置しており、そして導管は、必須ではないが、流れの向きの変更を含むことができる。その代わりとして、反応チャンバ内で、基板が生成物流れを遮って、基板を被覆することができる。
【００５１】
反応物入口は一般に反応物輸送機構に接続している。図２を参照すると、反応物輸送装置の実施形態１３０は、化合物前駆物質の原料１３２を含む。液体または固体の反応物では、反応物の輸送を促進するために、１つ又は２つ以上のキャリアガス源１３４からの選択的なキャリアガスが前駆物質源１３２中に導入される。前駆物質源１３２は、液体保持容器、固体前駆物質輸送装置、又は他の適当な容器であることができる。キャリアガス源１３４からのキャリアガスは、例えば、赤外吸収剤、不活性ガス、又はそれらの混合物のどれでもよい。
【００５２】
前駆物質源１３２からの気体／蒸気は、赤外吸収剤源１３６からの気体、不活性ガス源１３８からの気体、及び／又はガス状の反応物源１４０からの気体と、チューブ１４２の一箇所の中で結合することにより、混合することができる。気体／蒸気は、気体／蒸気が、反応チャンバの中に入る前に十分に混合するように、反応チャンバから十分な距離をおいて結合する。チューブ１４２の中で結合したガスは、ダクト１４４を介して、流体内にあり図１の１０２のような反応物入口と接続しているチャネル１４６内まで通じる。
【００５３】
第２の反応物前駆物質は、液体反応物輸送装置、固体反応物反応装置、ガスシリンダー、又は他の適切な容器である第２の反応物源１４８から、蒸気／気体として供給される。図２に示すように、第２の反応物源１４８は、第２の反応物をチューブ１４２を経由してダクト１４４に輸送する。その代わりに、第２の反応物源は、２つの反応物が分離して反応チャンバ内に輸送されるように、第２の反応物を第２のダクトに輸送することができて、反応物は、反応チャンバの反応領域で又はその近くで結合する。したがって、複合材料および／又はドーパントの構成のために、反応物／前駆物質の輸送用に、多数の反応物源と選択的に分離した反応ダクトとを用いることができる。例えば、２５個位の反応物源とダクトとが検討されているが、原則的にはより多数個でもよい。図２の反応物輸送機構の内部で、気体／蒸気の流れを調節する質量流量調節器１５０が用いられる。複合材料の合成のために、追加の反応物／前駆物質が同様に提供できる。
【００５４】
上述のように、反応物流れは１つ又は２つ以上のエアロゾルを含むことができる。エアロゾルは、反応チャンバ内で、又は反応チャンバ内に射出される前に反応チャンバの外で、生成される。もし、エアロゾルが、反応チャンバに射出される前に生成されるならば、エアロゾルは、図１の反応物入口１０２のような気体状反応物に用いられるものと同等の、反応物入口を介して導入される。複合材料の形成のために、反応物流れの中に所望の組成を提供するように、追加のエアロゾル発生器、および／又は、蒸気／気体の原料が結合される。
【００５５】
エアロゾル反応物の輸送用に形成された反応物輸送ノズルは、図３及び図４に示されている。入口ノズル１６０は、その下面１６２で反応チャンバと接続している。入口ノズル１６０は、入口ノズル１６０を反応チャンバに確実に固定するために下面１６２を貫通してボルト固定されているプレート１６４を含む。入口ノズル１６０は、内部ノズル１６６と、外部ノズル１６８と、を含む。内部ノズル１６６は、例えば、ノズルの頂部に２つのオリフィスの内部混合噴霧器１７０を備えることができる。好ましいガス噴霧器は、ＷｈｅａｔｏｎＩＬのスプレーシステムから入手できる。２つのオリフィスの内部混合噴霧器１７０は、エアロゾルとガスとの混合物の薄いシートを生成するために、扇状をしている。液体は、チューブ１７２を介して噴霧器に送られて、反応チャンバに導入する気体は、チューブ１７４を介して噴霧器に送られる。気体と液体との相互作用は、小滴の形成を補助する。
【００５６】
外部ノズル１６８は、チャンバ領域１７６、じょうご領域１７８、および輸送領域１８０を含む。チャンバ領域１７６は、内部ノズル１６６の噴霧器を保持している。じょうご領域１７８は、エアロゾルと気体との混合物を輸送領域１８０へと方向付ける。輸送領域１８０は、図３の挿入図に示すように、矩形の反応物開口部１８２に通じる。反応物開口部１８２は、レーザ熱分解法又は光反応性析出法の反応チャンバ内の反応物入口を形成する。外部ノズル１６８は外部ノズル内に溜まった液体を排出するための排水管１８４を含む。外部ノズルは、反応物開口部１８２を囲んだ遮蔽ガス開口部１８８を形成する外部壁１８６で覆われている。不活性遮蔽ガスは、チューブ１９０を介して導入される。細長反応チャンバ内に１つ又は２つ以上のエアロゾル発生器を備えたエアロゾルの導入ついてのさらなる実施形態は、Ｇａｒｄｎｅｒらに譲渡され係属中のＵＳＰ６１９３９３９、”ＲｅａｃｔａｎｔＤｅｌｉｖｅｒｙＡｐｐａｒａｔｕｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【００５７】
酸化物を形成するために、適切な第２の反応物が、例えば、Ｏ_２、ＣＯ、Ｎ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｏ_３及びこれらの混合物を含む酸素源として提供される。酸素分子は、空気から供給できる。その代わりとして、酸素は、カルボニルのように金属／半金属の前駆物質混合物の中に提供することができる。炭化物のための炭素源、窒化物のための窒素源、硫化物のための硫黄源は、以下に記載される。第２の反応物混合物は、もし存在するならば、一般に大きな粒子を形成してしまうので、反応領域に入る前に金属前駆物質と著しく反応してはならない。
【００５８】
レーザ熱分解法／光反応性析出法は、レーザや他の強い集束放射源を用いて、種々の光の周波数により達成できる。いくつかの望ましい光源は、電磁波スペクトルの赤外領域で操作する。ＣＯ_２レーザは、特に便利な光源である。反応物流れ中の含有物としての赤外吸収剤には、例えば、Ｃ_２Ｈ_４、イソプロピルアルコール、ＮＨ_３，ＳＦ_６，ＳｉＨ_４，およびＯ_３を含む。Ｏ_３は、赤外吸収剤としても酸素源としても機能する。放射の吸収剤は、赤外吸収剤と同様に、放射ビームからエネルギーを吸収して、他の反応物にエネルギーを分配して反応を駆動する。
【００５９】
一般に、光ビームから吸収されたエネルギーは、非常に高速で温度を上昇して、しばしば、加熱は、一般に、制御された条件下で、発熱反応によって発生する。この過程は、通常は非平衡状態を含むが、温度は、吸収領域内のエネルギーにほぼ基づいて記述することができる。光反応性析出法では、反応過程は、質的には、エネルギー源が反応を起こす燃焼反応器内の過程とは異なるが、しかし、反応は、発熱反応によって放射するエネルギーによって駆動される。燃焼反応器内では、一般に、境界を備えた明確な反応領域がない。反応領域は大きく、反応物の滞留時間は長い。低い熱傾斜は、一般に燃焼反応器内で生じる。対照的に、レーザ／光強度が調整できるように、反応状態は、同様に調整できる。光反応性析出法では、反応領域は、初期は光ビームと反応物流れとの重複部分であるが、反応領域は、正味の反応特性に依存して光ビームの範囲を数ミリメートル超えて広がるであろう。光反応性析出法の反応器において、反応領域を離れた後、反応が完了していたとしても、粒子は、それらの温度によってまだいくらか流動的／軟質であろう。
【００６０】
内部遮蔽ガスは、反応物や生成物分子が反応チャンバの構成部品と接触する量を減少するのに利用できる。不活性ガスもまた、キャリアガスとして、そして／又は反応緩和剤として、反応物流れに導入することができる。適当な不活性遮蔽ガスは、例えばＡｒ、Ｈｅ、そしてＮ_２を含む。
【００６１】
レーザ熱分解装置は、光反応性析出法に適応することができる。適応の本質は、被覆が、反応チャンバ内で又は分離した被覆チャンバ内で行われるかどうかに依存している。いくつかの実施形態では、反応チャンバ内への反応物輸送入口は、一般に、反応物流れを輸送するために、所望の寸法の析出過程用の生成物の流れが得られる寸法で、形成される。例えば、いくつかの実施形態では、反応物入口は、過剰量の生成物を消費せずに、生成物流れの中を１回通過して基板をその全寸法に沿って被覆できるように、基板の寸法とほぼ同じか又はいくらか大きい長さを有する。
【００６２】
レーザ熱分解装置の出口は、分離した被覆チャンバ内で基板の被覆用に適用することができる。分離した反応チャンバを備えた被覆装置は、図５に概略が示されている。被覆装置２００は、反応チャンバ２０２と、被覆チャンバ２０４と、反応チャンバ２０２を被覆チャンバ２０４に接続している導管２０６と、被覆チャンバ２０４に通じる排気導管２０８と、排気導管２０８に接続されたポンプ２１０と、を含む。バルブ２１２は、ポンプ２１０の流量を調節するのに用いることができる。バルブ２１２は、例えば、手動のニードルバルブや自動のスロットルバルブが利用できる。バルブ２１２は、吸引速度と、対応するチャンバ圧力との調節に用いることができる。回収機構、フィルタ、集塵器等２１４は、被覆チャンバ２０４とポンプ２１０との間に配置できて、基板表面を被覆できなかった粒子を除去する。
【００６３】
図６を参照すると、粒子生成装置２０２からの導管２０６は、被覆チャンバ２０４に通じている。導管２０６は、被覆チャンバ２０４内の開口部２１６で終端している。いくつかの実施例では、粒子流れの勢いが基板２１８の表面上に粒子を割り当てるように、導管用開口部２１６は、基板２１８表面の近傍に配置される。基板２１８は、該基板２１８を開口部２１６に対して位置決めするために、ステージ又は他のプラットフォームの上に載置することができる。
【００６４】
基板を粒子生成装置からの導管に対して位置決めするためのステージを用いた実施形態を、図７に示す。粒子ノズル２３０は、回転ステージ２３２に向けて粒子を割り当てる。図７によれば、４つの基板２３４が、ステージ２３２の上に載置されている。ステージやチャンバ寸法の変更に合わせて、より多くの、又は少ない基板を可動ステージに載置することがきる。回転ステージ２３２には、モータを用いる。
【００６５】
ステージ２３２の動きは、ノズル２３０の通路内で１つの特定の基板２３４の表面の一端から他端に向かって粒子流れの中を掃引する。ステージ２３２は、各基板に１層または２層以上の被膜を付着するために、一連の基板が生成物流れを通って通過するのに用いることができる。ステージ２３２は、該ステージ２３２上の基板の温度調節を提供するために、温度調節機能を含むことができる。代わりの設計は、直線的な動作や他の動きのステージを含む。他の実施形態では、生成物流れに対して基板を動かさずに全基板又は基板の所望の部分を同時に被覆できるように粒子流れは集束していない。
【００６６】
被覆が反応チャンバ内で成されるならば、基板は、載置されて、反応ゾーンからの生成組成物を受容する。急冷は、固体粒子を形成するのに十分な速さが良いが、組成物は、固体粒子内で完全に固化していなくてもよい。組成物が固体粒子に固化していてもいなくても、粒子は高い均一性である。反応領域から基板までの距離は、所望の被膜物にするように選択できる。
【００６７】
反応チャンバ内で基板の被膜を形成する装置２５０は、図８に概略が示されている。反応／被覆チャンバ２５２は、反応物供給機構２５４、放射源２５６、及び排気部２５８と接続している。反応物流れ自身による圧力がその機構を通る流れを維持できるにも拘わらず、排気部２５８は、ポンプ２６０と接続することができる。バルブ２６２は、ポンプ２６０への流れを調節するのに用いることができる。バルブ２６２は、吸引速度と、対応するチャンバ圧力との調節に用いることができる。回収機構、フィルタ、集塵器等２６４は、チャンバ２５２とポンプ２６０との間に配置できて、基板表面を被覆できなかった粒子を除去する。
【００６８】
基板２６６は、反応領域２６８からの流れと接触して、生成粒子／粉末により基板を被覆する。基板２６６は、該基板２６６が上記流れの中を掃引するために、ステージ、コンベア等２７０の上に載置できる。ステージ２７０は、基板が生成物流れの中を掃引するようにステージ２７０を動かすために、動作アーム２７２又は他の自動化装置に接続してる。生成物が反応領域から離れる時に、種々の構成は、基板表面の一端から他端に向かって被膜を通過するのに用いることができる。図８に示すように、動作アーム２７２は、基板２６６が物質流れの中で掃引されるようにステージ２７０を移動させる。
【００６９】
同様の実施形態を、図９および図１０の拡大図によって示す。基板２８０は、右向きの矢印で示すように、反応物ノズル２８２に対して動く。反応物ノズル２８２は、基板の直上に配置される。光学通路２８４は、光学通路２８４に沿って光ビームを方向付ける適当な光学素子によって規定される。光学通路２８４は、基板２８０表面の直上に反応領域を規定するために、ノズル２８２と基板２８０との間に位置している。熱い粒子は、冷えた基板表面に引き寄せられる傾向がある。
【００７０】
図９および図１０を参照すると、粒子被膜２８６は、基板が通過した反応領域によって走査されるようにして、形成される。一般に、基板２８０は、コンベア／ステージ２８８に乗せて運ばれる。コンベア／ステージ２８８は、図８に示すように動作アームに接続することができる。代わりの実施形態では、ローラやモータ、連続ベルトコンベア、又は基板を移動させるための既知の設計を含む種々の設計が、基板を運ぶために用いられる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、コンベア２８８の位置は、基板２８６から反応領域までの距離を変えるために調節することができる。基板から反応領域までの距離の変更は、基板に衝突する粒子の温度を相応に変える。基板に衝突する粒子の温度は、一般に、得られる被膜の性質と、被膜を固形化する後の加熱過程のように要求される後の過程と、を変える。基板と反応領域との距離は、所望の被膜特性を生ずるように、経験的に調節される。さらに、基板を支持するステージ／コンベアは、基板の温度が、望む通りに高め又は低めの温度に調節できるように、温度調節機能を含むことができる。
【００７２】
光反応析出装置の特徴的な実施形態は、図１１〜図１３に示されている。図１１を参照すると、処理チャンバ３００は、ＣＯ_２レーザと、ビームダンプ（図示せず）と、を接続した光チューブ３０２と、を含む。入口チューブ３０６は、反応物蒸気とキャリアガスとを輸送する前駆物質輸送機構と接続している。粒子輸送チューブ３１０は、処理ノズル３０８からの流れの方向に沿って、処理チャンバ３００と接続している。粒子輸送チューブ３１０は、粒子濾過チャンバ３１２に通じている。粒子濾過チャンバ３１２は、ポンプ接続具３１４でポンプと接続している。
【００７３】
処理チャンバ３００の拡大図を図１２に示す。ウェハ運搬部３１６は、ウェハを処理ノズル上に支持している。ウェハ運搬部３１６は、レーザビームが処理ノズル３０８からの前駆物質流れを横切っている反応領域から放出する粒子流れを、ウェハが通過して動くようにウェハ運搬部を輸送するアーム部３１８と接続している。アーム部３１８は、チューブで遮蔽された直線状輸送機を含む。レーザ差込口３２０は、処理ノズル３０８とウェハとの間にレーザビームを向けるのに用いられる。処理ノズルから妨げられていない流れは、粒子輸送チューブ３１０に通じる排気ノズル３２２に直接に進行するだろう。
【００７４】
ウェハ運搬部３１６と処理ノズル３０８との拡大図を、図１３に示す。処理ノズル３０８は前駆物質輸送部３２４の開口部と、前駆物質と生成粒子との拡散を制限するために蒸気前駆物質開口部を囲んだ遮蔽ガス開口部３２６と、を備えている。円形ウェハ３３２は、ウェハ３３２を反応領域からの流れの中で動かすために、ウェハ３３２が台３３４の内部でトラック部３３６に沿ってスライドするように台３３４に保持される。背面遮蔽部３３８は、ウェハ３３２の背面上への制御されていない粒子の析出を妨げる。トラック部３３６は、アーム部３１８に接続している。
【００７５】
析出過程の間の基板温度は、特定の目的を達成するために調節することができる。相対的に冷えた基板は、その表面に粒子を引き寄せるので、例えば、基板は、析出過程の間冷却することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、基板は、析出過程の間、例えば約５００℃まで加熱される。粒子は、加熱された基板に良好に付着する。さらに、粒子は、加熱された基板上で密集して溶融する傾向があるので、もし被膜が加熱された基板上に最初に形成されたなら、その後の溶融ガラスや他の物質の中での被膜の固形化が促進される。
【００７６】
被覆過程で形成した被膜により形成された基板表面上の個別の装置及び構造の生成物では、析出過程は、基板の一部を単に覆うことであるとを意味する。例えば、マスキングは、基板の選択した部分を単に覆うために被覆過程の間に用いられ、又は、反応物を供給する質量流量調節器は、基板が生成物流れの中を動いている間、基板に沿った選択された位置の被膜組成を変化するために調節される。例えば、材料の縞状の析出は、組成の変化を利用する対応装置に用いられる。したがって、析出過程それ自身は、特定の構造を製造するのに操作される。その代わりとして、種々のパターニング方法が用いられる。被膜を析出後にパターニングするために、例えば、フォトリソグラフやドライエッチングのような集積回路製造からの常用の方法を用いることができる。適当なパターニングと光学装置は以下に記載する。
【００７７】
光反応性析出法及びケイ素ガラス析出による被膜の形成と光学装置は、係属中でＢｉらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／７１５９３５、”ＣＯＡＴＩＮＧＦＯＲＭＡＴＩＯＮＢＹＲＥＡＣＴＩＶＥＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”に記載されており、参照して本明細書に組み込み、そして、係属中でＢｉらに譲渡され、２００１年１０月１６日に出願したＵＳシリアル番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／　　　　　と称するＰＣＴ出願、”ＣｏａｔｉｎｇＦｏｒｍａｔｉｏｎＢｙＲｅａｃｔｉｖｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【００７８】
析出粒子被膜
粒子被膜の析出の基本的工程は、上に詳しく記載した。種々の粒子は、レーザ熱分解法／光反応性析出法により生成できる。レーザ熱分解法の光反応性析出法への適応は、レーザ熱分解法によって生成した選択組成の粒子と類似の組成の被膜生成に用いることができる。特に興味深い粉末は、例えば、ケイ素粒子、金属粒子、そして金属／半金属の酸化物、金属／半金属の炭化物、金属／半金属の窒化物、金属／半金属の硫化物のような金属／半金属混合物、を含む。光学材料では、特に興味深い幾つか材料は、例えば、酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム、酸化チタンを含む。一般に、粉末は、粒径がサブミクロンからナノメーターの範囲の微粒子や超微粒子を含む。粒子は、析出の間に部分的に融合や焼成をしてもしなくてもよい。
【００７９】
光反応性析出法は、特に高い均一性の粒子、とりわけナノスケールの粒子の形成に適している。特に、光反応性析出法は、１次粒子で約５００ｎｍ以下、代わりに、３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で、同様に３ｎｍ〜７５ｎｍの範囲で、さらに３ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲の所定の平均粒径の回収粒子を製造できる。当業者は、これらの明示した範囲と別の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示の範囲内にあることを理解するであろう。
【００８０】
上述の光反応性析出法は、一般に、非常に狭い粒子分布を有する１次粒子を与える。光反応性析出法における反応物のエアロゾル輸送は、粒径分布が反応条件に特に敏感である。それでも、もし反応条件が正確に調節されていれば、エアロゾル輸送機構によって非常に狭い粒径分布を得ることができる。しかしながら、もし望むならば、流速、反応物の密度、及び光反応性析出法の滞留時間を調節することにより、もしくは別の流れ反応機構を用いることにより、幅広い１次粒子の粒径分布を得ることもできる。
【００８１】
さらに、高均一の粒子の実施形態において、実質上、平均粒径の約４倍より大きい、他の実施形態では平均粒径の約３倍より大きい、さらに別の実施形態では平均粒径の約２倍より大きい１次粒子はない。即ち、粒径分布は、実質上、かなり大きい寸法の粒子がいくらか存在することを意味する裾（ｔａｉｌ）を有さない。粒径分布の裾の効果的な除去とは、平均粒径の上で規定の除去値以上の直径を有する粒子が、１０^６粒のうちの約１粒より少ないことを示す。狭い粒径分布で、分布の裾がなく、およそ球状の形態の粒子は、高い均一性の被膜を得るのに、又は高い均一性の焼結体に有利である。
【００８２】
小さい粒径や粒子の均一性は、得られる被膜の均一性の全てを与える。特に、平均よりもかなり大きい粒子が存在しないこと、即ち、粒径分布の裾が存在しないことは、より均一な被膜をもたらす。さらに、粒子は非常に高純度レベルを有することができる。
【００８３】
光反応性析出法は、気体／蒸気の相の反応物で成される。多くの金属／半金属前駆物質化合物は、気体として反応チャンバ内に輸送できる。半金属は、金属と非金属との間の、又は金属と非金属とを包含した化学的性質を示す元素である。半金属元素には、例えば、ケイ素、ホウ素、ヒ素、アンチモン、およびテルルを含む。気体輸送するのに適当な金属／半金属前駆物質混合物は、一般に、妥当な蒸気圧の、即ち、反応物流れ内に所望量の前駆物質の気体／蒸気を得るのに十分な蒸気圧の金属化合物である。液体または気体の前駆物質混合物を保持する容器は、もし望むなら、金属前駆物質の蒸気圧を上昇させるために加熱することができる。固体前駆物質は、十分な蒸気圧を生じるために、通常は加熱される。
【００８４】
キャリアガスは、所望量の前駆物質の蒸気を容易に輸送できるように、液体前駆物質を通って泡立てることができる。同様に、キャリアガスは、前駆物質の蒸気を容易に輸送できるように、固体前駆物質の上を通過することができる。他の実施形態では、キャリアガスは、反応領域内に輸送される前に前駆物質の蒸気と混合される。蒸気輸送用のケイ素の適切な前駆物質は、例えば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）、トリクロロシラン（Ｃｌ_３ＳｉＨ）、トリクロロメチルシランＣＨ_３ＳｉＣｌ_３、およびテトラエトキシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、エチルシランおよびテトラエチルシランとしても知られている）である。これらの代表的な前駆物質の化合物において、塩素は他のハロゲン、例えばＢｒ、Ｉ、およびＦに交換できる。
【００８５】
酸化ケイ素材料に好ましいドーパントには、例えば、ホウ素、ゲルマニウム、リン、チタン、亜鉛、およびアルミニウムを含む。適したホウ素の前駆物質には、例えば、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、およびＢＨ_３を含む。適切なリンの前駆物質には、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、三塩化リン（ＰＣｌ_３）、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）およびＰ（ＯＣＨ_３）を含む。適したゲルマニウムの前駆物質には、例えば、ＧｅＣｌ_４を含む。適したチタンの前駆物質には、例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）およびチタンイソプロポキシド（Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２］_４）を含む。適した液体の亜鉛前駆物質化合物には、例えば、ジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）およびジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ_３）_２）を含む。十分な蒸気圧を有する、適した固体の亜鉛前駆物質には、例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）を含む。適した液体のアルミニウム前駆物質には、例えば、アルミニウムｓ−ブトキシド（Ａｌ（ＯＣ_４Ｈ_９）_３）を含む。適した固体のアルミニウム前駆物質化合物のいくつかは入手できて、例えば、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、アルミニウムエトキシド（Ａｌ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、およびアルミニウムイソプロポキシド（Ａｌ［ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２］_３）を含む。他のドーパントや母材の前駆物質は、この種の前駆物質の類似に基づいて、同様に選択される。
【００８６】
気相のみの反応物を使用することは、便利に利用できる前駆物質化合物の種類に関していくらかの制限を与える。したがって、反応物前駆物質を含むエアロゾルを反応領域まで導入する技術が利用される。レーザ熱分解反応システム用の改良されたエアロゾル輸送装置は、Ｇａｒｄｎｅｒらに譲渡され、係属中のＵＳＰ６１９３９３６、”ＲｅａｃｔａｎｔＤｅｌｉｖｅｒｙＡｐｐａｒａｔｕｓｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。これらのエアロゾル輸送装置は光反応性析出法を成すのに適合できる。
【００８７】
エアロゾル輸送装置を使用する場合、固体前駆物質化合物は、該化合物を溶媒に溶解することにより、輸送することができる。代わりに、粉末状前駆物質化合物は、エアロゾル輸送用に、液体／分散剤に分散することができる。液体前駆物質化合物は、そのままの液体、複数の液体分散物、又は溶液からエアロゾルとして輸送できる。溶媒／分散剤は、得られる溶媒／分散剤の所望の性質を達成するように選択することができる。適した溶媒／分散剤には、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、他の有機溶媒、およびそれらの混合物を含む。溶媒は、得られる粒子が所望の純度レベルを有するように、所望のレベルの純度を有さなくてはならない。イソプロピルアルコールのような幾つかの溶媒は、ＣＯ_２レーザからの赤外光の十分な吸収剤であるので、もし光源としてＣＯ_２レーザを用いるなら、反応物流れの中にレーザ吸収化合物の添加は、不要である。
【００８８】
もしエアロゾルの前駆物質を用いるなら、液体の溶媒／分散剤は、反応チャンバ内で光ビームによってすぐに蒸発して、気相反応が起こる。したがって、レーザ熱分解反応の基本的な性質は、エアロゾルの存在によって変わっていない。それにもかかわらず、反応条件はエアロゾルの存在によって影響を受ける。
【００８９】
適した固体の金属前駆物質化合物のいくつかは、溶液のエアロゾルとして輸送することができる。エアロゾルの生成に適したケイ素の前駆物質には、例えば、エーテルに溶解する四塩化ケイ素Ｓｉ（Ｃｌ_４）と、四塩化炭素に溶解するトリクロロシラン（Ｃｌ_３ＨＳｉ）と、を含む。適したドーパントは、エアロゾルで輸送できる。例えば、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）および硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２）は、水や、イソプロピルアルコールのようないくつかの有機溶媒に溶解する。同様に、ホウ素のドーパントは、水や種々の有機溶媒に溶解するホウ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２Ｂ_４Ｏ_７）を用いたエアロゾルとして輸送できる。他のドーパント及び母材の前駆物質も、この種の前駆物質の類似に基づいて、同様に選択される。
【００９０】
エアロゾル輸送用の前駆物質化合物は、一般に０．１モル濃度より大きい濃度に溶媒に溶解する。一般に、溶液中の前駆物質の濃度が大きいと、反応チャンバを通過する反応物の処理量が多くなる。しかしながら、濃度が高くなると、溶液はより粘性になって、エアロゾルが所望より大きい寸法の液滴を有するようになる。したがって、溶液の濃度の選択では、所望の溶液濃度の選択において要素の調和を含むことができる。
【００９１】
いくつかの異なる種類のナノスケールの粒子は、レーザ熱分解法によって生成することができる。同様の粒子は、上述に基づく光反応性析出法によって生成することができる。特に、光学材料を製造するのに適した多くの材料が、光反応性析出法によって生成することができる。
【００９２】
典型的な、そういったナノスケール粒子は、一般に、いくつかの異なる元素を含み種々の組成比の組成を含むと見なされて、その元素の数と組成比は、ナノスケールの粒子への適用に応じて変わる。典型的な異なる元素の数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、および１５の数を予想して、例えば、約２元素〜約１５元素の範囲の数を含む。一般的な組成比の数は、１、１０、１００、１０００、１００００、１０００００、１００００００、およびそれらの適当な和を予想して、約１〜約１００００００の範囲の値を含む。
【００９３】
上記の代わりに、又はこれに追加して、そのようなナノスケール粒子は、下記の化学式：ＡａＢｂＣｃＤｄＥｅＦｆＧｇＨｈＩｉＪｊＫｋＬｌＭｍＮｎＯｏ
を有すると見なすことができる。
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、及びＯの各々は、独立に存在する又は非存在であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、及びＯの少なくとも１つが存在しており、そして、１Ａ族元素、２Ａ族元素、３Ｂ族元素（ランタノイド系元素とアクチノイド系元素とを含む）、４Ｂ族元素、５Ｂ族元素、６Ｂ族元素、７Ｂ族元素、８Ｂ族元素、１Ｂ族元素、２Ｂ族元素、３Ａ族元素、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素から成る周期律表の元素から成る群より独立に選択される。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、およびｏは、１、１０、１００、１０００、１００００、１０００００、１００００００、およびそれらの適当な和を予想して、約１〜約１００００００の範囲の値から独立に選択される。
【００９４】
例えば、酸化ケイ素のナノ粒子の生成は、係属中でＫｕｍａｒらに譲渡された、ＵＳＰ出願０９／０８５５１４、”ＳｉｌｉｃｏｎＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。この特許出願は、アモルファスＳｉＯ_２の製造を記載している。酸化チタンのナノ粒子と結晶性の酸化ケイ素のナノ粒子との製造については、係属中でＢｉらに譲渡された、ＵＳＰ出願０９／１２３２５５、”Ｍｅｔａｌ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）Ｏｘｉｄｅ／ＣａｒｂｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。特に、この出願は、アナターゼ及びルチルＴｉＯ_２の製造を記載している。
【００９５】
アモルファスのナノスケール粉末や、希土類ドーパント及び／又は他の金属ドーパントのようなドーパントを含むガラス層は、係属中でＨｏｒｎｅらに譲渡された、ＵＳ暫定特許出願６０／３１３５８８、”ＤｏｐｅｄＧｌａｓｓＭａｔｅｒｉａｌ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。適切なドーパントには、屈折率のような特性に所望の修飾を与えることのできる希土類を含む。粉末およびガラス層は、アモルファス材料中に複数の選択されたドーパントを含む複雑な組成を備えて形成される。粉末は、光学材料等の形成に用いることができる。ガラス層は、光反応性析出法により均一な粒子被膜を直接に析出して次いで粉末を均一なガラス層に固形化することにより、形成することができる。
【００９６】
アモルファスのサブミクロン粒子およびナノスケール粒子は、レーザ熱分解法や他の流れ反応機構を用いて、希土類材料を含む選択されたドーパントを含んで生成することができる。これらの方法を用いて、種々の新しい材料を生成することができる。ドーパントは、反応物流れの組成を変えることによって所望の化学量論に導入できる。ドーパントは、適当なホストガラス形成用の材料中に導入される。反応流れ中の組成と処理条件との適切な選択により、選択したドーパントを含むガラス形成母材として１つ又は２つ以上の金属元素または半金属元素を取り込んだサブミクロンの粒子が形成できる。母材のアモルファス材料は、一般に酸化物であるので、反応流れの中に酸素源もまた存在しなくてはならない。酸化物材料を生成するために、反応器内の環境は、十分に酸化していなくてはならない。同様に、光反応性析出法は、例えば、希土類ドーパント及び／又はドーパント組成の複合混合物を含むドーパントを添加した高い均一性のガラス被膜を形成するのに用いられる。
【００９７】
いくつかの金属／半金属の酸化物は、光学への応用において、及び／又は均一なガラス層内での材料の固形化の能力において、特に望ましい。ドーピングのために適切なガラス形成母材用の酸化物には、例えば、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３、及び、それらの組み合わせや混合物を含む。リンは、周期律表において金属元素の近くに位置しているが、一般に半金属元素とは考えられていない。しかしながら、Ｐ_２Ｏ_５の形態のリンは、半金属酸化物と同様に良好なガラス形成物であり、そしてドープされた形態のＰ_２Ｏ_５は、望ましい光学特性を有することができる。便宜上、特許請求項の範囲を含む本明細書で用いているように、リンも半金属元素とみなすものとする。
【００９８】
ドーパントは、アモルファス粒子の、および／又は得られるガラス層の性質を変化させるために、導入される。例えば、ドーパントは、ガラスの屈折率を変えるために導入される。光学への応用において、屈折率は、選択された周波数領域の光と共に動作する特定の光学装置を形成するために、変更することができる。ドーパントは、材料の処理的性質を変えるために導入できる。特に、いくつかのドーパントは、ガラスがより低い温度で処理できるように、ガラスのフロー温度、即ち、ガラス転移温度を変える。ドーパントは、材料内部にも影響を及ぼす。例えば、いくつかのドーパントは、他のドーパントの溶解度を増加させるために導入される。希土類ドーパントは、得られるドープされた材料の光学特性の修飾にとって、望ましい。希土類をドープしたガラスは、光増幅器の製造に有用である。
【００９９】
特に興味深い粒子は、複数のドーパント添加の光学用ガラスを形成するアモルファスの組成を含む。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のドーパントは、希土類金属である。希土類金属は、材料の光学的特性の修飾により、特に望ましい。もし、粒子がガラス層に固形化されるなら、得られた材料は、他のドーパントと同様に希土類金属のドーパントによって影響を受けた屈折率を有する。さらに、希土類ドーパントは、光増幅器の製造用の材料の適用を変えることのできる光吸収特性に影響を及ぼす。希土類金属とは、周期律表のＩＩＩｂ族の遷移金属を含んでいる。特に、希土類金属は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイド系の元素を含む。他の適当なドーパントは、アクチノイド系の元素を含む。光学用ガラス用には、特に興味深いドーパントである希土類金属には、例えば、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、及びＴｍを含む。適当な非希土類金属ドーパントには、例えば、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａ、Ｗ、及びＣａを含む。
【０１００】
均一なガラス層を形成するために、アモルファス粒子の層は、固形化される。ガラスを固形化するためには、粉末は、そのフロー温度以上まで加熱される。その温度では、粉末は、緻密化してガラス材料の均一な層を形成する。粒子内へのドーパントの混入により、粉末析出の結果は直接に、緻密化した材料のいたるところにドーパントが拡散する。
【０１０１】
材料処理では、所望の光学装置の設計において、重大な考慮事項が残っている。例えば、所望の屈折率を有する目的の材料を得るために、材料の組成と密度のような特性とが調整される。同様に、材料の熱膨張およびフロー温度は、モノリシック集積構造体の内部に材料を形成するために、無理のない処理方法と矛盾がないようにしなくてはならない。固形化された光学材料は、材料の光透過が望ましくない損失量を生じないように、良好な光学的特性を有することができる。さらに、材料は、集積光学回路や電気−光学回路の集積装置を形成するために、無理のない条件下で処理できなくてはならない。同様の材料の制約は、最先端の集積電子装置の形成において、問題がある。
【０１０２】
ドープしたガラスは、光学装置を製造するのに有用である。本明細書に記載の技術を用いることにより、ドープガラスは、平坦な光学装置に形成することができる。特定の光学的適応において特に適切であるために、ドーパントは、材料の光学特性を変えることができる。ドープした組成、特にドープした酸化ケイ素は、適当な前駆物質を導入することによって生成することができる。例えば、高屈折率の光学層の製造の便利な手法は、ドープした酸化ケイ素を用いることである。適したドーパントには、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化ホウ素、又はそれらの組み合わせを含む。
【０１０３】
いくつかの酸化ケイ素のドーパントもまた、材料のフロー温度を著しく下げる。特に、ホウ素やリンのドーパントは、酸化ケイ素の粘度を低下させるのを助けるので、フロー温度を低下させる助けになる。リンのドーパントは、屈折率を上昇させるが、ホウ素のドーパントは、屈折率も下げる。
【０１０４】
希土類ドープのガラスは、光増幅器の製造に用いるのに特に適している。増幅材料は、横方向に光学材料と結合したポンピング用光信号によって励起される。ポンピング光は、希土類金属をドープした材料を励起する。光学材料を通過したポンピング信号よりも低周波数の光の入力は、誘導放射によって増幅される。このようにして、ポンピング光からのエネルギーは、入力光信号を増幅するの用いられる。
【０１０５】
特に、ナノスケールの酸化マンガン粒子が形成されてきた。これらの粒子の製造は、係属中のＫｕｍａｒらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／１８８７７０、”ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。この出願は、ＭｎＯ、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４、及びＭｎ_５Ｏ_８の製造を記載している。
【０１０６】
酸化バナジウムのナノ粒子は、ＢｉらのＵＳＰ６１０６７９８、”ＶａｎａｄｉｕｍＯｘｉｄｅＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。同様に、銀バナジウム酸化物のナノ粒子が製造されており、これは、係属中のＨｏｍｅらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／２４６０７６、現在のＵＳＰ６２２５００７と、ＲｅｉｔｚらのＵＳＰ出願０９／３１１５０６と、共に題名が”ＭｅｔａｌＶａｎａｄｉｕｍＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、両方ともに参照して本明細書に組み込む。
【０１０７】
さらに、リチウムマンガン酸化物のナノ粒子は、続く熱処理と共に、又は熱処理を伴わずに、レーザ熱分解法によって製造されており、これは係属中のＫｕｍａｒらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／１８８７６８、”ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”、及びＫｕｍａｒらのＵＳＰ出願０９／３３４２０３、”ＲｅａｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰｒｏｄｕｃｉｎｇＴｅｒｎａｒｙＰａｒｔｉｃｌｅｓ”、そしてＨｏｒｎｅらのＵＳＰ６１３６２８７、”ＬｉｔｈｉｕｍＭａｎｇａｎｅｓｅＯｘｉｄｅｓａｎｄＢａｔｔｅｒｉｅｓ”に記載されており、これら全てを参照して本明細書に組み込む。
【０１０８】
酸化アルミニウムのナノ粒子は、係属中のＫｕｍａｒらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／１３６４８３、”ＡｌｕｍｉｎｕｍＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。特に、この出願は、γ−Ａｌ_２Ｏ_３の製造を記載している。ドープした結晶やアモルファスアルミナを伴ったレーザ熱分解法／光反応性析出法によるデルタ−Ａｌ_２Ｏ_３及びテトラ−Ａｌ_２Ｏ_３の形成は、係属中のＣｈｉｒｕｖｏｌｕらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／９６９０２５、”ＡｌｕｍｉｎｕｍＯｘｉｄｅＰｏｗｄｅｒｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。アモルファスの酸化アルミニウム材料は、例えば、ＳｉＯ_２及び／又はＰ_２Ｏ_３のように、他のガラス形成物と結合できる。例えば、光学用ガラスを形成する酸化アルミニウム用に適した金属酸化物ドーパントには、酸化セシウム（Ｃｅ_２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ_２Ｏ）、酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、および酸化バリウム（ＢａＯ）を含む。ガラスドーパントは、例えば屈折率、焼結温度、及び／又はガラスの気孔率に影響を及ぼす。赤外放射体に適した金属酸化物ドーパントには、例えば、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）を含む。
【０１０９】
さらに、酸化スズのナノ粒子は、レーザ熱分解法で製造されており、これは係属中のＫｕｍａｒらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／０４２２２７、現在のＵＳＰ６２００６７４、”ＴｉｎＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。酸化亜鉛のナノ粒子の製造は、係属中のＲｅｉｔｚらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／２６６２０２、”ＺｉｎｃＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。特に、ＺｎＯナノ粒子の製造が記載されている。
【０１１０】
希土類ドーパントは、光反応性析出法とレーザ熱分解法を用いて、金属組成に導入することができる。特に、希土類金属酸化物粒子、希土類ドープの金属／半金属酸化物、希土類金属／半金属硫化物、および希土類ドープの金属／半金属酸化物のサブミクロン及びナノスケールの粒子とそれに対応する被膜とは、特に結晶性の粉末と被膜とは、係属中のＫｕｍａｒらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／８４３１９５、”ＨｉｇｈＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅＰｈｏｓｐｈｏｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。蛍光体の組成に適した母材には、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、ＳｒＳ、ＹＢＯ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、およびＢａＭｇＡｌ_１４Ｏ_２３を含む。特に、ドーパントとしての活性の蛍光体粒子用の非希土類金属には、例えば、マンガン、銀、および鉛を含む。特に、金属酸化物の蛍光体の製造用の希土類金属には、例えば、ユーロピウム、セリウム、テルビウム、およびエルビウムを含む。一般に、重金属イオン又は希土類イオンは、蛍光体中の活性化剤として用いられる。蛍光体への適応では、粒子は、一般に結晶性である。アモルファス粒子および被膜への希土類金属や他のドーパントの混入は、係属中のＨｏｒｎｅらに譲渡されたＵＳ暫定特許出願６０／３１３５８８、”ＤｏｐｅｄＧｌａｓｓＭａｔｅｒｉａｌｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。複雑な組成で、ドープ又はアンドープの光学材料は、係属中でＢｉらに譲渡され、２００１年１０月１６日に出願したＵＳシリアル番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／　　　　　と称するＰＣＴ出願、”ＣｏａｔｉｎｇＦｏｒｍａｔｉｏｎＢｙＲｅａｃｔｉｖｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【０１１１】
鉄、酸化鉄、および炭化鉄の製造は、Ｂｉらの刊行物、”Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ α−Ｆｅ，Ｆｅ_３Ｃ，ａｎｄＦｅ７Ｃ３ｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＣＯ_２ｌａｓｅｒｐｙｒｏｌｙｓｉｓ” Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．７１６６６−１６７４（Ｊｕｌｙ１９９３）に記載されており、参照して本明細書に組み込む。銀金属のナノ粒子の製造は、係属中のＲｅｉｔｚらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／３１１５０６、”ＭｅｔａｌＶａｎａｄｉｕｍＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。レーザ熱分解法で製造されたナノスケールの炭素粒子は、Ｂｉらの参考文献、”ＮａｎｏｓｃａｌｅｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＣＯ_２ｌａｓｅｒｐｙｒｏｌｙｓｉｓ” Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．１１２８７５−２８８４（Ｎｏｖ．１９９５）に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【０１１２】
レーザ熱分解法による硫化鉄（Ｆｅ_１−ｘＳ）粒子の製造は、Ｂｉら、ＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｖｏｌ．２８６．ｐ．１６１−１６６（１９９３）に記載されており、参照して本明細書に組み込む。硫化鉄のレーザ熱分解法による製造での前駆物質は、ペンタカルボニル鉄（Ｆｅ（ＣＯ_５））と硫化水素（Ｈ_２Ｓ）とであった。
【０１１３】
上記のように、酸化セリウムは、レーザ熱分解装置を用いて製造することができる。エアロゾル輸送に適した前駆物質には、例えば、硝酸セリウム（Ｃｅ（ＮＯ_３）_３）、塩化セリウム（ＣｅＣｌ_３）、およびセリウムオキサレート（Ｃｅ_２（Ｃ_２Ｏ_４）_３）を含む。同様に、酸化ジルコニウムは、上記のように、レーザ熱分解装置を用いて製造することができる。エアロゾル輸送に適したジルコニウムの前駆物質には、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ_２）および硝酸ジルコニウム（ＺｒＯ（ＮＯ_３）_２）を含む。
【０１１４】
チップココンデンサ用の誘電体材料の被膜の析出は、係属中のＢｒｙａｎらに譲渡されたＵＳ暫定特許出願６０／３１２２３４、”ＲｅａｃｔｉｖｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＦｏｒＴｈｅＦｏｒｍａｔｉｏｎＯｆＣｈｉｐＣａｐａｃｉｔｏｒｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。特に適した誘電体材料には、選択的に他の金属酸化物を混合した主成分がチタン酸バリウムのものを含む。適当なドーパントを含んでおり、適切なセラミックチップコンデンサに組み込むのに適した他の絶縁性酸化物には、例えば、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＮｄＯ_３−２ＴｉＯ_３、及びＬａ_２Ｏ_３−２ＴｉＯ_２を含む。
【０１１５】
ケイ酸アルミニウム及びチタン酸アルミニウムの３元素のナノ粒子の製造は、参照して本明細書に組み込まれる係属中のＲｅｉｔｚらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／３１１５０６、”ＭｅｔａｌＶａｎａｄｉｕｍＯｘｉｄｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載された銀バナジウム酸化物のナノ粒子の製造に類似した以下の手順で、レーザ熱分解法によって成される。ケイ酸アルミニウムの製造に適した前駆物質には、蒸気輸送では、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）と四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）との混合物を含み、エアロゾル輸送では、テトラ（Ｎ−ブトキシ）シランとアルミニウムイソプロポキシド（Ａｌ（ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２）_３）の混合物を含む。同様に、エアロゾル輸送でのチタン酸アルミニウムの製造に適した前駆物質は、硫酸に溶解した硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ_３）_３）と二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末との混合物、又はアルミニウムイソプロポキシドとチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２）_４）との混合物を含む。
【０１１６】
錯体の陰イオンを含む金属／半金属化合物の被膜と共にサブミクロンおよびナノスケールの粒子の形成は、係属中のＣｈａｌｏｎｅｒ−Ｇｉｌｌらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／８４５９８５、”ＰｈｏｓｐｈａｔｅｐｏｗｄｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓＡｎｄＭｅｔｈｏｄｓＦｏｒＦｏｒｍｉｎｇＰａｒｔｉｃｌｅｓＷｉｔｈＣｏｍｐｌｅｘＡｎｉｏｎｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。適した錯体の陰イオンには、例えば、燐酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩が含まれる。組成は、複数の金属／半金属の元素を含むことができる。
【０１１７】
炭化ケイ素と窒化ケイ素とのレーザ熱分解法による合成は、係属中のＲｅｉｔｚらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／４３３２０２、”ＰａｒｔｉｃｌｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。窒化ケイ素の製造では、アンモニア（ＮＨ３）が窒素源であった。炭化ケイ素粒子の製造では、ジエトキシシランを分解して粒子を形成した。
【０１１８】
特定の目的物を得るために、基板上の材料の位置と共に、被膜の特性を粉末の層の組成によって変えることができる。さらに、多数の粒子の層を、異なる組成及び／又は光学特性を有する層を形成するための制御された方法で、析出することができる。一般に、光学装置を形成するために、均一な光学材料を基板の特定の場所に局在化する。均一材料の局在化は、特定の場所への材料の選択された析出、または析出後のエッチングを含む。上記の手順は、例えば、粒子ノズルに対して基板を掃引することにより、所望の領域に被膜を付着することに適応されて、通りすぎるノズルが基板の所望の部分のみを掃引する。エッチングは、以下に記載する。
【０１１９】
同様に、被膜は、均一の厚さにすることができ、又は、基板の異なる部分は、異なる厚さの粒子で被覆することができる。異なる被膜の厚さは、粒子ノズルに対する基板の掃引速度を変えることにより、又は、厚膜の粒子被膜を受容する基板の一部分を複数回掃引することにより、応用できる。これは、例えば、被覆工程中の反応物流れを変えることにより、又は基板の異なる部分に渡って複数回の部分的被覆の掃引を行うことにより、達成できる。
【０１２０】
このようにして、材料の層は、本明細書に記載したように、他の層のように同じ面の広がりを持たない特定の層を含むことができる。したがって、他の層は、基板表面の小さい部分を覆うが、いくつかの層は、基板表面の全て又は大部分を覆うことができる。このようにして、層は、１つ又は２つ以上の局在化装置を形成することができる。平面基板に沿った特定の点のどこであっても、構造体を通る断面は、表面に沿った他の点での断面よりも、異なった数の同一と見なしうる層を露出する。
【０１２１】
固形化／緻密化の工程
熱処理は、粒子を溶融又は融合して、粉末の締め固め、即ち、緻密化をもたらして、所望の材料、特に光学材料を形成する。この融合は、一般に固形化と呼ばれる。光学材料を固形化するために、材料を、該材料の融点を超える温度、またはフロー温度、即ち、ガラス転移点を超える温度まで加熱して、被膜をなめらかで均一な材料に固形化する。
【０１２２】
一般に、加熱は、粒子が溶融して粘性液体になる条件下で行われる。高い粘度により、材料が基板表面上を著しく流れることはない。溶融物の粘度を下げるための高めの温度での工程は、望ましくない基板の溶融や、層の間での組成の移動又は基板の選択領域からの組成の流入をもたらす。加熱時間および冷却時間は、密度のような固形化した被膜の性質を変えるために調節できる。さらに、熱処理は、望ましくない不純物を除去したり、および／又は、材料の化学量論や結晶構造を変えることができる。
【０１２３】
適した処理温度と処理時間は、一般に、粒子の組成に依存する。ナノ粒子は塊状の材料に比べて低い融点なので、ナノメータースケールの小さい粒子は、大きい粒子の粉末に比べて、一般に、低い温度および／又は短い時間で進行する。しかしながら、ナノ粒子の改良した溶融から大きい表面滑らかさを得るために、見合う融点を用いることが望ましい。
【０１２４】
酸化ケイ素のナノ粒子の処理では、粒子被膜を、１２００℃のオーダーの温度まで加熱する。酸化ケイ素の粒子中のドーパントは、適当な固形化の温度を下げることができる。いくつかのドーパントは、光学特性と共に、フロー温度に影響を及ぼす。したがって、ドーパントは、低い温度で均一な光学材料にフローするために選択することができる。酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）中に置く場合に、フロー温度を下げるのに適したドーパントには、例えば、ホウ素、リン、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせを含む。１つ又は２つ以上のドーパントの量と組成とは、所望のフロー温度と屈折率をもたらすように選択できる。
【０１２５】
熱処理は適当な炉で行うことができる。ガス圧力および／又はガス組成に関して、炉内の雰囲気を制御することが望ましい。適した炉には、例えば、誘導加熱炉又は管を通して気体を流す炉を含む。熱処理は、被覆チャンバからの被覆基板の取出しに続いて成される。代わりの実施形態では、熱処理は、処理過程が一連の適当な自動化した方法によって成されるように、被覆過程に組み込むことができる。
【０１２６】
多くの応用のために、異なる組成の複数の粒子被膜を付着することが望ましい。一般に、これらの複数の粒子被膜は、被覆された基板のｘ−ｙ平面の上（即ち、生成物流れに対する基板の動作方向と垂直）に互いに隣接して配置されるか、又は、被膜された基板のｚ面方向に次々に積層されるか、又は隣接と積層との適当な組み合わせから成される。それぞれの被膜は、所望の厚さで付着される。例えば、いくつかの実施形態では、酸化ケイ素とドープされた酸化ケイ素とが、交互の層で析出できる。同様に、異なるドーパントを添加した酸化ケイ素の別個の層が、交互の層に析出できる。特に、異なる組成の２つの層が、ＡＢと形成したＡ層とＢ層のように、一方を他方の上に析出でき、そして／又は、追加して又は代わりに、一方を他方の隣に析出する。他の実施形態では、３つの連続した（即ち、一方の層を、他方の層の上に積み重ねた、又は他方の層の近傍に配置した、又は他方の層の近傍に配置して積み重ねた）層ＡＢＣとして析出したＡ層、Ｂ層、およびＣ層のように、互いに異なる組成の２層より多い層を析出する。同様に、ＡＢＡＢＡＢ・・・又はＡＢＣＡＢＣＡＢＣ・・・のように、異なる組成の層を交互の順序で形成することができる。
【０１２７】
多くの適応では、異なる組成の多数の粒子被膜（即ち、互いに隣接して配置された、又は一方を他方の上に積み重ねた）の応用の魅力は、被覆基板への機能的要求により提案できる。このようにして、例えば、光学への応用において、次に記す機能、３次元光学メモリ装置、光学的な導波路／導管（コンジット）／ファイバ（例えばブラッグ回折格子）、光学減衰器、光学的な分波器／合波器、光学フィルタ、光学スイッチ、レーザ、変調器、相互接続具、光アイソレータ、光アドドロップ多重装置（ＯＡＤＭ）、光増幅器、偏光器、光学的な鏡／反射板、光学相遅延器、および光検出器の１つ、又は２つないし３つ以上の適当な組み合わせを達成するために、異なる組成の多層被膜の応用は、価値がある。
【０１２８】
固形化の後の個々の均一な層は、一般に、１００ミクロン以下の平均厚さを有し、多くの実施形態では約１ミクロン〜約５０ミクロンで、他の実施形態では約３ミクロン〜約２０ミクロンである。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示の範囲内にあることを理解するであろう。厚さは、構造体が最大の表面領域を有している投影面に対して垂直に測定する。
【０１２９】
多数の粒子被膜を備えた材料は、各層の析出の後に、又は複数の層の析出に続いて熱処理する、又はその２つの手法の組み合わせて熱処理する。最適な処理順序は、一般に、材料の融点に依存する。しかしながら、一般に、同時に複数の層を熱処理して固形化するのが望ましい。もし加熱温度が妥当な値に選択されれば、溶融した材料には、十分な粘度が残るので、層がその界面において、望ましくない量を溶け込ませることがない。多少の溶け込みは、一般に、受容できない量の性能への影響を及ぼさない。
【０１３０】
エッチングと装置形成
被覆工程で形成した被膜から成る層内の個々の装置又は個々の構造体の製造では、析出過程は、特定の組成の層の部分を単に被覆することを意味している。その代わりに、種々のパターニング方法を用いることができる。例えば、フォトリソグラフやエッチングのような集積回路の製造からの通常の方法が、析出後の被膜のパターニングに利用できる。
【０１３１】
パターニングの前または後に、被膜は、被膜を個別の粒子の層から連続する層へと変形させるために加熱処理される。いくつかの実施形態では、粒子をガラスや均一な結晶層に固形化するために、被膜中の粒子を加熱する。シリカガラスは光学への応用に用いられる。結晶性の酸化アルミニウム例えばサファイアや、結晶性ＳｉＯ_２例えば水晶は、決まった光の波長における光学への応用に適している。さらに、結晶性ケイ素は、シリコン・オン・インシュレータ電子部品の形成に用いることができる。固形化過程は、およそ上に詳細に記した。
【０１３２】
粉末材料の選択的な析出および／又は材料の選択的な除去は、光学材料の層内に所望の構造を形成するのに利用できる。上記に基づいて、適した選択的な析出には、例えば、マスクを用いた選択的析出、基板の一部のみを覆って被膜を形成するために生成粒子流れを通過する基板の動作、単一の被膜層の形成の間に組成を変えること、およびそれらの組み合わせを含む。これらの方法により、層内の選択した部分に特定の組成の選択的配置ができて、そして、他の組成が他の位置に配置できる。さらに、光学層は、光学材料のパターンに形成するために、エッチングすることができる。特に、材料の選択的除去により１つ又は２つ以上の層にパターン構造を形成するために、化学エッチング又は放射ベースのエッチングのようなエッチングと同様に、フォトリソグラフのようなパターニング方法が用いられる。このようにして、組成と光学的特性は、層内および層間で変えることができる。
【０１３３】
例えば、２層又は３層以上の析出の後に、制御された析出又はエッチング過程は、図１４に概略を示した構造を形成するために成される。層は、光反応性析出法を用いて析出できる。形作った光学構造体３４０は、１つ又は２つ以上の支持層３４２と、支持層３４２上の１つまたは２つ以上の形作った光学構造３４４と、を含む。チャネル３４４は、チャネル３４４間の材料を除去するために、支持層３４２の上の層をパターニングして形成する。図１５に示すように、追加の光学材料３４６は、一般にチャネルを覆って配置する。熱処理は、パターニングとエッチングの前および／又は後を含む適当な時に成される。化学的−機械的研磨のような追加の平坦化をすることもできる。
【０１３４】
本明細書に記載された多層光学被膜は応用の変形例を有するが、基板上に形成した光学装置は、特に興味深い。光学装置に沿った光の伝達の制御は、隣接する材料の屈折率の変化を必要とする。装置は、屈折率を備えた材料の境界により、又は隣接する材料と異なる構造により特徴づけることができる。光学装置の基本の特徴は、それらが、装置を通して伝播する特定の波長領域内の電磁気的な放射に対して透明である結晶性またはアモルファス材料から製造されることである。
【０１３５】
興味のある光学装置には、例えば、光結合器、光分配器、アレイ光導波路回折格子（ＡＷＧ）等のような光導波路装置を含む。基板表面上に製造された光導波路は、平面光導波路と呼ばれる。平面光導波路は、光通信や他のオプトエレクトロニクスの応用のための集積光学回路の製造に有用である。興味深い他の光学装置には、例えば、３次元光学メモリ装置、光ファイバ、ブラッグ回折格子、光学減衰器、光学フィルタ、光学スイッチ、レーザ、変調器、相互接続具、光アイソレータ、光アドドロップ多重装置（ＯＡＤＭ）、光増幅器、偏光器、光学的な鏡／反射板、光学相遅延器、および光検出器を含む。
【０１３６】
光は周囲よりも高い屈折率を有する材料を介して伝達する。いくつかの好ましい実施形態では、光導波路に沿って伝達するために、平面光導波路は、光の、即ち、電磁気的放射の波長とだいたい同程度の厚みを有する。例えば、１．５ミクロンの光では、一般に光学層の厚さ約６ミクロンが光導波路には妥当である。いくつかの実施形態において、光導波路は、中距離を超える材料を介して伝播した光を、著しく減衰しなかった。
【０１３７】
粒子被膜技術によって平面光導波路を製造するために、一般に３層を析出する。コア層は、下部クラッド層と上部クラッド層とで囲まれた光チャネルを形成する。下部クラッド層は、一般に、基板又は下に横たわる光学材料と、コア層との間に付着する。言換えると、コア層は、コア材料を介して適切な光伝達を提供するために、一般に２つの他の光学材料の間に形成される。
【０１３８】
基板上の光学回路は、図１６または図１７に概略を示す。図１６に示しように、光学回路３５０は、基板３５８上に光学装置３５２、３５４、３５６を含む。光学装置３５２を含んだ断面図を、図１７に示す。光学装置３５２は、下部クラッド用の光学材料３６２と、コア用の光学材料３６４と、上部クラッド用の光学材料３６６と、を含む。一般に、コア用光学材料３６４は、例えば、組成の相違、密度の相違、又は結晶構造の相違に起因して、屈折率のようないくつかの光学特性が下部クラッド用光学材料３６２や上部クラッド用光学材料３６６とは異なる。下部クラッド用光学材料３６２は、組成および／又は光学特性において、上部クラッド用光学材料３６６と違っても違わなくてもよい。上部クラッド用光学材料３６６は、コア用光学材料の役割の層と上に横たわる層との２つの層の間に位置している。
【０１３９】
基板３５８は、ケイ素から形成する。四角形や他の形状の基板を用いることができるが、通常の基板は、円形ウェハである。予備形成の構成では、一方向に非常に長くされた基板を形作る。アスペクト比は、約１：５〜約１：５０の範囲に、他の実施形態では、約１：１０〜約１：２５の範囲にすることができる。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内にあることを理解するであろう。同様に、予備形成では、寸法をもった被膜を有するためには、ファイバをプレフォームから容易に延伸するために、最終的な構造体が矩形ではないように、さらなる被膜の変更が加えられるのが望ましい。下記に記載するように、基板なしの平面構造体もまた検討された。これらの実施形態では、最大領域を得るための平面装置の突出は、装置の面広がりを提供する。突出した面広がりは、平坦な表面に沿った位置に配向するために、基板表面と類似の平面を確立する。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、光学材料は、シリカベースのガラスから形成される。いくつかの実施形態では、ドープした二酸化ケイ素の下部クラッド層を、基板を覆って析出する。次に、異なるドープした二酸化ケイ素の粉末のコア層を、クラッド層を覆って析出する。もし熱処理が適切な条件で行われれば、下部クラッド層と追加の層の両方を同時に固形化することができるが、一般に、下部クラッド層は、追加の層を加える前に固形化する。高屈折率のコア層の製造に便利な手法は、ドープした酸化ケイ素を用いることである。適したドーパントには、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化鉛、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化ビスマス、酸化カリウム、酸化アンチモン、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ランタン、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｙ、Ｐｒ、およびＴｍのような他の希土類ドーパント、酸化ゲルマニウム、酸化ホウ素、又はそれらの組み合わせを含む。下部クラッド層と上部クラッド層とは、ドープされたコア層に比べて低い屈折率を有するドープされた二酸化ケイ素から製造することができる。
【０１４１】
コア用材料の屈折率が増加すると、屈折率による波長の変化により、必要な層の厚さが減少する。したがって、これらの変数の間の相互関係を、しかるべく制御しなくてはならない。ある種のドーパントの過剰量は、結果として、光に対する材料の透過率を損なうことがあるので、ある種のドーパントの過剰量の使用は、避けなくてはならない。多くの材料では、一般に、ドーパントは４０重量％より少ないが、それらのドーパントの上限量は、個別のドーパントに依存する。
【０１４２】
分離した光学装置を形成するために、同じ又は別の光学特性と組成とを備えたコア層が、同じ又は別の層内に、基板の選択した部分を覆って析出される。その代わりとして、１つ又は２つ以上の所望の装置を製造するために、コア層用の材料の固形化の後に、材料は、特定の層内に形作ることができる。コア用材料から所望の構造を形成した後、通常は、上部クラッド層を付着する。火炎加水分解析出法による平面光導波路の形成は、さらに、ＫｅｃｋらのＵＳＰ３９３４０６１、”ＭｅｔｈｏｄｏｆＦｏｒｍｉｎｇＰｌａｎｅｒＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅｓ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。エッチングによる結合素子の形成は、さらに、ＫａｗａｃｈｉらのＵＳＰ４７３５６６７、”ＭｅｔｈｏｄＦｏｒＦａｂｒｉｃａｔｉｎｇＨｙｂｒｉｄＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【０１４３】
多層光学構造体
本明細書に記載の手法を用いて、複数の光学材料は、積み重ねた構造に析出できる。多層構造体は、異なる層の材料間で異なる光学特性を有する複数の層を含む。いくつかの実施形態では、個々の層の表面領域のごく一部を覆う空間的広がりの内に特定の光学装置が局在化するように、材料の光学特性が層内でも変化する。したがって、多層光学構造体は、平面型の光学装置の多層積層体や、ファイバのプレフォーム等として用いることができる。
【０１４４】
図１８を参照すると、材料Ａおよび材料Ｂの交互の層の多層光学構造体の概略斜視図を示している。特に、構造体３８０は、ＡＢＡＢＡＢ構造を形成するために、材料Ｂの層３８４と交互にされた材料Ａの層３８２を含む。ある実施例では、材料Ａは、ＳｉＯ_２ガラスで、材料ＢがドープされたＳｉＯ_２ガラスである。代わりの多層光学構造体の実施形態が、図１９に概略側面図で示されている。子の実施形態では、構造体３９０は、交互にされた材料Ａ３９２の層、材料Ｂ３９４の層、そして材料Ｃ３９６の層を有している。ある実施例では、材料ＡがＳｉＯ_２ガラス、材料ＢがドープされたＳｉＯ_２ガラスの１形態、そして材料Ｃが別のドープされた形態のＳｉＯ_２ガラスである。
【０１４５】
図１８と図１９は、特定の層数を示しているが、層の数は必要に応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、層のプレフォームは、３つ又はそれ以上の層を有しており、別の実施形態では、５つ又はそれ以上の層を、さらなる実施形態では、少なくとも１０層を、さらに別の実施形態では、少なくとも２０層を、さらなる実施形態では、少なくとも３０層を有しており、そして一般には、約１０００層より少ない。当業者は、これらの明示した範囲内の層数及び部分的な範囲の層数は、予測でき、この開示内に含まれることを理解するであろう。さらに、層構造内に３つより多い材料を用いることができる。層は、複雑なパターンおよび／又は非反復構造に配置することができる。
【０１４６】
一般に、光学構造体内の１つ又は２つ以上の光学材料の層は、層の一端から他端まで均一でなはい光学特性を有するであろう。光学特性が材料の他の特性の変化によって変えられるにも拘わらず、一般に、光学特性は、層を横切る組成の変化によって変わるであろう。例えば、いくつかの材料の屈折率は、例えば紫外線などの材料上で輝いている光によって変わるだろう。光学特性の変化は、光が光学チャネル内に局在するように層を通る光のチャネル／光路を形成するのに用いられる。下に記載するように、光学チャネルは、平面光学装置に、又はファイバのプレフォームの光路に一致する。
【０１４７】
個々の光学層の全体での平均厚さは、一般に、１ミリメートル以下であり、いくつかの実施形態では、約２５０ミクロン以下であり、別の実施形態では約５００ナノメーター〜１５０ミクロンの範囲であり、さらなる実施形態では約３ミクロン〜約１００ミクロンの範囲であり、さらに別の実施形態では、約４ミクロン〜２０ミクロンの範囲である。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内に含まれることを理解するであろう。層は、特に平面状の界面に沿った１つ又は２つ以上の境界により特定される。層の厚さは、基板の平坦表面と、又は上述の基板なしの構造体の広がりで規定される平面と、垂直方向の厚さにより特定される。
【０１４８】
多層構造体は、基板なしにできる。基板は、光を伝達する材料とは光学的に独立した材料として、即ち、非光学材料として特定できる。したがって、クラッド層は、該クラッド層の光学的特性がコア層内に光を閉じ込めるのを助けてそして光学的に独立されないので、基板の一部ではない。しかしながら、多層構造体は、基板中の光学層の間にさらなる非光学層が緩衝層を提供する複数の基板を含む。
【０１４９】
一般に、光反応性析出法は、基板上への材料の析出を含む。しかしながら、基板上に形成された剥離層での離脱により光学構造体が基板から分離するように、剥離層を形成することは、発見されていた。剥離層は、一般に、その上に析出した材料よりも十分に高いフロー温度の粉末を含む。粉末の組成は、析出装置内の前駆物質の組成を調節することにより、１組成から他の組成に徐々に又は急に変えることができる。条件と組成は、剥離層が熱処理の上で形成されるように選択されて、所望の分離を得る。その代わりとして、剥離層は、剥離層をそのままにした状態で、材料の厚さの一部のみを固形化するために、上面から熱に曝されて形成することができる。基板なしの光学構造を形成するための剥離層の形成と剥離層の利用とは、係属中のＢｒｙａｎらに譲渡されたＵＳＰ出願０９／９３１９７７、”ＬａｙｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓＯｎＳｕｂｓｔｒａｔｅ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。
【０１５０】
積み重ねた平面光学回路
多層光学構造は、積み重ねた平面光学回路の構造に適している。多層光学構造の選択された層は、層を通る光学チャネル／光路を提供するために形成される。いくつかの実施形態では、層を通る光学チャネルは、光学的な処理／操作のために平面光学装置を含んでいる。代わりの又は追加の実施形態では、１つ又は２つ以上の集積光学回路が、１つ又は２つ以上の光学チャネルを備えた単一の層の上に配置される。
【０１５１】
平面光学装置を備えた層を通る代表的な断面図を図２０に示す。層４００は、集積光学回路４０２、４０４、４０６を含む。光学回路４０２は、光学装置４１０、４１２、４１４を含み、光学回路４０４は、光学装置４１６、４１８、４２０、４２４を含む。光学回路４０６は、平面光導波路のような光学装置４２４と、光検出器、例えばフォトダイオードのような電気−光学的装置４２６とを、電気接続部４２８と共に含んでいる。電気接続部は、銀粒子を用いる光反応性析出法により、又は化学蒸着法のような半導体処理の手法により、形成することができる。層４００は、３つの光学回路と共に示されているが、層は、一般に、１つ又は２つの光学回路、又は３つ以上の光学回路を含むことができる。同様に、光学回路内の光学装置の数は、層の空間的制限内で、必要に応じて変えることができる。一般に、図２０の縁部４３０、４３２のような層の１つ又は２つ以上の縁部は、光ファイバや他の光学装置および／又は電気−光学的装置との接続のような、光学的な相互連結器との接続に適している。
【０１５２】
基板が存在するか否かに関係なく、平面光学構造体は、細長い光ファイバ等と明らかに違う平板状の外見を有する。平面光学構造体の平板状の外見は、大きな投射表面を有する構造体の平面突出部に基づいて評価できる。この平面突出部は、表面の特徴等により複雑になることなく評価できる。一般に、平面構造体は、少なくとも約１ｃｍ^２の表面領域を、別の実施形態では約１０ｃｍ^２、さらなる実施形態では少なくとも２５ｃｍ^２の、追加の実施形態では少なくとも５０ｃｍ^２の、そしていくつかの実施形態では、約１ｃｍ^２〜約１ｍ^２の範囲の表面領域を備えた最大領域の平面突出部を有する。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内にあることを理解するであろう。直径５インチのウェハの基板は、結果として６．２５π平方インチの最大の突出範囲を有する構造体になる。
【０１５３】
さらに、平面光学構造体は、一般に、約２０以下のアスペクト比の層を有し、他の実施形態では約１０以下の、別の実施形態では約５以下のアスペクト比を有する。当業者は、これらの明示した範囲内の他の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内に含まれることを理解するであろう。このアスペクト比は、長さと幅との比であり、ここで長さとは、２つの縁部の点をつないだ平面突出部内の最大長さに沿った距離であり、幅とは、２つの縁部の点をつないだ線分と直行する最大長さに沿った距離である。アスペクト比は、最小値が約１である。層の二次元的性質も、突出した領域の中央を介して通る線分の最大領域突出部内の最小の端部−端部間の距離の項により説明できる。一般に、最小の端部−端部距離は、少なくとも約１ｃｍであり、多くの実施形態では少なくとも約２ｃｍ、別の実施形態では約５ｃｍ、そしていくつかの実施形態では約１ｃｍ〜１メータの範囲である。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内に含まれることを理解するであろう。矩形構造体は、平坦表面に沿った光学構造体の配置に関して、都合が良い。円形構造体は、円形基板が入手できるので都合が良い。
【０１５４】
多コアのプレフォーム−光ファイバ
多層構造は、多コアのプレフォームと多コアの光ファイバとを形成するのに用いることができる。これらの実施形態は、一般に、１次元の材料を通って伸びる光学チャネル／光路を有する。多コア光ファイバは、多コアプレフォームから形成することができる。
【０１５５】
特に、光ファイバは、複数の領域を有して形成されて、各領域は、分離伝送のために、閉じ込められたチャネル又はコアを有している。光ファイバは、プレフォームから、プレフォームの内部と一致する構造を有して形成される。ファイバの組成が、長手方向に沿っておよそ均一になるように、プレフォームは、本質的にはファイバが延伸される方向に沿った１次元の構造を有する多層モノリシック構造である。多コアに対応する構造を有するプレフォームを構成することにより、光ファイバは、装置の構造を模倣することにより形成されて、複数のチャネルを有する光学装置と相互に作用し合って、光ファイバと複合光学装置との間でそれらが光学チャネルの多重集析出を備えるような接続に単純化する。よりよい複合構造体の利用を提供するために、複雑な光学装置のより複雑な接続にファイバが提供される。
【０１５６】
図２１および図２２に示すように、多コアのプレフォームを形成するために、析出工程とパターニング工程が繰り返されて、パターンされたプレフォームが形成される。パターンプレフォーム４４０は、背景のクラッド材料４４４に埋め込まれた複数の光チャネル４４２を含む。個別の光チャネル４４２は、他の光チャネル４４２と同じ又は異なる材料から形成することができる。同様に、クラッド材料４４４は、１つ又は２つ以上の材料から形成することができる。しかしながら、クラッド材料は、少なくとも、隣接した光チャネル材料とは異なる材料から形成する。いくつかの実施形態では、すべての材料は、適当なドーパントを含有するＳｉＯ_２ガラスから形成されて、閉じ込められた光チャネルとクラッド材料とを形成する。光学チャネルの数と配置とは、所望の構造を形成するために変えることができる。一般に、多コアのファイバは、少なくとも３つの光チャネル／コアを有し、追加の実施形態では少なくとも５つの光学コアを、他の実施形態では約１０〜１０００個の範囲の光学コアを、さらなる実施形態では２０〜１００個の範囲の光学コアを有する。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内に含まれることを理解するであろう。
【０１５７】
多数の伝達チャネルを備えた光ファイバの好ましい製造方法は、図２１および図２２のプレフォーム４４０のようなパターンプレフォームの形成を含む。上述した積層平面装置とは対照的に、プレフォームは、得られるファイバの所望の構造体に基づいて設計される。パターンされた／析出されたプレフォームは、例えば、従来のファイバの延伸処理を用いて延伸される。プレフォームは、プレフォームからファイバ形状を形成するために延伸する材料を軟化するために、加熱する。予備形成構造体の寸法は、プレフォームを延伸して得られる光ファイバの既知の寸法に基づいて、所望の寸法で独立した光チャネルを備えたパターンされた光ファイバを生産するために、選択される。適した速度は、一般に約１メートル／分〜約１００メートル／分の範囲内である。適した張力は、約１０グラム〜約４０グラムの範囲内である。当業者は、これらの明示した範囲内の範囲及び部分的な範囲は、予測でき、この開示内にあることを理解するであろう。延伸が、結果として構造の寸法を減少させる。温度、張力、延伸速度は、得られるファイバの寸法に寄与する。妥当な延伸条件により、多コア構造の基本的な構造的関係は、減少した寸法内に維持された。プレフォームからのファイバ状の光ケーブルの延伸は、ＡｓｈｋｉｎらのＵＳＰ４６３０８９０、”ＥｘｐｏｓｅｄＣｏｒｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒｓ，ａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＭａｓｋｉｎｇＳａｍｅ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む。ファイバは、光ファイバの標準的な寸法まで、又は多コア構造に基づいた他の便利な寸法まで、延伸できる。
【０１５８】
延伸の後も、得られたファイバは、プレフォームの構造を維持する。特に、ファイバは、隣接するコアと干渉することなく光を伝達するのに、個々に用いられる独立したコアを通って、光チャネルを分離してきた。延伸の後も、ファイバは、標準的な光ファイバを思わせる全体構造を有しており、特に、パターンされた光ファイバは一般に可撓性である。
【０１５９】
パターンファイバは、複数の光ファイバを取り付ける代わりに、光学装置に便利に取り付けられる。パターンされたプレフォームから延伸された光ファイバ内の構造が非常に小さいので、パターンされた光ファイバは、類似の光ファイバを便利に取り付けることのできない構造体に取り付けることができる。よって、より小さい光学装置を形成して、個々の装置にパターン光ファイバを接続できる。特定の実施形態では、パターン光ファイバは、積層した平面光学回路を備えた多層構造と接続できて、ファイバのコアを介して個々の光チャネル／光路と接続できる。単一のパターン光ファイバは、ＣｈｅｎらのＵＳＰ６０４５８８８、”ＯｐｔｉｃａｌＶｏｌｕｍｅＭｅｍｏｒｙ”の図３ｂに示されるように、複数の光ファイバと置き換えが可能であり、この特許を参照して本明細書に組み込む。その代わりとして、パターン光ファイバは、ＫｅｃｋらのＵＳＰ４９４８２１７、”ＯｐｔｉｃＣｏｕｐｌｅｒ”に記載された光結合器のような光結合器の代わりに又は追加して用いることができ、この特許を参照して本明細書に組み込む。
【０１６０】
高記憶容量で不揮発性光メモリ装置は、コンピュータの、特にパーソナルコンピュータの構成を基本的に変更することを可能にする。特に、光メモリ素子は、複数の実行可能なプログラムを含んでいる。好ましい光メモリ素子は、コンピュータ内部のオプトエレクトロニクスのネットワークの中に集積されている半導体装置に固定されている。プログラムへの選択的アクセスは、所望のルーチンの実行と、選択されたオペレーティングシステムを提供する。多次元の光メモリ装置は、本明細書で記述した多層光学構造から構成できる。
【０１６１】
適した３次元の光学的なデータ記憶構造は、例えば、ＣｈｅｎらのＵＳＰ６０４５８８８、”ＯｐｔｉｃａｌＶｏｌｕｍｅＭｅｍｏｒｙ”に記載されており、参照して本明細書に組み込む（’８８８特許）。’８８８特許に記載の不揮発性光メモリは、多数の個々にアドレス可能なセル、即ち、データ素子を有する。これらのデータ素子は、所定のプログラムの記憶に用いられる。個々のデータ素子は、データ素子を読み取るために、光の指示を介してアクセスしているので、不揮発性光メモリは、動作部分なしにアクセスできる。データ素子は、重複する光ビームを用いて、又は各データ素子が制御された変調ピクセルと結び付けられる空間光変調器を用いて、アドレス指定される。代わりの実施形態では、ディスク等の記憶媒体、又は集光素子は、単一の光データ素子上を集束放射の方に動く。
【０１６２】
好ましい実施形態では、複数のコンピュータプログラムを記憶するのに、不揮発性光メモリが用いられる。適したプログラムには、例えば、オペレーティングシステム、ワープロ、表計算ソフト、描画プログラム、通信プログラム、ゲーム等を含む。これらのプログラムは、選択的に接続できる。
【０１６３】
特に好ましい実施形態は、不揮発性光メモリは、接続部によりマザーボードに取り付けられる。不揮発性メモリは、異なるメモリ装置と取替えを提供するために、接続部から取り外し可能にされている。例えば、光メモリ装置に記憶されているプログラムのグローバルアップグレードが実施できる。光メモリ装置の取替えは、プログラムの選択の除去および追加も含む。
【０１６４】
光メモリ上に記憶されたプログラムは、活性番号によって固定される。接続は、適当なライセンスおよび／又は活性番号の存在に基づいて制限される。接続についての同様な制限が、現在、種々のソフトウェアプログラム内に構築されている。例えば、現在インターネット上で入手可能ないくつかのソフトウェアは、ダウンロードできるが、アクセスコードなしには走らせることができない。
【０１６５】
アクセスコードの使用は、単一の光メモリ装置上にソフトウェアの割り当ての接続制限と共に大量のソフトウェアの記憶を提供する。特に好ましい実施形態では、光メモリ装置には、ハードウェア用に入手可能な全ての又は特定の部分のソフトウェアを含む。そして、ユーザは、適当なアクセスコードを入力することにより、ソフトウェアの使用者にライセンスされたソフトウェアにアクセスする。追加のソフトウェアは、適当なアクセスコードの入手により後で接続できる。アップグレードは、不揮発性光メモリの取替えによって全世界的に行われる。追加のソフトウェアは、不揮発性光メモリに加えて、従来の揮発性記憶または他の不揮発性メモリの使用により接続できる。好ましい実施形態では、個々のパーソナルコンピュータは、ハードディスク装置や、ＲＡＭメモリ用以外の他の揮発記憶を有さない。特に、全ての実行可能なコードが、光メモリ装置内に見つけることができる。作業結果は、小型ディスクドライブ又は半導体メモリのようなコンピュータと接続した他の揮発性メモリや不揮発性メモリ上に記憶できるが、作業結果は、中央サーバ上に、又はインターネットサーバのような他のネットワークサーバに記憶できる。
【０１６６】
プログラム記憶用不揮発性光メモリの使用は、ハードディスク装置のような揮発メモリに関する比較的重要でない規則から小規模な規則が用いられている揮発記憶に関する中央的な規則への、不揮発性メモリの規則の基本的な転換になる。より不揮発性の半導体メモリの使用は、不揮発性光メモリへの迅速な接続によって、コンピュータのほとんど瞬間的な起動を提供する。メモリ容量の大多数の高速の不揮発性メモリの代用は、大量の情報へのより早い接続を提供する。
【０１６７】
本明細書に利用された、「範囲内」または「間」の用語は、その範囲内に含まれる一部および全ての部分範囲と同様に、「範囲内」または「間」の用語の後に列記された数値によって定義された範囲から成り、そのような部分範囲の各々は、その範囲内のどのような数値でも第１の終点（ｅｎｄｐｏｉｎｔ）として、そしてその範囲内の第１の終点の値よりも大きいその範囲内のどのような数値でも第２の終点として、有しているとして定義される。
【０１６８】
上記の実施形態は、実例であり、これに限定しないことを意味する。追加の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。本発明は、特定の実施形態を参照して記載されているが、当業者は、本発明の精神と目的から逸脱せずに形状や詳細の変更ができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】高い生成率で粉末のレーザ熱分解合成を行うための反応チャンバの側面斜視図である。
【図２】図１のレーザ熱分解反応のような蒸気／気体反応物を流れ反応システムに輸送するための反応物輸送システムの概略図である。
【図３】エアロゾルと蒸気／気体との混合物を反応チャンバ内に輸送するためのエアロゾル生成器付き反応物注入ノズル側断面図であって、この断面図は、挿入図の３−３線に沿ったものである。挿入図は、横長の反応注入口の上面図である。
【図４】図３の挿入図の４−４線に沿った図３の反応物注入ノズルの側断面図である。
【図５】分離した被覆チャンバと、導管を介して接続された粒子製造装置と、を備えて構成される光反応析出装置の概略図である。
【図６】被覆チャンバの斜視図であり、内部構成を見えるようにするためにチャンバの壁部を透明にしている。
【図７】回転台に乗せた基板方向に向けた粒子ノズルの斜視図である。
【図８】粒子製造チャンバ内で基板上に粒子被覆をつける光反応析出装置の概略図である。
【図９】反応物を基板に隣接して位置する反応領域に導入する反応物ノズルの斜視図である。
【図１０】図９の１０−１０線での装置の断面図である。
【図１１】実施形態に係る光反応析出チャンバの斜視図である。
【図１２】図１１の光反応析出チャンバの反応チャンバを拡大した図である。
【図１３】図１２の反応チャンバの基板支持体の拡大図である。
【図１４】光学材料の模様化した層の斜視図である。
【図１５】オーバークラッド層の析出後の、図１４の材料の側面図である。
【図１６】光学回路の斜視図である。
【図１７】図１６の光学回路の１７−１７線での断面図である。
【図１８】多層光学構造体の斜視図である。
【図１９】多層光学構造体の特徴的な実施形態の側面図である。
【図２０】複数の光路を有する層で（ｔａｋｅｎｔｈｏｕｇｈ）されている多層光学構造体の断面図である。
【図２１】複コア化／模様化したプレフォームの側面図である。
【図２２】図２１の２２−２２線に沿った図２１の複コア化／模様化したプレフォームの断面図である。

Claims

各層がその層の一部分に閉じ込められた独立した光路を有する複数の層からなるモノリシック光学構造体。
さらに非光学的材料から成る基板を含む請求項１のモノリシック光学構造体。
基板がケイ素から成る請求項２のモノリシック光学構造体。
複数の層が少なくとも３層から成る請求項１のモノリシック光学構造体。
複数の層が少なくとも５層から成る請求項１のモノリシック光学構造体。
複数の層が少なくとも１０層から成る請求項１のモノリシック光学構造体。
独立した光路が、モノリシック光学構造体内の独立した光路周りのクラッド材料と異なる屈折率を有する光学材料から成る請求項１のモノリシック光学構造体。
少なくとも１つの独立した光路の光学材料が、第１ドープ酸化ケイ素から成る請求項７のモノリシック光学構造体。
クラッド材料が第２ドープ酸化ケイ素から成る請求項８のモノリシック光学構造体。
少なくとも１つの独立した光路の光学材料が結晶質光学材料である請求項７のモノリシック光学構造体。
各層が約２５０ミクロン以下の厚さを有する請求項１のモノリシック光学構造体。
各層が約３ミクロンから約１００ミクロンの厚さを有する請求項１のモノリシック光学構造体。
各層が約４ミクロンから約２０ミクロンの厚さを有する請求項１のモノリシック光学構造体。
少なくとも１つの層が複数の独立した光路を含む請求項１のモノリシック光学構造体。
少なくとも１つの独立した光路が、異なる光学特性を有する光学材料の存在によって、互いに区別可能な複数の光学素子から成る集積光学回路から成る請求項１のモノリシック光学構造体。
複数の光学素子が電気光学素子から成る請求項１５のモノリシック光学構造体。
少なくとも一つの独立した光路が、その構造体の長さ寸法を貫通したほぼ均一な組成物の光学コアから成る請求項１のモノリシック光学構造体。
複数の層が、少なくとも約１０個の独立した光路から成り、各光路が構造体の長さ寸法を貫通してほぼ均一な組成物の光学コアから成る請求項１のモノリシック光学構造体。
モノリシック光学構造体を形成する方法であって、該方法が、生成粒子の流れで構造体の複数回の通過を行うことを含み、生成粒子の組成が通過の間に変化し、生成粒子が、層の一部分に閉じ込められた独立した光路を有する複数の層を固形化した後に、各層が光学材料を有する複数の層を形成するモノリシック光学構造体を形成する方法。
粒子の流れが、長軸及び短軸を特徴とする断面を有し、長軸が短軸よりも少なくとも２倍より大きい請求項１９の方法。
長軸が、短軸よりも少なくとも５倍の大きさである請求項２０の方法。
生成物流れが、構造体をわたって伸びる全長寸法に沿って一斉に構造体を覆って、生成物流れを通る一回の直線的通過により構造体の連続した被膜を析出するように長軸が十分な大きさである請求項２０の方法。
粒子の流れが、反応物流れに入射する集束放射線ビームによって促進される反応中に形成される請求項１９の方法。
反応物流れがエアロゾルを含む請求項２３の方法。
複数の独立した光チャネルを有する柔軟な光ファイバであって、光チャネルが、光ファイバの長さに沿って伸びるコア光学材料から成る光ファイバ。
複数の独立した光チャネルが、少なくとも３つの独立光チャネルから成る請求項２５の光ファイバ。
コア光学材料が、ドープした酸化ケイ素から成る請求項２５の光ファイバ。
プレフォームを軟化温度に加熱しながら、パターン状又は層状にしたプレフォームを延伸して、コア光学材料から成る複数の独立した光チャネルの光ファイバを形成するようにしたことを含む光ファイバを形成する方法。
光ファイバの延伸が、約１ｍ／分から約１００ｍ／分の速度で行なわれる請求項２８の方法。
光ファイバの延伸を約１０ｇから約４０ｇの張力で行う請求項２８の方法。
複数の独立した光チャネルが、少なくとも５つの独立した光チャネルである請求項２８の方法。
基板表面の少なくとも一部分を少なくとも３粒子被覆層で被覆して基板を形成する方法であって、約１分以下の時間内で基板を粒子流れに３回通して、基板上に少なくとも粒子流れの一部を析出させることを含む基板形成方法。
少なくとも１粒子被覆層が、他の２粒子被覆層とは異なる組成を有し、粒子流れの組成が、基板が粒子流れ中を動く間に変化する請求項３２の方法。
析出速度が少なくとも約１０ｇ／ｈｒである請求項３２の方法。
さらに、反応物流れを反応させて粒子流れを形成する請求項３２の方法。
反応物流れが、長軸及び短軸を特徴とする輸送方向に対して垂直な断面を有し、長軸が短軸より少なくとも２倍の大きさの因子である請求項３５の方法。
反応が、放射線によって駆動され、反応物流れが、放射線ビームの輸送方向に沿った方向に長く延びて、少なくとも生成粒子の列の一部が基板を掃引する基板の相対運動で粒子の列を作る請求項３５の方法。
反応が光ビームによって駆動される請求項３５の方法。
粒子の析出方法が、少なくとも約０．１ｃｍ／秒の速度で、生成粒子の流れに対して基板を動かすことを含む請求項３２の方法。
粒子の析出方法が、約１ｃｍ／秒〜約３０ｃｍ／秒の速度で生成粒子の流れに対して基板の動かすことを含む請求項３２の方法。
３粒子被覆層の析出を、約１５秒以下で行なう請求項３２の方法。
３粒子被覆層の析出を、約９秒以下で行なう請求項３２の方法。
少なくとも３粒子被覆層は、少なくとも５粒子被覆であって、その方法が、さらに約１分以下の時間内で、粒子流れに基板を５回通すことによって、基板上に少なくとも粒子流れの一部を析出することから成る請求項３２の方法。
光学特性の異なる３層内に光学材料の３粒子被覆層を固形化することを含む請求項３２に記載の方法。
３粒子被覆層の析出に続いて３粒子被覆層の固形化を行う請求項４４に記載の方法。
３粒子被覆層の固形化を、少なくとも２つの加熱段階で行い、少なくとも１つの加熱段階を３粒子被覆層の析出が完了する前に行う請求項４４に記載の方法。
複数の層の光学材料を含む光ファイバのプレフォームであって、光学材料がプレフォームの直線寸法を通って延びる複数の独立した光路を形成するプレフォーム。
複数の独立した光路が異なる層内に位置している請求項４７に記載の光ファイバのプレフォーム。
複数の光路が１層中に配置している請求項４７に記載の光ファイバのプレフォーム。
独立した光路が一方向に貫通する２次元の配列を形成して、複数の層が複数の独立した光路層を備える請求項４７に記載の光ファイバのプレフォーム。
選択的に接続可能な複数のプログラムを記憶した不揮発性光メモリを含むコンピュータ。
不揮発性光メモリからのプログラムの選択と、プログラムの実行を含むコンピュータの操作方法であって、不揮発性光メモリが複数のプログラムを含むコンピュータの操作方法。