JP3371048B2 - 光誘起ブラッグ格子の形成方法 - Google Patents
光誘起ブラッグ格子の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光誘起ブラッグ回折
格子を形成する方法に関する。
格子を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光誘起ブラッグ格子は将来の電気通信シ
ステムにおいては受動部品として使用される。本質的
に、格子は光導波路、例えば、光ファイバの長さであ
り、この導波路においては、屈折率の周期的変動が導入
されている。これらの周期的な変動はブラッグ格子とし
て機能して、選択的に２倍間隔の波長を有する光を反射
する。このような格子はファイル、レーザキャビティの
規定及びマルチプレクサ及びデマルチプレクサにおける
要素として使用される。
ステムにおいては受動部品として使用される。本質的
に、格子は光導波路、例えば、光ファイバの長さであ
り、この導波路においては、屈折率の周期的変動が導入
されている。これらの周期的な変動はブラッグ格子とし
て機能して、選択的に２倍間隔の波長を有する光を反射
する。このような格子はファイル、レーザキャビティの
規定及びマルチプレクサ及びデマルチプレクサにおける
要素として使用される。
【０００３】光誘起ブラッグ格子は様々な方法で生成さ
れる。初期のアプローチはゲルマニウムガラス光ファイ
バの短い長さに反射表面を形成することであった。屈折
率摂動は最大強度で起こる。これについては、米国特許
第４４７４４２７号(KennethO. Hill et al)を参照のこ
と。第２のアプローチは、光ファイバのクラッドを介し
た２つの紫外線放射のビームを干渉させて、ゲルマニウ
ムドープガラスコアに沿って干渉パターンを形成するこ
とである。これに関しては、例えば、米国特許第４７２
５１１０号(Glenn et al.)を参照のこと。もう１つの方
法としては、振幅マスクを介してファイバコアの周期的
な領域に紫外線を照射することである。これに関して
は、米国特許第５３２７５１５号(D. Z. Anderson et a
l)を参照のこと。
れる。初期のアプローチはゲルマニウムガラス光ファイ
バの短い長さに反射表面を形成することであった。屈折
率摂動は最大強度で起こる。これについては、米国特許
第４４７４４２７号(KennethO. Hill et al)を参照のこ
と。第２のアプローチは、光ファイバのクラッドを介し
た２つの紫外線放射のビームを干渉させて、ゲルマニウ
ムドープガラスコアに沿って干渉パターンを形成するこ
とである。これに関しては、例えば、米国特許第４７２
５１１０号(Glenn et al.)を参照のこと。もう１つの方
法としては、振幅マスクを介してファイバコアの周期的
な領域に紫外線を照射することである。これに関して
は、米国特許第５３２７５１５号(D. Z. Anderson et a
l)を参照のこと。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した特許における光（ＵＶ）照射により変えられる屈折
率変化（米国特許出願第０７／８７８８０２号、現在米
国特許第５２８７４２７号）を、水素または重水素での
ガラス処理により強化する方法を提供することである。
した特許における光（ＵＶ）照射により変えられる屈折
率変化（米国特許出願第０７／８７８８０２号、現在米
国特許第５２８７４２７号）を、水素または重水素での
ガラス処理により強化する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本出願人は、水素または
重水素処理のガラス（以下では水素処理ガラスと総称す
る）は、光照射だけでなく、熱を加えることによって屈
折率を変えることもできる（米国特許出願第０８／０５
６３２９号）ことを開示した。本発明はさらに、水素処
理ガラスにおいて、別の屈折率の変化は熱及び光照射を
同時に加えることにより強化されることを開示する。
重水素処理のガラス（以下では水素処理ガラスと総称す
る）は、光照射だけでなく、熱を加えることによって屈
折率を変えることもできる（米国特許出願第０８／０５
６３２９号）ことを開示した。本発明はさらに、水素処
理ガラスにおいて、別の屈折率の変化は熱及び光照射を
同時に加えることにより強化されることを開示する。
【０００６】ガラス体の屈折領域の屈折率は選択的に水
素処理により増加し、そしてこの領域に同時に熱と光照
射を与える。好ましくは、ガラス体を１５０℃以上の温
度に加熱し、熱及び照射を同時に加える。その結果、照
射される領域の屈折率は長期的に５×１０-5を超えるよ
うになる。この処理により、様々な光導波路素子、例え
ば、光誘起ブラッグ格子を製造、調整することができ
る。
素処理により増加し、そしてこの領域に同時に熱と光照
射を与える。好ましくは、ガラス体を１５０℃以上の温
度に加熱し、熱及び照射を同時に加える。その結果、照
射される領域の屈折率は長期的に５×１０-5を超えるよ
うになる。この処理により、様々な光導波路素子、例え
ば、光誘起ブラッグ格子を製造、調整することができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１には、本発明によるガラス体
の局所的領域の屈折率を増加させる処理プロセスのステ
ップを示す。図１のＡに示す第１ステップは、ガラス体
の準備である。ガラス体は様々な形態をとることができ
る。このプロセスにおいて特に好ましい形態は図２と３
に示され、光ファイバ（図２）及び平面型光導波路素子
の基板保持薄膜（図３）を含む。好ましくは、ガラスは
ゲルマニウムでドープされた透明ガラス、例えば、Ｇｅ
Ｏ2ドープシリカである。ただし、本発明の方法は他の
種類のガラス、例えば、燐ドープシリカにも適用され
る。一般的に、シリカ中のＧｅＯ2の濃度は３−２０モ
ル％の範囲にあり、ＧｅＯ2の濃度が高いほど屈折率の
変化が大きい。一般的にシリカ中のＰ2Ｏ5の濃度は３−
１０モル％にある。
の局所的領域の屈折率を増加させる処理プロセスのステ
ップを示す。図１のＡに示す第１ステップは、ガラス体
の準備である。ガラス体は様々な形態をとることができ
る。このプロセスにおいて特に好ましい形態は図２と３
に示され、光ファイバ（図２）及び平面型光導波路素子
の基板保持薄膜（図３）を含む。好ましくは、ガラスは
ゲルマニウムでドープされた透明ガラス、例えば、Ｇｅ
Ｏ2ドープシリカである。ただし、本発明の方法は他の
種類のガラス、例えば、燐ドープシリカにも適用され
る。一般的に、シリカ中のＧｅＯ2の濃度は３−２０モ
ル％の範囲にあり、ＧｅＯ2の濃度が高いほど屈折率の
変化が大きい。一般的にシリカ中のＰ2Ｏ5の濃度は３−
１０モル％にある。
【０００８】図１のＢに示す第２ステップでは、水素
（または重水素）をガラス体に拡散する。拡散領域とし
ては少なくもとそこでの屈折率を増加させる領域であ
る。有効に拡散するために、拡散プロセスはガラスを１
４−１１０００ｐｓｉの圧力の水素または重水素にさら
すよう行われる。また、拡散は、２１−２５０℃の低温
で行われる。
（または重水素）をガラス体に拡散する。拡散領域とし
ては少なくもとそこでの屈折率を増加させる領域であ
る。有効に拡散するために、拡散プロセスはガラスを１
４−１１０００ｐｓｉの圧力の水素または重水素にさら
すよう行われる。また、拡散は、２１−２５０℃の低温
で行われる。
【０００９】拡散時間は処理されるガラスの温度及び厚
さに依存する。一般的に、標準サイズの光ファイバの拡
散時間は２１℃では約１２日間、１００℃では１０時間
程度である。もっと一般的に、Ｈ2に処理される必要な
時間はファイバ半径ｒの二乗ｒ2に比例し、ガラスにお
けるＨ2の拡散係数に反比例する。
さに依存する。一般的に、標準サイズの光ファイバの拡
散時間は２１℃では約１２日間、１００℃では１０時間
程度である。もっと一般的に、Ｈ2に処理される必要な
時間はファイバ半径ｒの二乗ｒ2に比例し、ガラスにお
けるＨ2の拡散係数に反比例する。
【００１０】照射誘起反応が一般的にガラス体の局所領
域のみで起こるため、周囲の領域から拡散可能なＨ2を
使用することができる。例えば、シングルモードファイ
バの場合、相当なＨ2はクラッド材料からＧｅＯ2ドープ
のコアに拡散することができ、それにより、最大屈折率
の変化はＨ2の濃度がＧｅＯ2の濃度より低い場合でも得
られる。これは、直接の関係ある反応は少なくともＧｅ
原子当たり１つのＨ原子に関連することが分かった。製
造において、平衡状態における拡散された水素の量は水
素の圧力にも依存し、指数因子exp[(2.07 kcal/mol)/R
T]にも依存する。
域のみで起こるため、周囲の領域から拡散可能なＨ2を
使用することができる。例えば、シングルモードファイ
バの場合、相当なＨ2はクラッド材料からＧｅＯ2ドープ
のコアに拡散することができ、それにより、最大屈折率
の変化はＨ2の濃度がＧｅＯ2の濃度より低い場合でも得
られる。これは、直接の関係ある反応は少なくともＧｅ
原子当たり１つのＨ原子に関連することが分かった。製
造において、平衡状態における拡散された水素の量は水
素の圧力にも依存し、指数因子exp[(2.07 kcal/mol)/R
T]にも依存する。
【００１１】図１のＣに示す第３ステップでは、水素拡
散したガラスを加熱すると同時に、光照射を屈折率の増
加しようとする領域に当てる。好ましくは、ガラスは急
速に１５０℃以上の温度に、さらに好ましくは２００−
４５０℃の温度範囲まで加熱される。ガラス体は高速昇
温に適するすべての方法で加熱される。好ましくは、Ｃ
Ｏ2レーザの赤外線照射による加熱である。加熱は全体
または局所で行われる。
散したガラスを加熱すると同時に、光照射を屈折率の増
加しようとする領域に当てる。好ましくは、ガラスは急
速に１５０℃以上の温度に、さらに好ましくは２００−
４５０℃の温度範囲まで加熱される。ガラス体は高速昇
温に適するすべての方法で加熱される。好ましくは、Ｃ
Ｏ2レーザの赤外線照射による加熱である。加熱は全体
または局所で行われる。
【００１２】好ましくは、光照射は紫外線照射、例え
ば、エキシマレーザからの照射である。同時照射の周期
はガラスからの水素の外方拡散の必要な周期より短い
（例えば、２５０℃では１４分間、４００℃では１．８
分間短い）。熱、または光照射またはその両方を長時間
に与えるが、屈折率に最低限の効果をもたらす場合のみ
に限定する。しかし、付加の加熱はＵＶ誘起屈折率の変
化の長期的な安定効果を強化することができる。
ば、エキシマレーザからの照射である。同時照射の周期
はガラスからの水素の外方拡散の必要な周期より短い
（例えば、２５０℃では１４分間、４００℃では１．８
分間短い）。熱、または光照射またはその両方を長時間
に与えるが、屈折率に最低限の効果をもたらす場合のみ
に限定する。しかし、付加の加熱はＵＶ誘起屈折率の変
化の長期的な安定効果を強化することができる。
【００１３】本発明の目的は好ましくは、ガラスファイ
バまたはガラス層の選択された部分の屈折率を増加させ
て、光導波路構造を形成、調整することである。一般的
に、光導波路は伸ばされたガラス構造を含み、この構造
には高い屈折率ガラスのコアと少なくともコアの周辺の
部分領域にある低い屈折率ガラスのクラッドを含む。コ
アの寸法は一般的に０．８−１．７μｍの光波長の長さ
方法での電磁放射の伝送に適するよう選択される。図２
には同心クラッド１２により包囲された管状コア１１を
有する光ファイバ１０の形で形成された導波路体を示
す。通信ファイバの場合、コアは一般的にゲルマニウム
ドープシリカである。図示されるように、前記ファイバ
の領域１３に熱を加える便利な方法は、線焦点ＣＯ2レ
ーザ１７から赤外線１６を加えることである。
バまたはガラス層の選択された部分の屈折率を増加させ
て、光導波路構造を形成、調整することである。一般的
に、光導波路は伸ばされたガラス構造を含み、この構造
には高い屈折率ガラスのコアと少なくともコアの周辺の
部分領域にある低い屈折率ガラスのクラッドを含む。コ
アの寸法は一般的に０．８−１．７μｍの光波長の長さ
方法での電磁放射の伝送に適するよう選択される。図２
には同心クラッド１２により包囲された管状コア１１を
有する光ファイバ１０の形で形成された導波路体を示
す。通信ファイバの場合、コアは一般的にゲルマニウム
ドープシリカである。図示されるように、前記ファイバ
の領域１３に熱を加える便利な方法は、線焦点ＣＯ2レ
ーザ１７から赤外線１６を加えることである。
【００１４】好ましい応用においては、光照射（例え
ば、ＵＶ照射）は周期性強度ピーク１５を持つパターン
の形で加熱された領域１３にＵＶ光源１４を同時に与え
て、光誘起格子を形成する。このようなパターン付き露
光は前述した米国特許第５２８７４２７号、第４７２５
１１０号、第５１０４２０９号及び第５３２７５１５号
に開示された干渉ビーム、振幅マスクまたは位相マスク
により得られる。
ば、ＵＶ照射）は周期性強度ピーク１５を持つパターン
の形で加熱された領域１３にＵＶ光源１４を同時に与え
て、光誘起格子を形成する。このようなパターン付き露
光は前述した米国特許第５２８７４２７号、第４７２５
１１０号、第５１０４２０９号及び第５３２７５１５号
に開示された干渉ビーム、振幅マスクまたは位相マスク
により得られる。
【００１５】図３は平面型導波路体を示し、この導波路
体には一般的に基板２０、この基板２０の上に配置され
た薄クラッド層２１、薄クラッド層２１の上のコアガラ
ス層２２と上部クラッド層２３を含む。通信に用いられ
る平面型導波路は一般的に燐ドープシリカコアを有す
る。従来の平面型導波路の基本構造はC. H. Henryらの
論文"Glass Waveguides On Silicon For Hybrid Optica
l Packaging"(7 J. Lightwave Technol., pp.1530-39,1
989)に記述された。一般的に、導波路の領域を規定する
ために、上部クラッドを加える前に、薄いストリップ状
のコア層を除いてすべてはエッチングされる。
体には一般的に基板２０、この基板２０の上に配置され
た薄クラッド層２１、薄クラッド層２１の上のコアガラ
ス層２２と上部クラッド層２３を含む。通信に用いられ
る平面型導波路は一般的に燐ドープシリカコアを有す
る。従来の平面型導波路の基本構造はC. H. Henryらの
論文"Glass Waveguides On Silicon For Hybrid Optica
l Packaging"(7 J. Lightwave Technol., pp.1530-39,1
989)に記述された。一般的に、導波路の領域を規定する
ために、上部クラッドを加える前に、薄いストリップ状
のコア層を除いてすべてはエッチングされる。
【００１６】図示されたように、平面型導波路構造の選
択された領域を加熱する便利な方法としては、例えば、
ＣＯ2レーザのようなレーザ２４を構造の部分２６に向
けて赤外線照射２５を与えることである。好ましい応用
においては、光照射（例えば、エキシマレーザからのＵ
Ｖ照射）は強度ピーク１５を持つパターンの形で加熱さ
れた領域２６にＵＶ光源１４を同時に与えて、光誘起格
子を形成する。他の有利な応用においては、均一なＵＶ
照射を導波路の加熱された領域または励起格子に与え
て、素子の平均屈折率を調整する。
択された領域を加熱する便利な方法としては、例えば、
ＣＯ2レーザのようなレーザ２４を構造の部分２６に向
けて赤外線照射２５を与えることである。好ましい応用
においては、光照射（例えば、エキシマレーザからのＵ
Ｖ照射）は強度ピーク１５を持つパターンの形で加熱さ
れた領域２６にＵＶ光源１４を同時に与えて、光誘起格
子を形成する。他の有利な応用においては、均一なＵＶ
照射を導波路の加熱された領域または励起格子に与え
て、素子の平均屈折率を調整する。
【００１７】本発明の操作及び応用については以下の実
施例で詳述する。実施例においては、光ファイバは分子
水素または重水素に入れられた。制御実験は水素拡散無
しの同一のファイバを用いて行われた。水素または重水
素拡散は一般的に４４０気圧、５０℃で約３−４日間行
われる。水素処理により、Ｈ2分子はガラスの間隙サイ
トに入る。ファイバにＵＶ照射または加熱を与えなけれ
ば、拡散プロセスはほぼ可逆的であり、室温において、
数日放置すると、ファイバからＨ2が外方拡散する。
施例で詳述する。実施例においては、光ファイバは分子
水素または重水素に入れられた。制御実験は水素拡散無
しの同一のファイバを用いて行われた。水素または重水
素拡散は一般的に４４０気圧、５０℃で約３−４日間行
われる。水素処理により、Ｈ2分子はガラスの間隙サイ
トに入る。ファイバにＵＶ照射または加熱を与えなけれ
ば、拡散プロセスはほぼ可逆的であり、室温において、
数日放置すると、ファイバからＨ2が外方拡散する。
【００１８】パルスのＵＶ照射は一般的に２４８ｎｍの
ＫｒＦレーザ操作を用いて行われる。レーザが１５ｎｓ
（ナノ秒）のパルスを生成し、一般的に２０Ｈｚの周波
数を有する。強度は一般的に１６０−４５０ｍＪ／ｃｍ
2／パルスであり、照射されるファイバの長さは約１０
−２５ｍｍである。ＣＷ紫外線照射に関連する実験はin
tracavity周波数（アルゴンレーザ操作の２倍）２４４
ｎｍ、約１５０ｍＷまでの出力パワーを使用した（Cohe
rent Innova 300 FReD）。パルス及びＣＷの２つの実験
に対して、ファイバの活性加熱は、ＵＶ照射とともに熱
空気ガンをファイバに向けることにより行われた。温度
は小さな熱電対をファイバの隣に配置することにより測
定された。照射の持続期間は高温における水素の拡散係
数により決められた。例えば、２５０℃の場合では、フ
ァイバコアからＨ2の外方拡散に必要な時間は約１４分
間であるが、たったの５分間でコアから約半分の水素が
出てしまう。ＵＶ照射は一般的にＨ2のファイバコアか
らの外方拡散に必要な時間よりも短い。
ＫｒＦレーザ操作を用いて行われる。レーザが１５ｎｓ
（ナノ秒）のパルスを生成し、一般的に２０Ｈｚの周波
数を有する。強度は一般的に１６０−４５０ｍＪ／ｃｍ
2／パルスであり、照射されるファイバの長さは約１０
−２５ｍｍである。ＣＷ紫外線照射に関連する実験はin
tracavity周波数（アルゴンレーザ操作の２倍）２４４
ｎｍ、約１５０ｍＷまでの出力パワーを使用した（Cohe
rent Innova 300 FReD）。パルス及びＣＷの２つの実験
に対して、ファイバの活性加熱は、ＵＶ照射とともに熱
空気ガンをファイバに向けることにより行われた。温度
は小さな熱電対をファイバの隣に配置することにより測
定された。照射の持続期間は高温における水素の拡散係
数により決められた。例えば、２５０℃の場合では、フ
ァイバコアからＨ2の外方拡散に必要な時間は約１４分
間であるが、たったの５分間でコアから約半分の水素が
出てしまう。ＵＶ照射は一般的にＨ2のファイバコアか
らの外方拡散に必要な時間よりも短い。
【００１９】ある場合には、損失変化はＵＶ照射におい
て観察された。過去の実験によると、導入されたＳｉ−
ＯＨレベルは誘起された屈折率の変化を評価するのに利
用されることが分かった。損失変化の測定は白光源また
はエッジ発光ＬＥＤのいずれか及び光スペクトルアナラ
イザを用いて行われた。
て観察された。過去の実験によると、導入されたＳｉ−
ＯＨレベルは誘起された屈折率の変化を評価するのに利
用されることが分かった。損失変化の測定は白光源また
はエッジ発光ＬＥＤのいずれか及び光スペクトルアナラ
イザを用いて行われた。
【００２０】屈折率の変化はヤックファイバプロファイ
ラにより測定された。実際においては、プロファイラは
約２×１０-4ほど小さい屈折率の変化を検出できる。屈
折率の変化が５×１０-4より小さい場合には、幾つかの
小さいサンプルを測定して、屈折率の変化を検証した。
ラにより測定された。実際においては、プロファイラは
約２×１０-4ほど小さい屈折率の変化を検出できる。屈
折率の変化が５×１０-4より小さい場合には、幾つかの
小さいサンプルを測定して、屈折率の変化を検証した。
【００２１】
実施例１−ＧｅＯ2ドープファイバ
標準のＡＴ＆Ｔ５Ｄシングルモードファイバのサンプル
が約３．４モル％のＨ2に露出された（ＳｉＯ2モル当た
りのＨ2のモル数）。ＵＶ照射の前に、ファイバコート
が除去され、ファイバがＫｒＦエキシマレーザのビーム
バスに配置された。第１実験においては、Ｈ2処理ファ
イバは約４３５ｍＪ／ｃｍ2／パルスの推測強度のＵＶ
照射を受けた。照射されたファイバの長さは２５ｍｍで
あった。熱（もし使用されれば）は３４０Ｗノズルを用
いたMaster-Mite熱ガンにより供給された。ノズルは約
２５ｍｍほどファイバから離れて、空気流は下向きにな
ってファイバに流れた。温度は約２５０℃であるが、Ｕ
Ｖ照射領域では大きな変動（±３０℃）があった。もう
１つのサンプルは何の直接加熱を受けずに照射を受け
た。図４は加熱及び未加熱のサンプルに対する時間によ
るＯＨ成長を示す。初期ＯＨ成長速度は加熱により顕著
に強化された。加熱サンプルの場合では、約３分間後、
ＯＨ成長はＧｅサイト及び溶解Ｈ2の２つの反応物が消
耗されることにより、飽和となる。Ｇｅサイトは反応の
進行につれて消耗され、Ｈ2は反応及び外方拡散により
ロスする。
が約３．４モル％のＨ2に露出された（ＳｉＯ2モル当た
りのＨ2のモル数）。ＵＶ照射の前に、ファイバコート
が除去され、ファイバがＫｒＦエキシマレーザのビーム
バスに配置された。第１実験においては、Ｈ2処理ファ
イバは約４３５ｍＪ／ｃｍ2／パルスの推測強度のＵＶ
照射を受けた。照射されたファイバの長さは２５ｍｍで
あった。熱（もし使用されれば）は３４０Ｗノズルを用
いたMaster-Mite熱ガンにより供給された。ノズルは約
２５ｍｍほどファイバから離れて、空気流は下向きにな
ってファイバに流れた。温度は約２５０℃であるが、Ｕ
Ｖ照射領域では大きな変動（±３０℃）があった。もう
１つのサンプルは何の直接加熱を受けずに照射を受け
た。図４は加熱及び未加熱のサンプルに対する時間によ
るＯＨ成長を示す。初期ＯＨ成長速度は加熱により顕著
に強化された。加熱サンプルの場合では、約３分間後、
ＯＨ成長はＧｅサイト及び溶解Ｈ2の２つの反応物が消
耗されることにより、飽和となる。Ｇｅサイトは反応の
進行につれて消耗され、Ｈ2は反応及び外方拡散により
ロスする。
【００２２】もう１つの実験においては、同様な５Ｄフ
ァイバを用いて、Ｈ2またはＤ2のいずれかを含めた。Ｕ
Ｖ強度は低く、約１７０ｍＪ／ｃｍ2／パルスで、ファ
イバは２５０及び４００℃に加熱された（この照射実験
では、前述した温度変動は減少された）。図５は加熱及
び未加熱のファイバに対する照射時間とＯＨの増加との
関係を示す。同様に、初期の速度は明らかに温度に強く
依存される。４００℃ファイバの場合のＯＨレベルは数
分間後飽和になるため、予測した９５％のＨ2がコアか
ら外方拡散するのに必要な１．８分間の時間とよく一致
した。２５０℃と４００℃での初期成長速度はそれぞ
れ、加熱されないファイバの速度より４．３倍と３２倍
ほど高い。この実験により得られたファイバの屈折率の
プロファイルはＵＶ照射の後に測定された。加熱されな
い、２５０℃と４００℃加熱されたファイバの屈折率の
増加はそれぞれ、０．００１１、０．００２２と０．０
０２８であった。
ァイバを用いて、Ｈ2またはＤ2のいずれかを含めた。Ｕ
Ｖ強度は低く、約１７０ｍＪ／ｃｍ2／パルスで、ファ
イバは２５０及び４００℃に加熱された（この照射実験
では、前述した温度変動は減少された）。図５は加熱及
び未加熱のファイバに対する照射時間とＯＨの増加との
関係を示す。同様に、初期の速度は明らかに温度に強く
依存される。４００℃ファイバの場合のＯＨレベルは数
分間後飽和になるため、予測した９５％のＨ2がコアか
ら外方拡散するのに必要な１．８分間の時間とよく一致
した。２５０℃と４００℃での初期成長速度はそれぞ
れ、加熱されないファイバの速度より４．３倍と３２倍
ほど高い。この実験により得られたファイバの屈折率の
プロファイルはＵＶ照射の後に測定された。加熱されな
い、２５０℃と４００℃加熱されたファイバの屈折率の
増加はそれぞれ、０．００１１、０．００２２と０．０
０２８であった。
【００２３】重水素を用いた同様な実験が５Ｄファイバ
に対して行なわれた。この実験の場合では、ＯＤの付帯
的な意味は反応の範囲をモニタするのに使用されない。
それは、吸収波長（１．９μｍ）は測定範囲外にあるか
らである。その代わりに、可視波長範囲の損失変化がモ
ニタされた。同様な照射条件において、Ｈ2処理ファイ
バと同様に、Ｄ2処理ファイバの損失と時間の関係が観
察された。Ｈ2処理ファイバの場合と同様に、ＵＶ照射
における加熱は損失増大（可視範囲）の速度の大きな増
加を引き起こし、最終的に屈折率の変化を誘起した。図
６と７はＵＶ照射を受けるとともに直接に加熱されな
い、及び２５０℃、４００℃で加熱されたファイバに関
する損失変化及び屈折率プロファイルを示す。ＧｅＯド
ープＭＣＶＤ堆積クラッド（５＜ｒ＜１２μｍ）の屈折
率が４００℃に加熱されるサンプルの場合、顕著な増加
を示したが、直接に加熱を受けないＵＶ照射のサンプル
の場合、その変化が小さいか、またはない状態であっ
た。恐らく、ライトドープクラッドにおけるＤ2の反応
速度は加熱されない場合では非常に低くて、クラッドの
屈折率の変化は測定限界以下となった。
に対して行なわれた。この実験の場合では、ＯＤの付帯
的な意味は反応の範囲をモニタするのに使用されない。
それは、吸収波長（１．９μｍ）は測定範囲外にあるか
らである。その代わりに、可視波長範囲の損失変化がモ
ニタされた。同様な照射条件において、Ｈ2処理ファイ
バと同様に、Ｄ2処理ファイバの損失と時間の関係が観
察された。Ｈ2処理ファイバの場合と同様に、ＵＶ照射
における加熱は損失増大（可視範囲）の速度の大きな増
加を引き起こし、最終的に屈折率の変化を誘起した。図
６と７はＵＶ照射を受けるとともに直接に加熱されな
い、及び２５０℃、４００℃で加熱されたファイバに関
する損失変化及び屈折率プロファイルを示す。ＧｅＯド
ープＭＣＶＤ堆積クラッド（５＜ｒ＜１２μｍ）の屈折
率が４００℃に加熱されるサンプルの場合、顕著な増加
を示したが、直接に加熱を受けないＵＶ照射のサンプル
の場合、その変化が小さいか、またはない状態であっ
た。恐らく、ライトドープクラッドにおけるＤ2の反応
速度は加熱されない場合では非常に低くて、クラッドの
屈折率の変化は測定限界以下となった。
【００２４】熱のみではファイバの反応性を増加させる
ことができないことを検証するために、Ｈ2処理５Ｄフ
ァイバを、ＵＶ照射は与えずに、２５０℃と４００℃の
熱空気ガンに当てた。損失変化は広いスペクトル範囲
（４００−１７００ｎｍ）にわたって観察された。最初
の３０秒においては、ＯＨ吸収波長（１．３９μｍ）で
小さな損失変化があったが、一般的に０．１５ｄＢ／ｃ
ｍよりも小さい。さらに加熱してもこれ以上の損失増加
が見られなかった。このほかのスペクトル上の損失変化
がほとんど観察されなかった。ファイバの屈折率プロフ
ァイルが測定されなかったが、このような非常に小さな
ＯＨ増加及び可視波長に見られなかったすべての損失変
化により、測定限度以上の屈折率の変化は予想されな
い。
ことができないことを検証するために、Ｈ2処理５Ｄフ
ァイバを、ＵＶ照射は与えずに、２５０℃と４００℃の
熱空気ガンに当てた。損失変化は広いスペクトル範囲
（４００−１７００ｎｍ）にわたって観察された。最初
の３０秒においては、ＯＨ吸収波長（１．３９μｍ）で
小さな損失変化があったが、一般的に０．１５ｄＢ／ｃ
ｍよりも小さい。さらに加熱してもこれ以上の損失増加
が見られなかった。このほかのスペクトル上の損失変化
がほとんど観察されなかった。ファイバの屈折率プロフ
ァイルが測定されなかったが、このような非常に小さな
ＯＨ増加及び可視波長に見られなかったすべての損失変
化により、測定限度以上の屈折率の変化は予想されな
い。
【００２５】実施例２−ＧｅＯ2ドープファイバのＣＷ
照射 Ｈ2処理のファイバは焦点の絞りされたＣＷビームに照
射され、最初では補足の加熱が一切なく、そして２５０
℃の熱ガンで直接加熱された。実験後、損失の変化、特
にＯＨに起因した変化は白光源及びスペクトルアナライ
ザを用いて観察された。図８はＨ2処理の係属運搬体（t
ethered vehicle）ファイバが１ｍｍ×１５０μｍの集
光されたスポットに１２０ｍＷ、２４４ｎｍのＣＷ照射
を受ける場合のＯＨ成長を示す。加熱されない場合、Ｏ
Ｈは１０分で約０．５６ｄＢ／ｍｍのピークが現れ、お
よそ０．０６ｄＢ／ｍｍ／ｍｉｎの速度が得られる。照
射後、ファイバの同一断面は引き続きのＵＶ照射ととも
に約２５０℃に加熱された。１５秒以内にはＯＨピーク
は１．０ｄＢ／ｍｍに上がり、ＵＶ照射のみによるレベ
ルより０．４６ｄＢ／ｍｍの増加を引き起こし、ファイ
バの断面におよそ１．８４ｄＢ／ｍｍ／ｍｉｎの速度が
得られた。ただし、この場合、ファイバ断面の反応のＧ
ｅサイトの消耗が既に大きく進んでいた。同様な結果は
tethered vehicleファイバのほかの断面及びＨ2処理の
５Ｄファイバに得られた。
照射 Ｈ2処理のファイバは焦点の絞りされたＣＷビームに照
射され、最初では補足の加熱が一切なく、そして２５０
℃の熱ガンで直接加熱された。実験後、損失の変化、特
にＯＨに起因した変化は白光源及びスペクトルアナライ
ザを用いて観察された。図８はＨ2処理の係属運搬体（t
ethered vehicle）ファイバが１ｍｍ×１５０μｍの集
光されたスポットに１２０ｍＷ、２４４ｎｍのＣＷ照射
を受ける場合のＯＨ成長を示す。加熱されない場合、Ｏ
Ｈは１０分で約０．５６ｄＢ／ｍｍのピークが現れ、お
よそ０．０６ｄＢ／ｍｍ／ｍｉｎの速度が得られる。照
射後、ファイバの同一断面は引き続きのＵＶ照射ととも
に約２５０℃に加熱された。１５秒以内にはＯＨピーク
は１．０ｄＢ／ｍｍに上がり、ＵＶ照射のみによるレベ
ルより０．４６ｄＢ／ｍｍの増加を引き起こし、ファイ
バの断面におよそ１．８４ｄＢ／ｍｍ／ｍｉｎの速度が
得られた。ただし、この場合、ファイバ断面の反応のＧ
ｅサイトの消耗が既に大きく進んでいた。同様な結果は
tethered vehicleファイバのほかの断面及びＨ2処理の
５Ｄファイバに得られた。
【００２６】実施例３−Ｐ2Ｏ5ドープファイバ
単にＰ2Ｏ5でドープされたマルチモードファイバは水素
処理とＵＶ照射（２４８ｎｍ）を受けた。また、処理と
同時に加熱する、及び加熱しないという両方の方法を行
った。加熱する場合、２５０と４００℃をそれぞれ用い
た。ＵＶ照射に加熱を与えないサンプルの場合では、屈
折率の変化は検出限界以下となった。しかし、ＵＶ照射
とともに加熱されたサンプルの場合では、２５０と４０
０℃の温度でそれぞれ０．０００４から０．０００７と
いう屈折率の増加が得られた。図９にはＵＶ照射中に４
００℃に加熱された場合、Ｐ2Ｏ5ドープコアのサンプル
における明確な屈折率の増加を示す。Ｐ2Ｏ5ドープガラ
スは数値的にＧｅＯ2ドープガラスと同様な挙動を示
す。すなわち、両方とも熱強化のＵＶ光感性を示す。
処理とＵＶ照射（２４８ｎｍ）を受けた。また、処理と
同時に加熱する、及び加熱しないという両方の方法を行
った。加熱する場合、２５０と４００℃をそれぞれ用い
た。ＵＶ照射に加熱を与えないサンプルの場合では、屈
折率の変化は検出限界以下となった。しかし、ＵＶ照射
とともに加熱されたサンプルの場合では、２５０と４０
０℃の温度でそれぞれ０．０００４から０．０００７と
いう屈折率の増加が得られた。図９にはＵＶ照射中に４
００℃に加熱された場合、Ｐ2Ｏ5ドープコアのサンプル
における明確な屈折率の増加を示す。Ｐ2Ｏ5ドープガラ
スは数値的にＧｅＯ2ドープガラスと同様な挙動を示
す。すなわち、両方とも熱強化のＵＶ光感性を示す。
【００２７】前述したサンプルにおいては、熱と光照射
のソースが分離した形で提供された。別法として、ガラ
スは遷移金属ドーパント、例えば、クロム酸化物により
ドープされる。クロム酸化物は紫外線照射を吸収して、
居所的な加熱が実現される。このようになると、単一の
紫外線ソースのみで同時に加熱と光照射の両方を提供で
きる。
のソースが分離した形で提供された。別法として、ガラ
スは遷移金属ドーパント、例えば、クロム酸化物により
ドープされる。クロム酸化物は紫外線照射を吸収して、
居所的な加熱が実現される。このようになると、単一の
紫外線ソースのみで同時に加熱と光照射の両方を提供で
きる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の熱及び光照
射の方法では、水素処理中のガラスの屈折率の増加を強
化することができ、光誘起ブラッグ格子のような様々な
光導波路素子の形成及び調整に利用される。
射の方法では、水素処理中のガラスの屈折率の増加を強
化することができ、光誘起ブラッグ格子のような様々な
光導波路素子の形成及び調整に利用される。
【図１】本発明によるガラス体の部分の回折の屈折率を
増加させるプロセスのステップを表すブロック図。
増加させるプロセスのステップを表すブロック図。
【図２】ガラス体に対して図１のプロセスを適用するこ
とを表す図。
とを表す図。
【図３】ガラス体に対して図１のプロセスを適用するこ
とを表す図。
とを表す図。
【図４】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
【図５】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
【図６】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
【図７】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
【図８】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
【図９】回折の屈折率を変える効果を示すグラフであ
る。
る。
１０ 光ファイバ
１１ 管状コア
１２ 同心クラッド
１３ 領域
１４ ＵＶ光源
１５ 周期性強度ピーク
１６ 赤外線
１７ 線焦点ＣＯ2レーザ
２０ 基板
２１ 薄クラッド層
２２ コアガラス層
２３ 上部クラッド層
２４ レーザ
２５ 赤外線照射
２６ 部分
フロントページの続き
(72)発明者 ウィリアム アルフレッド リード
アメリカ合衆国，07901 ニュージャー
ジー，サミット，ブラックバーン ロー
ド 143
(72)発明者 アシシュ マドハッカー ベングサーカ
ー
アメリカ合衆国，07928 ニュージャー
ジー，チャタム，ヒッコリー プレイス
25，アパートメント ビー 12
(56)参考文献 特開 平６−118257（ＪＰ，Ａ)
Ｒ．Ｍ．Ａｔｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ,
Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｅｎｈａ
ｎｃｅｄ ＵＶ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｉｔｙ ｖｉａ ｈｙｄｒｏｇｅ
ｎ ｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｇｅｒｍａ
ｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓｅ
ｓ，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴ
ＥＲＳ，1993年７月８日，ｖｏｌ．29
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Ｂ．Ｍａｌｏ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｏｔ
ｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｐｈ
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ｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ＡＰＰ
ＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥ
ＲＳ，1994年７月25日，ｖｏｌ．65 ｎ
ｏ．４，ｐ．394−396
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C03C 15/00 - 23/00
G02B 6/00 - 6/22
C03B 8/04
C03B 20/00
C03B 32/00
C03B 37/00 - 37/16
ＷＰＩ
Claims (9)
- 【請求項１】 （Ａ）ガラスからなる実体を準備する準
備ステップと、 （Ｂ）前記ガラス体の少なくとも選択された部分に水素
または重水素を拡散する拡散ステップと、 （Ｃ）少なくとも前記選択された部分を２００℃以上４
５０℃以下の温度に加熱し、また同時に前記選択された
部分に紫外線を照射して、屈折率を少なくとも５×１０
−５増加させる加熱及び紫外線照射ステップを含むこと
を特徴とするガラス体の選択された部分の屈折率の増加
方法。 - 【請求項２】 前記ガラス体は、光ファイバであること
を特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記ガラス体は、平面型導波路光ファイ
バであることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記拡散は、前記ガラスを１４ｐｓｉ
（９６．６ｋＰａ）−１１０００ｐｓｉ（７５９００ｋ
Ｐａ）の圧力の水素または重水素にさらすよう行われる
ことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項５】 前記ガラス体は、ＧｅＯ２ドープシリカ
を含むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項６】 前記ガラス体は、Ｐ２Ｏ５ドープシリカ
を含むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項７】 前記紫外線照射は、ブラッグ格子を規定
するために、間隔の強度ピークの線形シーケンスを用い
るよう行われることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項８】 前記紫外線照射を非連続的に、前記加熱
を連続的に行うことにより、素子の安定性を強化するこ
とを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項９】 前記加熱は、赤外レーザ照射により行わ
れることを特徴とする請求項１の方法。
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