JP2014178682A - 屈折率整合された格子刻印 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバが格子で刻印されているときにレンジングおよび散乱を緩和するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】光ファイバ上に格子を書き込むシステムおよび方法は、容器２２内に保持される液体屈折率整合材料２０ａで光ファイバ１４を取り囲むことによってレンジング現象を緩和する。システムはまた、光ファイバ１４が容器２２を通じて引き寄せられるときに液体屈折率整合材料２０ａを補充する補充機構をも含む。
【選択図】図３Ａ

Description

関連出願の相互参照
本願は、本明細書に記述されているかのように参照によりその全体が組み込まれる、「Ｉｎｄｅｘ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｉｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ」という名称の２０１３年２月２１日出願の米国仮特許出願第６１／７６７２７０号の特典を主張する。

本開示は、一般には光ファイバに関し、より詳細には光ファイバ格子刻印に関する。

光ファイバでは、しばしば、紫外線（ＵＶ）光などの化学放射に、コアなどの光ファイバの感光領域を露出することによって格子が刻印される。具体的には、例えばインターフェログラムまたは他の周知の技法を使用することにより、化学放射から干渉縞が生成される。

光ファイバの円筒形状により、ＵＶ光が円筒軸を横切る方向から光ファイバを照射するとき、光ファイバの曲率により、ＵＶ光が集束する。レンジングと呼ばれるこの現象の結果、光ファイバ内の望ましくない輝度変動が生じる。

Ｐｕｔｎａｍ他、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌｉｇｈｔ」、米国特許第６２４９６２４号（「Ｐｕｔｎａｍ」） Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ」、米国特許第６９５８０９６号

Ｌａｉ等、「Ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． ３１、２５５９〜２５６１頁（２００６）

この欠点を考えると、格子刻印技法について改善の余地がある。

以下の図面を参照すると、本開示の多くの態様をより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも原寸に比例せず、その代わりに本開示の原理をはっきりと示す強調が置かれる。さらに、図面では、いくつかの図全体にわたって、同様の参照番号は対応する部分を示す。

レンジング現象を示す略図である。 レンジング現象を示す略図である。 光ファイバの表面上の欠陥によって引き起こされる散乱効果を示す略図である。 光ファイバの表面上の欠陥によって引き起こされる散乱効果を示す略図である。 レンジング現象を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。 レンジング現象を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。 レンジング現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す略図である。 レンジング現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す略図である。 表面欠陥によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。 表面欠陥によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるシステムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるシステムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料と、長い格子を作成するためのリールツーリール・ファイバ・フィードとを用いるシステムの別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いる刻印システムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いる刻印システムの別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いる刻印システムのさらに別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す略図である。 溝の中に位置する屈折率整合材料を用いる容器の一実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いる容器の別の実施形態を示す略図である。 屈折率整合材料を用いる容器のさらに別の実施形態を示す略図である。

しばしば、化学放射（例えば紫外線（ＵＶ）光）の干渉縞に、コアなどの光ファイバの感光領域を露出することによって格子が光ファイバ上に刻印される。図１Ｂに示すように、光ファイバはしばしば円筒形である。したがって、化学線ビームが、図１Ａおよび１Ｂに示されるような円筒軸を横切る方向から光ファイバを照射するとき、図１Ｂに示されるように、光ファイバの曲率により、ＵＶ光が集束する。レンジングとして知られるこの現象の結果、光ファイバ内の望ましくない輝度変動が生じる。例えば、図１Ｂに示されるように、化学線ビーム２４が多心ファイバ１４を照射するとき、多心ファイバ１４内のコアの構成に応じて、化学線ビーム２４は、レンジング効果のために、一部のコア１８を照射するが、他のコア１９を完全に避けることがある。理解できるように、円形断面を有さないファイバではレンジングはさらに複雑となる可能性がある。

光ファイバ１４が図２Ａおよび２Ｂに示されるような表面欠陥４５を有するとき、レンジング現象に関連する欠点は悪化する。図２Ａおよび２Ｂに示されるように、表面欠陥４５により、化学線ビーム２４が欠陥４５の地点で散乱し、それによって刻印プロセス中に追加の不完全性が引き起こされる。

レンジングおよび散乱に敏感な応用分野には以下が含まれる。（ａ）傾斜した平面を有する格子であり、格子がレンジングによってひずみ、その結果平面はもはやまっすぐではなくなる。（ｂ）非一様な表面を有するファイバであり、非一様性は、意図的な直径変動、化学エッチングによるファイバ表面のフロスティング、非円形ファイバ、および不完全性を有する被覆を含む。（ｃ）内部微細構造を有するファイバであり、微細構造はレンジング効果を悪化させる。（ｄ）オフセット・コアを有するツイスト・ファイバであり、１つまたは複数のオフセット・コアの位置の変動のために刻印強度に固有の変動が存在する。（ｅ）しばしば外径の急激な減少を有するテーパー・ファイバ。（ｆ）大きなコアを有するファイバ（例えば、マルチモードまたは高次モード（ＨＯＭ）ファイバ）であり、非対称格子プロファイルが存在する可能性がある。（ｇ）ファイバの軸に沿う非ツイスト型とツイスト型の両方の多心ファイバ。（ｈ）他のレンジングに敏感なシナリオのホスト。そのような応用分野では、化学線ビームが、非一様性、微細構造、および他のファイバ特性によってひずむ。このひずみの結果、不完全な格子が得られ、ある場合には、全く格子が得られない。したがって、理解できるように、レンジングおよび散乱の緩和により、刻印プロセスを大いに改善することができる。

Ｌａｉ他、「Ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． ３１、２５５９〜２５６１頁（２００６）（「Ｌａｉ」）は、油の中に浸されるファイバに向けられる、密に集束したビームを開示する。Ｌａｉ方式は、密な集束の非線形プロセスに依拠する刻印技法に対して適切であるが、Ｌａｉ方式は、インターフェログラムを使用する刻印方式に対しては適切ではない。具体的には、Ｌａｉ方式は、（ａ）線形の非常に感光性の高い媒質を利用する刻印方式、（ｂ）位相マスクを使用する刻印方式、または（ｃ）非常に長い格子（例えば、１０００周期超）を書き込むように意図された刻印方式、特に、例えばリールツーリール・ファイバ格子刻印システムによってファイバがインターフェログラムに対して並進するほどに長い格子に対しては不適切である。さらに、集束が密であるとき、Ｌａｉのフェムト秒レーザ・パルスがシリカの屈折率変化を刻印する範囲で、Ｌａｉ刻印プロセスは、（ａ）点ごとでなければならず、（ｂ）低速であり、（ｃ）書込みレーザの走査を必要とし、それによって格子の長さが限定される。言い換えれば、Ｌａｉ技法は、刻印プロセス中のファイバの著しい並進を可能にせず、具体的には、ファイバの非常に長い変位（例えば、１０センチメートル（ｃｍ）を超える変位）を可能にしない。さらに、Ｌａｉの屈折率整合装置から来る多くの反射から生じるどんな迷光も、その輝度が低いために、Ｌａｉでの屈折率にほとんど影響を及ぼさない。逆に、図３Ａから１６に示されるような、インターフェログラムおよび非常に感光性の高い媒質を使用する技法は通常、不適切な露光を低減するために、迷光の管理または除去を必要とする。したがって、図３Ａから１６に示される実施形態は、単にＬａｉ技法では達成不可能な格子の刻印を可能にする。

Ｐｕｔｎａｍ他、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌｉｇｈｔ」、米国特許第６２４９６２４号（「Ｐｕｔｎａｍ」）は、デュアル高輝度ビームを使用して光ファイバの表面に対する摩耗を回避する格子刻印手法を開示する。具体的には、Ｐｕｔｎａｍは、２つの高輝度ビームの交点で生成される干渉縞に依拠する、位相マスクを使用しない位相刻印を教示する。表面摩耗問題が高輝度ビームの状況だけで生じる範囲で、位相マスク（または任意の他のタイプの干渉計）をＰｕｔｎａｍの屈折率整合界面媒質への一体化は、Ｐｕｔｎａｍのデュアル高輝度ビーム構成に関する動作原理を覆す。言い換えれば、当業者は通常、位相マスクをＰｕｔｎａｍのデュアル・ビーム干渉計と一体化することを避ける。これは、デュアル・ビームと同一の干渉縞を生成する位相マスクが、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成によって生成される干渉縞を無効にするためである。あるいは、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成とは異なる干渉縞を生成する位相マスクを使用する場合、得られる干渉縞は、デュアル・ビーム干渉と位相マスク干渉の複雑なたたみこみとなる。したがって、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成を利用するものは、位相マスクを使用しない。

ＬａｉまたはＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される実施形態は、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことによってレンジングおよび散乱を緩和するシステムおよび方法を提供し、開示される構成により、屈折率整合材料を保持する容器に一体化されるマスクまたは干渉計の使用が可能となる。言い換えれば、容器の外部で干渉縞が生成されるＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される干渉計は、容器自体の中に一体化される。

また、ＬａｉおよびＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される実施形態は、刻印プロセスが展開するときに、屈折率整合材料の劣化または枯渇によるどんな損失も受けることなく、長い長さのファイバを屈折率整合材料の中を通すことを可能にする。さらに、本明細書で示される実施形態は、ファイバが屈折率整合材料内に入れられるとき、またはファイバが屈折率整合材料を出た後、ファイバおよび／またはその被覆に不完全性を導入する可能性を低減する。

本発明の概念の広さは、屈折率の原理の適切な理解がある場合にのみ理解することができる。具体的には、２つの媒質が異なる屈折率を有するとき、２つの媒質の界面で光が屈折するので、レンジング現象が生じる。これは、光が異なる媒質を異なる速度で伝播し、伝播速度は各媒質の屈折率に依存するからである。したがって、ファイバの曲率、および空気とファイバとの間の屈折率の違いが与えられたとすると、ファイバに照射する化学線ビームが、空気−ファイバ界面で屈折し、それによってレンジング現象が生じる。

さらに、屈折の程度は、２つの接する媒質の屈折率間の違いの程度に依存する。したがって、屈折率がかなり異なる場合、屈折の程度はより大きい。逆に、屈折率がほぼ同様である場合、屈折は少ない。したがって、２つの接する材料の屈折率を完璧に整合することができる範囲で、屈折を完全になくすことができる。

「屈折率整合材料」という語句は、文脈に基づいて何らかの異なるものを意味することがある。言い換えれば、屈折率整合材料は、特定の応用分野での屈折に関する所望の公差に基づいて異なることがある。例えば、絶対的に屈折のないことを必要とする応用分野では、屈折率整合材料は、厳密に同一の屈折率を有するものとなる。逆に、ある程度の屈折を許容する応用分野では、屈折率整合材料は単に、その公差レベル未満に屈折を低減するものとなる。ファイバがファイバ・クラッディングまたはコアとは同じではない屈折率の被覆を有することも可能である。この場合、屈折率整合材料は、例えば、被覆、クラッディング、その２つの平均、またはこれらの屈折率の何らかの他の所望の組合せに整合中でよい。一般には、屈折率整合材料の屈折率を設定することができ、その結果ファイバ内部の輝度変動は、ファイバが空気で取り囲まれる場合よりも低い。この場合、材料を、屈折率整合材料、またはファイバにほぼ屈折率整合され、または単に屈折率整合されたと呼ぶ。異なる屈折率整合材料の例が、図３Ａから１６を参照しながら以下で与えられる。特定の応用分野に対して必要な公差の程度を当業者は理解するであろうと言うだけにとどめておく。したがって、本開示は、「屈折率整合材料」を、その対応する応用分野に対して必要な範囲で屈折率の違いを低減するものと明白に定義する。

この屈折率の理解と共に、開示されるシステムおよび方法は、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことによってレンジング現象を緩和する。屈折率整合材料は、光ファイバ内の化学放射の輝度変動を低減するのに十分な屈折率を有する。許容できる公差に応じて、輝度変動の低減は、わずかな低減から大幅な低減まで及ぶことがある。屈折率整合材料は、一体化された干渉計と共に容器内に保持される。容器が、格子が光ファイバに書き込まれている間、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことを可能にし、容器自体に一体化されたマスク（例えば、位相マスク、振幅マスクなど）を有する限り、任意の方式で容器を構成することができる。

この大まかな説明から転じて、次に、レンジングおよび散乱を緩和する様々な実施形態のより細かい説明を与える図３Ａから１６を参照する。いくつかの実施形態がこれらの図面と関連して説明されるが、本明細書で開示される実施形態（複数可）に本開示を限定する意図はないことを理解されたい。それどころか、すべての代替実施形態、修正形態、および均等物を包含するものとする。

図３Ａおよび３Ｂは、レンジング現象を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。具体的には、図３Ａは、屈折率整合材料２０ａを保持する容器２２の側面図を示し、図３Ｂは、容器２２の断面図を示す。図が見やすいように、化学線ビームの方向は、図３Ａと図３Ｂの間で異なる。しかし、ファイバの方向に対して非平行である任意の角度で化学線ビームを導入できることを理解されたい。

図３Ａに示されるように、屈折率整合材料２０ａを保持する容器２２は、ここでは多心ファイバ１４として示される光ファイバ１４用の通路を備える。この通路により、光ファイバ１４が通路内に位置するとき、屈折率整合材料２０ａで光ファイバ１４を取り囲むことが可能となる。したがって、光ファイバ１４を通過する任意の化学放射２４は、必然的に屈折率整合材料２０ａを通過する。屈折率整合材料２０ａが光ファイバ１４と同一の屈折率を有する範囲で、化学放射２４は、光ファイバ１４と屈折率整合材料２０ａの境界で屈折を受けない。図３Ｂの多心ファイバ１４では、屈折率整合材料２０ａにより、化学放射２４は、レンジングなしに多心ファイバ１４の断面を通過し、それによって多心ファイバ１４内のコアのすべてを一様に照射する。

図４Ａおよび４Ｂは、レンジング現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す略図である。光ファイバ１４の屈折率と厳密に整合し、したがって境界での屈折を解消する屈折率整合材料２０ａを示す図３Ａおよび３Ｂとは異なり、図４Ａおよび４Ｂの実施形態は、光ファイバ１４の屈折率とほぼ整合し、それによって屈折を完全に解消するのではなく、境界での屈折を低減するだけである屈折率整合材料２０ｂを示す。したがって、図４Ａおよび４Ｂの実施形態では、コアは一様な照射を受けない。しかし、いくつかのコア１９がレンジングのために照射を完全に回避する図１Ａおよび１Ｂのファイバとは異なり、図４Ｂのコアは、屈折率の違いが低減されるために、化学線ビーム２４によって照射される。理解できるように、コアのすべてを単に照射することが目標である場合、屈折率整合材料は、光ファイバの屈折率と完璧に整合する必要はなく、コアのすべての照射を達成するのに十分な屈折の低減が必要なだけである。

図５Ａおよび５Ｂは、図２Ａおよび２Ｂで示されるような表面欠陥４５によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態を示す略図である。図５Ａおよび５Ｂの実施形態では、屈折率整合材料２０ｃは、水、油などの液体、あるいは光ファイバ、またはファイバが被覆を有する場合はファイバの被覆の屈折率とほぼ整合する屈折率を有する他の適切な液体である。したがって、光ファイバが液体屈折率整合材料２０ｃによって取り囲まれるとき、液体屈折率整合材料２０ｃは表面欠陥を充填し、それによって、欠陥４５によって引き起こされる可能性のある散乱を改善する。散乱緩和の程度は、屈折率が整合する程度に依存する。したがって、屈折率の厳密な整合の結果、表面欠陥による散乱を解消することができ、実質的な整合の結果、散乱が低減される。

図６Ａおよび６Ｂは、容器６２が毛管作用を介して容器６２内に液体屈折率整合材料２０ｃを保持するシステムの一実施形態を示す略図である。具体的には、図６Ａは側面図を示し、図６Ｂは断面図を示す。図６Ａに示されるように、容器６２は、フロント・プレート６４ａおよびバック・プレート６４ｂを備え、いくつかの実施形態では、フロント・プレート６４ａおよびバック・プレート６４ｂは水晶プレートである。２つのプレート６４ａ、６４ｂ（総称して６４）は、毛管力を介してギャップ内に液体屈折率整合材料２０ｃを維持することが可能となるように十分に小さいギャップで分離される。図６Ｂに示されるように、２つのプレート６４間のギャップはスペーサ６６によって維持される。

図７は、リールツーリール・ファイバ・フィード・システムを可能にする屈折率整合システムの別の実施形態を示す略図である。図６Ａおよび６Ｂを参照しながら論じたように、液体屈折率整合材料２０ｃが毛管作用を介して容器６２内に維持される場合、リールツーリール・ファイバ・フィード・システム７８を使用して、ギャップを通じて光ファイバ１４を導くことができる。このタイプのリールツーリール・システムは、光ファイバ１４がギャップを通過するときに複数の格子の刻印を可能にする。想像できるように、図７のシステムは、光ファイバ１４がギャップを通過するときに液体屈折率整合材料２０ｃが光ファイバ１４に付着する場合、容器６２からの液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇の影響を受けやすい。液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇を緩和する１つの方法は、図１５を参照して示されるように、液体屈折率整合材料２０ｃを補充することによるものである。

図１５は、光ファイバ１５１６が容器１５０２を通過するときに液体屈折率整合材料１５６０の補充を可能にする容器１５０２の一実施形態の断面図を示す略図である。具体的には、容器１５０２は、Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ」、米国特許第６９５８０９６号による被覆容器と同様である。したがって、ドロー・タワーが液体屈折率整合材料を保持する容器を組み込むように、ドロー・タワー上に補充システムを実装できることを理解されよう。そのような実施形態では、液体屈折率整合材料が少なくとも２つの特性、すなわち被覆を形成するように硬化できること、および屈折率に整合できることを有することを理解されたい。図１５に示されるように、容器１５０２は、チャンバ１５３２の上に位置決めされるオープン・カップ１５３０を備える。カップ１５３０の上部が上部容器開口１５１４を形成することがわかるであろう。カップカップ１５３０とチャンバ１５３２が、入口開口１５３４によって互いに連結される。入口開口１５３４とは反対側のチャンバ１５３２の底部に、出口開口１５３６が設けられる。

カップ１５３０、入口開口１５３４、チャンバ１５３２、および出口開口１５３６が共に液体経路１５３８を画定し、液体経路１５３８を沿って、液体によって取り囲まれるファイバ１５１６が容器１５０２内に移動し、容器１５０２を通じて移動し、容器１５０２の外に移動する。矢印１５５４で示されるように、液体屈折率整合材料１５６０が、入力ポート１５２２を通じてチャンバ１５３２に注入される。ニップルなどの適切な入力継手１５５０が、ポート１５２２内に取り付けられている。入口開口１５３４は、ファイバ１５１６が液体経路１５３８を下方に移動するとき、入口開口１５３４でファイバ１５１６の周りに十分なクリアランスがあり、液体屈折率整合材料１５６０がカップ１５３０内に上方に流れることが可能となるような寸法に作られる。矢印１５６２で示されるように、過剰な液体屈折率整合材料１５６０は、ドレイン・ポート１５２４を通じてカップ１５３０の外に流出する。図１５に示されるように、適切な出力継手１５５２が出力ポート１５２４内に取り付けられる。過剰な液体屈折率整合材料１５６０を、入力ポート１５２２に再び注入するために再循環することができる。

入口開口１５３４は、容器１５０２内のカップ１５３０とチャンバ１５３２との間に形成される第１の開口１５４２内に取り付けられる入口金型１５４０を使用して実装される。出口開口１５３６は、容器１５０２の外部に通じるチャンバ１５３２の底部の第２の開口１５４６内に取り付けられる形削り金型１５４４を使用して実装される。金型１５４０、１５４４を使用せずに入口開口１５３４および出口開口１５３６を容器１５０２内に直接的に形成することも可能となることに留意されたい。しかし、金型１５４０、１５４４は、いくつかの理由で有用である。第１に、金型１５４０、１５４４は、必要に応じて異なるサイズの開口１５３４、１５３６を使用することが可能にするので、柔軟性をもたらす。加えて、取外し可能な金型を使用することにより、容器１５０２の内部へのアクセスが実現され、それにより、洗浄または他の保守操作が容易となる。

矢印１５５６で示されるように、一定の量の液体屈折率整合材料１５６０が下方に流れ、出口開口１５３６を通じて外に流れ、ファイバ１５１６の周りを流れ、そこで液体屈折率整合材料１５６０は液体１５２０を形成する。矢印１５５８は、入口開口１５３４を通じて上方に流れ、ファイバ１５１６の周りを流れ、カップ１５３０内に流れる液体屈折率整合材料１５６０の逆流を示す。カップ１５３０の充填レベルは、容器１５０２の様々な要素の寸法、使用される液体屈折率整合材料１５６０の粘性、および液体屈折率整合材料１５６０がチャンバ１５３２内に導入される圧力を含むいくつかのパラメータに応じて変化することがある。

光ファイバ１５１６を化学線ビーム２４に露出するために、容器１５０２は、コンジット１５９６の内部端に位相マスク１５９８を有するビーム・コンジット１５９６を備える。したがって、光ファイバ１５１６は容器１５０２を通じて移動し、インターフェログラムが位相マスク１５９８によってそれから生成される入射化学線ビーム２４により、その光ファイバ１５１６に刻印することができる。図１５に示されるような補充システムを備える実施形態では、位相マスク以外の機構を使用して干渉縞を生成できることを理解されたい。例えば、ビーム・コンジットは、それらの間の角度をなして移動し、容器内部でインターフェログラムを形成する２つのビームを収容することができる。

チャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０は、大気圧より高い所定の誘導圧力を有する。チャンバ１５３２の適切な加圧は、液体屈折率整合材料１５６０がチャンバ１５３２内に注入されるとき、入口開口１５３４で流れに対する十分な抵抗があり、所望の静水圧がチャンバ１５３２内で増大することが可能となるように、入口開口１５３４に関する直径を選ぶことによって達成される。チャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０が加圧されるが、カップ１５３０内の液体屈折率整合材料１５６０の乱流が、管理できるレベルを超えないことが判明していることに留意されたい。

比較的大きい入口開口１５３４を使用することができ、したがってチャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０の静水圧の増大が比較的小さいことに留意されたい。ファイバ１５１６が開口１５３４を自由に通過することを可能にし、液体屈折率整合材料１５６０内の乱流を最小限に抑え、より小さい入口開口１５３４に関連して生じることのあるどんなセンタリング問題も回避するために、大きい入口開口１５３４が望ましいことがある。

光ファイバ１５１６が容器１５０２を通過するときに液体屈折率整合材料１５６０を補充することにより、格子刻印中に光ファイバ１５１６が液体屈折率整合材料１５６０によって取り囲まれることを確実にすることができる。さらに、図１５の容器１５０２を使用することにより、光ファイバ１５１６が引き出されているときに格子を刻印することが可能となることがある。

図１５と類似の補充システムを本発明の他の実施形態のいずれでも使用できることに留意されたい。

毛管作用によって屈折率整合液体を保持する容器に適した別の補充システムが、シリンジまたはドロッパを採用して、屈折率整合液体を容器内に導入する。過剰な屈折率整合液体は、重力によって容器から出る。

液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇を改善する別の手法が、図１６を参照して示される。具体的には、図１６は、液体屈折率整合材料２０ｃ用のコンテナを共に形成する４つの側壁１６０４および底部１６１０を有する垂直容器１６０２を含む。底部１６１０は位相マスク溝１６１２を備え、側壁１６０４は、光ファイバ１４が通過する入口穴１６０６および出口穴１６０８を備える。図１６の実施形態では、化学放射２４が、底部１６１０の位相マスク溝１６１２を通じて導入される。図が見やすいように、マスク後の回折ビームは図示されていない。液体レベルが所定のしきい値未満に降下したとき、容器１６０２を単に充填することによって液体屈折率整合材料２０ｃを補充することができる。容器が頂部壁１６２０をも有する場合、液体の上の真空力によって液体を定位置に保持することができる。頂部壁を有する実施形態では、液体屈折率整合材料を容器内に導入または補充するための機構１６３０、１６４０を考案することもできる。図１６は水平に位置する位相マスクを示すが、位相マスクは垂直に位置することも可能であることに留意されたい。図８から１０のように、溝は、容器の中および外に面することができ、その屈折率変動を維持するためにカバー・スリップを有することができる。

図８は、一体化された位相マスク８１ａを有する容器８２の一実施形態を示す略図である。図８に示されるように、容器８２は、バック・プレート８３および位相マスク８１ａを備え、液体屈折率整合材料２０ｃを好ましくは毛管作用によって保持するギャップ８５で互いに分離される。いくつかの実施形態では、位相マスク８１ａとバック・プレート８３はどちらも、光ファイバ１４または光ファイバ１４の被覆が存在する場合は被覆に対する実質的な損傷を伴わずにギャップ８５内の光ファイバ１４の移動を容易にする、面取りした縁部８６を有する。図８の実施形態では、位相マスク８１ａは、ギャップ８５の外側に面する歯（または溝）８７を備える。好ましくは、（ａ）位相マスク８１ａ上の歯８７が光ファイバ１４に接近し、（ｂ）位相マスク８１ａの厚さによる減衰またはひずみが最小となり、（ｃ）ビーム・コヒーレンスの損失が最小限に抑えられ、（ｄ）位相マスクの＋１次と−１次の両方ではなく、一方だけによって露光されるファイバの長さが最小限に抑えられるように、位相マスク８１ａは薄くあるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、位相マスク８１ａの厚さは、約０．１ｍｍから約５ｍｍの間である。

歯８７を光ファイバ１４に近づける１つの方法は、図９の実施形態に示されるように、歯８７をギャップ８５に対向させることによるものである。具体的には、図９は、一体化された位相マスク８１ｂを有する容器９２の一実施形態を示す略図であり、位相マスク８１ｂの歯がギャップ８５に面し、液体屈折率整合材料２０ｃと接触する。歯をギャップ８５（図８）の外側にするのではなく、ギャップ８５（図９）に対向させることにより、歯と光ファイバ１４との間の距離がさらに短縮される。しかし、図９の構成が適切に機能するためには、位相マスク８１ｂと液体屈折率整合材料２０ｃとの間の屈折率の違いがあるべきであるということを理解することができる。

図１０は、一体化された位相マスク８１ｃを有する容器１００２の一実施形態の略図を示し、位相マスク８１ｃの歯がギャップ８５に面するが、歯が、薄いＵＶ透過性カバー・プレート１００４によって液体屈折率整合材料２０ｃから分離される。図１０に示されるように、液体屈折率整合材料２０ｃは、カバー・プレート１００４とバック・プレートとの間に位置する。位相マスク８１ｃの歯の中に液体屈折率整合材料２０ｃが偶発的に漏れることを防止するために、位相マスク８１ｃをわずかに偏位させることができる。加えて、いくつかの実施形態では、反射防止被膜をカバー・プレート１００４に付着させることができる。さらに、後方反射をファイバから遠ざけるように、バック・プレートまたはフロント・プレート（あるいはその両方）に角度を付けることができる。

位相マスク自体に目を向けると、位相マスクにカバー・プレートを接着し、したがって溝（または歯）を完全に封止することも可能である。溝を封止することにより、次いで、封止済み位相マスクを液体屈折率整合材料に浸し、それでもなおインターフェログラムを生成する能力を維持することができる。その理由は液体屈折率整合材料がもはや位相マスクの溝を充填することができないからである。

代替実施形態では、プレートの表面の下に空洞または他の屈折率変調を形成することにより、封止済み位相マスクを製造することができる。例えば、プレートの表面を貫通し、プレート内の定義済み領域に影響を及ぼすことのできるフェムト秒ＩＲレーザ・パルスを使用して、これらの空洞または他の屈折率変調を形成することができる。そのような方法の結果、位相プレートの表面は大部分が依然として外乱を受けないと共に、位相マスクの屈折率の非一様性（例えば、溝、空洞、または他の屈折率変動）が位相プレートの表面の下で生成され、それによって封止済み位相マスクが作成される。一般には、封止済み位相マスクは、封止済み位相マスクの外面と同一の屈折率を有する材料内に配置されたときであっても、入力ビームからインターフェログラムを生成することになる。

図１１Ａおよび１１Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す略図である。具体的には、図１１Ａは、化学放射２４が容器１１０２の頂部から入る容器１１０２の側面図を示し、図１１Ｂは、化学放射２４が容器１１０２の側部から導入される容器１１０２の正面図を示す。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態では、液体屈折率整合材料２０ｃが容器１１０２内に保持され、光ファイバ１４が、プーリ・システム３０ａ、３０ｂ（総称して３０）を介して容器１１０２を通過する。プーリ・システムの目的は単に、ファイバを容器内に送ることができるようにファイバ軸の方向を変更することであることに留意されたい。当業者は理解するであろうが、異なる実施形態は、異なる数のプーリを採用することができる。別の実施形態では、プーリの代わりにロッドまたはクランプを使用することができる。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態では、インターフェログラム生成機構１１５０が、容器１１０２の外部に配置される。したがって、光ファイバ１４が容器１１０２を通過するとき、化学放射２４によって生成されるインターフェログラムが、ファイバ上に格子を刻印する。

図１２Ａおよび１２Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す略図である。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態とは異なり、図１２Ａおよび１２Ｂの実施形態は、容器１２０２内に位相マスク１２４０を位置させることによって容器１２０２に一体化される位相マスク１２４０を備え、それによって位相マスク１２４０が、刻印中の光ファイバ１４に近づけられる。図１１Ａおよび１１Ｂを参照してプーリ３０を説明する範囲で、プーリ・システムのより詳しい議論はここでは省略する。位相マスク１２４０が沈められる実施形態では、上述のように、封止済み位相マスクを使用することが好ましい。この場合も、溝の上にカバー・プレートを接着することにより、あるいはプレートの表面の下に溝または他の屈折率変調を作成することにより、封止済み位相マスクを製造することができる。

図１３Ａおよび１３Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す略図である。図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、および１２Ｂの実施形態とは異なり、図１３Ａの実施形態は、容器壁の一部を形成する位相マスク１３５０を示す。位相マスク１３５０を容器１３０２に直接的に一体化することにより、図１３Ａの実施形態は、図８から１０の実施形態と同様に機能する。図８から１０を参照して刻印機構を説明した範囲で、および図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、および１２Ｂを参照してプーリ・システムを説明した範囲で、図１３Ａを参照してのこうした機構のより詳しい議論は省略する。

図１３Ｂは、図１３Ａのシステムの側面図を示すが、化学線ビームが側部から導入される。理解できるように、図１３Ｂの実施形態では、位相マスク１３５０が、頂部パネル上ではなく側壁に一体化されるべきである。

図１４は、屈折率整合材料１２４が容器１４０２内の溝１２２の中に位置する、容器１４０２の一実施形態の断面図を示す略図である。容器１４０２および屈折率整合材料１２４の屈折率を光ファイバ１４の屈折率に整合させることにより、光ファイバ１４と屈折率整合材料１２４との間の境界、および屈折率整合材料１２４と容器１４０２との間の境界での反射または屈折を賢明に低減または除去することができる。

図３から１６は干渉計を通過する化学線ビームを示すが、化学線ビームに振幅マスクを通過させることも可能であることにも留意されたい。そのようなマスクでは、ビームの空間変調を形成するために、化学線ビームがマスクの一定部分についてブロックされる。この空間変調は、位相マスクからのインターフェログラムが格子を刻印するのとちょうど同様に、ファイバ・コア（複数可）内の格子を刻印することができる。例えば、格子の周期が化学線ビーム波長と比べて非常に長い場合、振幅マスクを使用して、ファイバ・コア内の長周期格子を刻印することができる。したがって、化学放射の周期は１ミクロン未満でよく、長周期格子（ＬＰＧ）の周期は１００ミクロンよりも長くてよい。そのような場合、振幅マスクは格子刻印に対してより効果的であることがあるが、それでもなお、ファイバ内部の輝度変動を低減する本明細書で教示される方法は、ＬＰＧを刻印する以前の方法に対する改良となる。

ファイバのコア（複数可）で非一様な露光またはゆっくりと変動する露光が望まれることも可能である。例えば、そのようなゆっくりと変動する露光または非一様な露光を使用して、ブラッグ格子をアポダイズし、あるいは所与のコア内の光の伝播を修正することができる。この場合も、特にオフセット・コア、非常に大きいコア、ツイスト・コア、または一般には複数のコアがあるとき、ファイバ断面にわたって輝度変動を低減することがやはり有用となろう。

この点で、好ましくは屈折率整合材料が、結合された被覆とファイバの界面のひずみを最大の量だけ低減する屈折率を有するべきであることに留意することには価値がある。あるいは、屈折率整合材料は、空気によって取り囲まれているファイバによって引き起こされるひずみよりもなにがしか小さいひずみまで、ひずみ全体を低減すべきである。実際には、このことは、化学線ビームを表す光線が可能な限り平行に近くなることを意味し、同様に、ビームの輝度プロファイルがファイバ全体にわたって可能な限り一様となることを意味する。したがって、（ファイバの断面にわたる）輝度変動が、屈折率整合材料を用いない場合よりも低くなるべきである。あるいは、化学インターフェログラムの輝度コントラストの変動が、屈折率整合材料を用いない場合よりも低くなるべきである。

実際には、被覆の屈折率がファイバ・クラッディングとは異なる場合、被覆とクラッディングの２つの屈折率の平均に等しい屈折率を有する屈折率整合材料を選ぶことができる。あるいは、ファイバ・クラッディングの屈折率に等しい屈折率を有する屈折率整合材料を選ぶことができる。さらに別の代替実施形態では、被覆とクラッディングのどちらの方が厚いかに応じて、または２つのうちのどちらが化学線ビームのより大きい屈折を引き起こすかに応じて、２つのうちのどちらかに整合するように屈折率整合材料を選ぶことができる。

何らかの制御された量の液体屈折率整合材料が容器の後にファイバ上にとどまることが可能であることにも留意されたい。そのような場合、液体屈折率整合材料用に選択される材料に応じて、液体屈折率整合材料をファイバ被覆としてさらに硬化させることができる。液体屈折率整合材料がファイバ上に被覆されるときに液体屈折率整合材料が容器からゆっくりと枯渇するような容器では、容器内の屈折率整合材料を補充することが望ましい。

これらの実施形態のうちのいくつかでは、容器の前または後あるいはその両方でファイバを洗浄するプロセスを設けることが望ましいことがあるということに留意すべきである。ファイバが屈折率整合材料と共に容器から出る場合、例えば、溶媒を伴う一対の（または一連の）吸収パッドを使用して、この材料を洗浄することができる。他の実施形態では、屈折率整合材料を保持する容器とほぼ同様に、洗浄物質（例えば、溶媒など）の容器、および場合によっては超音波処理または熱処理を通じて光ファイバを引き寄せることができる。

例示的実施形態を図示および説明したが、記載の開示に対するいくつかの変更、修正、または改変を行えることは当業者には明らかであろう。例えば、位相マスクが干渉計の特定の実施形態として示されるが、容器に一体化することのできる他の干渉生成機構も干渉計という用語の中で企図されることを理解されたい。加えて、例えば直接書込みシステム、振幅マスク・システム、超短パルス・レーザを使用することにより、様々な機構によって格子刻印を達成できることを理解されたい。すなわち、様々な実施形態で現れる位相マスクを振幅マスクで置き換えることができる。さらに、屈折率整合材料について水などの液体が開示されるが、屈折率整合材料を水、さらには液体に限定する必要はなく、ゲルまたは他の固体を含むことができることを理解されたい。したがって、材料が２つの媒質の境界で屈折を十分に低減する限り、屈折率整合材料について任意の材料を使用できることを理解されたい。さらに、液体屈折率整合材料は、ファイバの表面をぬらす材料でよく、その材料は、ファイバの表面中の欠陥がある場合にそれを取り囲むのに有用であることがある。あるいは、液体屈折率整合材料は、表面を全くぬらさない材料でよく、それによって、光ファイバの表面上に屈折率整合材料を残すことなく、屈折率整合材料を通じてファイバを引き寄せることが可能となる。加えて、ＵＶ放射が化学放射の一形態として列挙されるが、材料に応じて、化学放射は、材料の変化を引き起こす任意のタイプの放射でよいことを理解されたい。したがって、材料に応じて、化学放射は赤外線光、さらには可視光を包含することができる。したがって、すべてのそのような変更、修正、および改変は、本開示の範囲内にあるものとみなされるべきである。

Claims (21)

1. 光ファイバ上に格子を書き込むシステムであって、
   液体屈折率整合材料を保持する容器であって、前記液体屈折率整合材料が前記光ファイバに付着し、前記容器が、
   前記光ファイバがそれを通じて引き寄せられる通路であって、前記液体屈折率整合材料で前記光ファイバを取り囲み、前記光ファイバが、前記通路を通じて引き寄せられるときに前記液体屈折率整合材料で被覆される通路と、
   前記光ファイバが前記通路に入る入口と、
   前記液体屈折率整合材料で被覆された前記光ファイバが前記通路を出る出口と
   を備える容器と、
   前記容器に動作可能に結合されたリールツーリール・システムであって、前記通路を通じて前記光ファイバを引き寄せるリールツーリール・システムと、
   前記容器に動作可能に結合された補充システムであって、前記液体屈折率整合材料で前記容器を補充する補充システムと、
   前記出口に位置する出口洗浄システムであって、前記光ファイバが前記通路を出るときに、前記被覆された液体屈折率整合材料を前記光ファイバから除去する出口洗浄システムと
   を備えるシステム。
2. 前記入口に位置し、前記光ファイバが前記通路に入る前に前記光ファイバを洗浄する入口洗浄システムをさらに備える請求項１に記載のシステム。
3. 液体屈折率整合材料を保持する容器であって、前記光ファイバが前記液体屈折率整合材料によって取り囲まれるような前記光ファイバ用の通路を備える容器と、
   前記光ファイバ内で屈折率変調を生み出す屈折率変調機構と、
   前記液体屈折率整合材料を前記容器内に導入する入力と
   を備えるシステム。
4. 前記液体屈折率整合材料が前記容器から出る出力をさらに備える請求項３に記載のシステム。
5. 前記光ファイバが前記通路に入る入口と、
   前記光ファイバが前記通路を出る出口であって、前記光ファイバが前記液体屈折率整合材料で被覆される出口と
   をさらに備える請求項３に記載のシステム。
6. 前記ファイバを洗浄するクリーナをさらに備える請求項５に記載のシステム。
7. 前記クリーナが前記入口付近に位置する請求項６に記載のシステム。
8. 前記クリーナが前記出口付近に位置する請求項６に記載のシステム。
9. 前記クリーナが溶媒である請求項６に記載のシステム。
10. 前記クリーナが吸収パッドである請求項６に記載のシステム。
11. 前記クリーナが超音波である請求項６に記載のシステム。
12. 前記屈折率変調機構が、前記容器の外部に位置する請求項３に記載のシステム。
13. 前記屈折率変調機構が、前記容器の内部に位置する請求項３に記載のシステム。
14. 前記屈折率変調機構が、
    位相マスク、
    振幅マスク、
    化学放射のゆっくりと変動する露光、および
    一様な化学放射
    からなるグループから選択されたものである請求項３に記載のシステム。
15. 前記通路を通じて前記光ファイバを引き寄せるリールツーリール・システムをさらに備える請求項３に記載のシステム。
16. 前記屈折率変調機構が、前記光ファイバが前記通路を通じて引き寄せられるときに前記光ファイバをさらに露光する請求項１５に記載のシステム。
17. 前記屈折率変調機構が、前記光ファイバのコアに格子をさらに書き込む請求項１６に記載のシステム。
18. 前記光ファイバが、前記通路を通じて引き寄せられるときに前記液体屈折率整合材料で被覆される請求項１５に記載のシステム。
19. 前記格子が、前記通路の長さよりも長い前記光ファイバの長さに沿って書き込まれる請求項３に記載のシステム。
20. ドロー・タワーをさらに備え、前記ドロー・タワーが前記容器を組み込む請求項３に記載のシステム。
21. 前記液体屈折率整合材料が、前記光ファイバ上に被覆を形成するように硬化できる請求項３に記載のシステム。

Images