JPH04288510A - 光を反射させる埋め込み型ブラッグ回折格子を有する光導波路構成と埋め込み型ブラッグ回折格子を有する光導波路及びその製法 - Google Patents
光を反射させる埋め込み型ブラッグ回折格子を有する光導波路構成と埋め込み型ブラッグ回折格子を有する光導波路及びその製法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に関連し、特に光の向きを変えるブラッグ回折格子を内
部に設けた光導波路、とりわけファイバー、このような
光導波路を利用した光学システム、およびこのような光
導波路を製造する方法に関連する。
挿入したり、別の中間位置から光を取り出したりするた
めに、導波路の内部に回折格子加工を施した構成が光フ
ァイバーを含む種々の光導波路において知られている。 例えば、Aberson Jr.らの特許で1988年
6月7日発行の米国特許第4,749,248号は、単
一モードの光ファイバーから放射を取り出したり、また
は単一モードの光ファイバーへ放射を送入するためのデ
バイスを開示している。この特許は、光ファイバーの少
なくともコア部分において適当な周期性の間隔を持つ回
折格子を形成することによって光ファイバー内の導波モ
ードをトンネリング漏洩モードに変換したり、またはこ
の逆の変換をすることが可能であること、及びガイドモ
ードを漏洩モードに変換することによってガイドモード
をファイバーのコア部分からクラッディングへ移動させ
て最終的にはファイバー全体から移動させるか、または
ファイバーの外部からの適当な波長の光を回折格子の方
へ向けてファイバーのクラッディング内で伝達させ回折
格子によってファイバーコア内の導波モードに変換する
ことによって、適当な波長の光をコア内に送入してここ
に導波モードを形成することが可能であることを開示し
ている。この発明では、回折格子は機械的に、若しくは
光弾性効果または光屈折効果を利用して形成することが
でき、いずれの場合にもこの回折格子は或る同一の光学
的性質を持ったファイバーのコア領域が光ファイバーの
縦方向の軸に対して垂直に配置するよう形成されること
が開示されている。
種の応用に対しては満足のゆく結果が得られるが、光フ
ァイバーから取り出し、または送入する光のパワーに非
常に大きな損失を生じるという重大な欠点がある。この
理由は、少なくとも部分的には次の事実に帰することが
できる。すなわち、回折格子がコアの縦軸に垂直に配置
されているので導波モードから漏洩モードへの変換およ
び漏洩モードから導波路モードへの変換がファイバーの
軸の回りで一様な分布で起こり、このためファイバーか
ら光を取り出すのにこの方式を使用するときは漏洩モー
ドの主要部分は検出用装置によっては捕えられず、また
クラッディングモード及びこのモードの回折格子におけ
る導波コアモードへの変換によってコア内へ光を送入す
るのにこの方式を使用するときは、大部分の漏洩モード
はファイバーのコアをバイパスする。
8年2月16日出願発行の米国特許第4,725,11
0号より、ファイバーの軸に対する相対角が互いに18
0度の補角である2つの角度となるようにして光ファイ
バーに向けられた2つのコヒーレントな紫外線ビームの
干渉縞を、クラッディングを通してファイバーのコアに
、照射することによって、周期的な回折格子を光ファイ
バーのコアに形成させうることが、既に知られている。 こうすると回折格子はファイバーの軸に垂直な方向を向
くため、この回折格子はファイバーコアの中を伝達方向
に向かって導かれて伝達されるように発せられた光のう
ちで非常にせまい範囲の波長を持つものだけをファイバ
ーの軸に沿って元々の伝達方向とは反対の方向に反射し
、このように反射された光はコアの中を元々の光がファ
イバー内へ発せられた位置へと導かれる。一方、この回
折格子は、前述の狭い帯域幅以外の波長の光に対しては
透明であり、このような光の進行方向への伝達に対して
は影響を与えない。このような方式は次の様な制限があ
ることがわかる。すなわちこのような方式は、ファイバ
ーの端部以外の任意の位置においてある程度以上の量の
光を取り出したり、またはファイバー内へ送ったりする
ことには適していない。
来の技術の欠点を回避することである。
ディレクトする構成を有する光導波路であって、この種
のタイプの周知の構成のものに伴う欠点のないものを提
供することである。
アとコアの外側に延び焦点または焦点領域を通過する空
間的に制限された経路との間の制限された範囲内におい
て、所定の波長の光の効率の高い転換を得るような方法
で、ここで考慮するタイプの、光の向きを変える構成を
開発することである。
の回折格子を埋め込んだ光導波路を利用した光学系を工
夫することであり、この光学系は光導波路へ送入する際
の、および導波路から取り出す際の光の転換を効率的に
するとともに、このような光の焦点合わせをするのに役
立つものとする。
製造コストが安く、使用が容易で、動作の信頼性が高く
なるように上述のタイプの光学系を設計することである
。
内に埋込型のタップを形成する、効率及び信頼性の高い
方法を開発することである。
下に明らかにする目的を達成するための、本発明の一つ
の特徴は光導波路の光をリディレクトする構成にある。 この構成には少なくとも2つの離れた端部が含まれ、所
定の軸に沿って延びている第1の経路内において端部間
で光を導くことができる固体材料の導波路部分を含んで
いる。本発明においては、少なくとも一つの回折格子領
域が、端部から離れた位置における導波路部分に埋め込
まれており、また多数の回折格子素子を有し、この回折
格子素子は、軸方向で見た場合に互いにある間隔で延在
するとともに、第1の経路と少なくとも一つの第2の経
路との間でリディレクトする軸に対して回折格子素子は
傾いており、この第2の経路は傾いた各度に依存する軸
に関連した角度で導波路の外側に延在している。さらに
第1の光学手段が設けられ、これは第1及び第2の経路
のうちの一方に光を導くとともに、回折格子素子によっ
て他方の経路の方に光の方向を同位相にして転換するた
めに光を回折格子領域に導く、この光は回折格子素子の
間隔の関係で決まるある波長を中心とする狭い範囲の波
長に限定される。そして第2の経路内を伝達する光を捕
捉するための第2の光学手段を有している。
を形成する方法である。これは、導波路部分にコヒーレ
ントな2つの紫外線ビームの干渉縞を照射し、これらの
ビームの導波路部分の縦軸に対する角度を、干渉縞の縞
模様(例えば強度のピーク)が導波路の部分に上述の傾
きの角度で当たるように選び、縞模様の強度によって導
波路部分の屈折率に永久的な変異を起こさせ、これによ
って上述の回折格子素子を形成する。
特に光ファイバーへとつながり、これには少なくとも上
述の光をリディレクトする、上述の本発明の方法を用い
て製造された回折格子領域を持っている。
細に説明する。
導波路を特定する。光導波路10は光ファイバーを構成
するものとして示されており、この中で相対的に短い縦
方向の部分だけが図示されており、ファイバーコア11
とファイバーコアを囲むファイバークラッディング12
とから成っている。
軸方向に対して同じ傾斜角αで並ぶ複数の回折格子素子
14を備える回折格子領域13がある。この複数の回折
格子素子14は、それぞれ互いに、前記光ファイバー1
0軸方向に同じ距離間隔を置いて設けてある。
前記回折格子素子14を形成する好ましい方法を、図2
を参照して説明する。
、本発明の背景を理解しかつ本発明によりもたらされる
改良並びに効果を指摘するのに必要な内容を言及するた
めに組み入れた前述の米国特許第4,725,110号
明細書に開示された方法に基づいている。
10のコアは、一連の傾斜した埋め込み型ブラッグリデ
ィレクト回折格子素子14を備えており、そのコアに書
き込んだり、刻印したり、他の方法を用いたり、埋め込
みしたりすることのできる回折格子素子14を保持し得
る、ゲルマニウムをドープした石英ガラスまたは類似の
ガラスであることが望ましい。
傾斜回折格子素子を2本の紫外線放射ビームの干渉縞を
適用することによって形成することである。このように
紫外線放射を照射することによりコア11内に恒久的な
屈折率の小変化を起こし、周期的間隔にならんだ回折格
子素子が形成される。
スを利用して、コア材料の紫外線吸収バンドの光をファ
イバー10に照射することによって形成される。図2で
簡単に示すように、特定の回折格子素子間隔aを持つ回
折格子領域13は、クラッディング12を介しかつその
クラッディングに影響することなく側面からコア11を
照射することによって形成することが望ましい。さらに
、2つのコヒーレントな入射ビーム15および16が基
準面に対し入射角θ1およびθ2の状態で光ファイバー
10に入射する。この入射角θ1およびθ2の状態は、
前述した角度αで光ファイバー10へ入射しかつ通過す
る干渉入射ビーム15および16の干渉から生じる干渉
縞が最高強度に達するようになっている。前記間隔aお
よび角度αは、選択された紫外線放射の波長に応じて入
射角θ1およびθ2を適切に変化させることによって選
定される。
屈折率の永久的変化をもたらし回折格子領域に到達した
光をリディレクトさせる位相回折格子効果を生み出して
いる。
差している。この角度は、図2に示す通りであるが、基
準面あるいは一般的に言えば前述した交差線を含む他の
面に対してこの角度が設けられれば同様の効果が期待で
きる。
放射を照射することによりコア11の回折格子領域13
での周期的な小変化の生成あるいは回折格子素子14を
形成するために本発明で駆使する配列を図2で詳細に説
明する。
よび16の入射角θ1およびθ2によって決定され、か
つ紫外線放射の波長に依存する。図2で示すように、前
記ビーム15および16の入射角θ1およびθ2は、基
準面に対して補角をなすものであり(すなわち、その合
計が180度に等しい)、このビーム15および16が
基準面に対し直角に左右対称に伝播するので、干渉縞の
強度ピークは光ファイバー10を介して伸び、その結果
として、回折格子素子14が、基準面に対して直交する
方向かつ光ファイバーコアに対して前記の角度αでコア
11内に書き込まれる。
6は、紫外線放射源18により発せられたシングルビー
ム17が、ビームスプリッタ(分割器)21によって図
式的に分割され、その一方は(ビーム成分19として)
通過し、また、他方は(反射ビーム成分20として)反
射する。この通過および反射ビーム成分19および20
が、さらに、入射ビーム15および16を構成するため
に平行に離設された反射器22および23によって反射
する。また、コア11上での入射ビーム15および16
の入射角θ1およびθ2は、反射器22と23間の距離
の加減やビーム分割器21でビーム17の入射角を変化
させることにより調節できるようになっている。
ると、連鎖した回折格子素子14が回折格子領域13に
わたって等間隔aを置いて出現するが、ファイバーコア
11における回折格子領域13の両側の所では欠けてい
くようになっている。
いは送入されることを意味し、コア11は、回折格子領
域13のところで光ファイバー10の中または外へリデ
ィレクトし、全体的には回折格子領域13内である、光
ファイバー10の何拠ででもないので、不必要かつ所望
しない高い光エネルギーの消耗を回避する。
はコア11へ送入された光のごく少量は、回折格子素子
14の存在に起因する屈折率変化の結果として各回折格
子素子14によりリディレクトされる。したがって、ク
ラッディング12を経て、光ファイバー10を離れる光
、または軸方向からコア11へ送入される光はそれぞれ
回折格子素子14による集積効果により相当量の光量が
リディレクトされる。その波長は中心値λ付近のごく狭
い範囲であって図1の矢印Rλによって示されるように
リディレクトビーム24の形で、回折格子素子14の間
隔のaに所定比率をかけたものである。
子14のいずれか一つでリディレクトする非常に狭い範
囲の光線は、回折格子素子14の他のいずれかでリディ
レクトする光線と同じ位相関係にあり、この集積された
光線24は、図1に破線25で示すように本質的に平坦
な波面を有しているので、逃げ出すリディレクトした光
線は、破壊的な干渉や回折に対しても失われることはな
い。また、この逃げ出すリディレクト光線24は、傾斜
角αによって決められた方向に沿って光ファイバー10
の外側へ放射されるが、光ファイバー10のまわりとい
うよりはむしろ円周方向へ送られる。これは、逃げ出す
光線の捕獲を容易にし、かつ実際に捕獲された光線の割
合を増加させる。
ると、全回折格子領域13からコア11の軸方向と所要
の角度αをなす方向すなわちビーム24の光路と合致す
る単一方向に沿って、全光量が指向され、光ファイバー
10のまわりに光量は分配されない。これらの光量は、
波長中心値λの付近の狭い範囲内の波長を有する光線に
よって運ばれる。さらに、光線の少量は、各々の回折格
子素子14にリディレクトされるけれども、大部分の指
向光線はコア11にリディレクトする。この効果は、各
回折格子素子14でリディレクトされる一部の光量と連
続した回折格子素子14の両端での所でリディレクトさ
れる光量間の建設的干渉に起因すると考えられる。
限定されないが、建設的干渉の結果のビーム24の経路
がなす角度αは、波長λに特有の値をとる。
光ファイバーコア11へ送入された光線の捕獲を達成さ
せ、かつ光ファイバー10から光線を発するための方法
を図3で説明する。
放射送出光学系28を構成する。さらに、コア11にお
ける回折格子素子14の出現の結果として、コア11の
格子領域13によりリディレクトされ、かつ光ファイバ
ー10から逃げる実質的平行光線24が、受光装置27
’のレンズ26’により集束されて、レンズ26’と共
に受光領域28’を構成する。
で処理するよう構成されており、これで例えば、受光装
置27’が周知の構成を有する光検出装置である場合に
は、希望する方法で最終出力を得るために逃げた光線を
ある種、例えば電気や信号に変換する。しかし、受光装
置27’は、別の光ファイバーあるいは他の光学導波路
からなり、逃げた放射は、入力点から遠く離れた場所へ
伝播されることもある。
ファイバー10の送入に使用される時、光ファイバー1
0へ送入される光を導く別の光ファイバーからなる光学
系27’は、光ファイバーの回折格子領域13、発光ダ
イオードやレーザなどへ適切な角度でディレクトするよ
うになっている。
として構成され動作していた光学系28’と連繋して前
述したと同様の方法で動作し光学系28は、受光系とし
て構成かつ動作する。
へ出入するリディレクトさせるための光ファイバー10
を使用の間、ファイバー10あるいは光学装置27’(
または27)から発せられる光ビームの特性、光学装置
27’(または27)のタイプ、光ファイバー10から
の距離によりレンズ26’(または26)が省略された
り、ミラーあるいは適切な形状と位置を与えられたレン
ズおよびまたはミラーで構成された光学トレーンに置き
換えられる。
クトは、回折格子領域13が光をファイバーコア11か
ら流すため用いられているとき、コア11を通り回折格
子領域13を越えて伝えられる、スペクトルから選ばれ
た波長λ付近の狭いバンドの光の少なくとも相当量を移
動し、または回折格子領域13からファイバー10へ光
を送入するように働いているとき、その光をコア11に
送入するのみならず、より重要な可能性として、ファイ
バー10のどちらか一端からある距離に置かれた回折格
子領域におけるファイバー10から逃げ出た後の波長λ
付近の狭いバンドのリディレクト光を容易に捕捉できる
こと、またはかなり遠い所からファイバーコア10へ光
を容易に挿入できることが挙げられる。かくして本発明
の傾斜回折格子素子14を持つ回折格子領域13は光フ
ァイバー10における波長選択タップとして構成される
。
や様々な用途にも使用される。そこで、例えば、コア1
1において埋め込み型傾斜回折格子領域13を備える光
ファイバー10が、多モードファイバーである時、回折
格子領域13によってタップされた光の少なくともある
異なるモードでの角度が、互いに異なるファイバー10
の長手方向軸と関係する角度で光ファイバー10から出
現し、このような異なるモードが、さまざまな状態下で
回折格子領域13の回折格子素子14と出会うことによ
って現れ、従ってそれによって異なった影響を受ける。
らタップされた後、種々のモードに効果的に分割するの
に使用される。同様に、光ファイバー10のコア11へ
光を送入するのに回折格子領域13を使用すると、光学
装置27’およびまたはレンズ26’、または類似の光
送入装置28’により回折格子領域13に対してディレ
クトされる光の入射角を適切に選択することによって、
ファイバー10が多モードファイバーであっても一つの
選択されたモードにおいて光ファイバーコア11に選択
的に独占的に伝達するように放射光を生じさせることが
可能となる。
バー10は、前述した一つだけではなく多くの回折格子
領域13を備え得る。例えば、このような回折格子領域
13の各々の周期a(および/もしくは角α)が異なる
ので、光ファイバーコア11から出るかまたはコア11
回折格子に入る領域13の各々の所でリディレクトした
光線の波長λ(および/もしくは光ファイバー10から
出る光の伝播角)は、それぞれ異なる。また、もし、光
ファイバー10が偏光保持タイプ(楕円形状断面を有す
るコア11を備える)である場合、各々の直角偏光は、
もし回折格子領域13の角αが偏光面と一致する面に構
成されるならば、分割してコア11からまたはコア11
へ射出できる。
れた(またはディレクトされた)ビーム24が、お互い
に関連した光ファイバー軸に対して90°角度が変えら
れる。いずれにしても、回折格子領域13の各々の前述
した狭い波長範囲内のまたは一つの偏光の光だけに作用
する故に、すなわち他の回折格子領域またはいかなる他
の波長(または偏光)の光も実質的に通す回折格子領域
13と異なる故に、その回折格子領域13は互いに長手
方向に間隔を置く必要がなく、すなわち、この回折格子
領域13は、互いに部分的に重なり合ったり、互いに共
存することができる。
成の実施例について図示ならびに説明したが、本発明は
、この説明に限定されず、本発明の保護範囲は、添付請
求の範囲によってのみ決められる。
、少なくとも、一つのリディレクトする回折格子領域を
備え、かつその回折格子領域が、前述した本発明の方法
を活用することによって形成するのに都合の良い光導波
路すなわち光ファイバーを提供することができる。
に光をリディレクトするための埋め込まれた回折格子領
域を備えた光ファイバーの軸方向の拡大断面図である。
格子領域の埋め込まれた回折格子素子を形成するための
光学的配列の側面図である。
または出る、所定の波長範囲にある光をリディレクトさ
せるための構成を示す図1と同様の図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 2つの互いに距離をおいた端部を有す
るとともに、所定の軸に沿って延在する第1の経路内で
少なくとも前記両端部の間で光を導くことができる固体
材料からなる導波路部分を含んでいる光導波路と、前記
端部から離れた位置において前記導波路部分に埋設され
た回折格子領域であって、前記軸方向に実質的に等間隔
をおいて延在するとともに、前記第1の経路と少なくと
も一つの第2の経路との間で回折格子素子に達する光を
リディレクトするようにこの軸に対して傾いた角度とな
っている多数の回折格子素子を有し、前記第2の経路は
前記傾き角度による前記軸の角度にある前記導波路の外
側に延在している少なくとも一つの回折格子領域と、光
を前記第1及び第2の経路の一方へコヒーレントな光を
ディレクトし、前記回折格子素子によってそれぞれ他方
の経路である第2および前記回折格子素子間隔設定に際
し前もって決められた関係にある中央波長に対し狭い範
囲の波長の光の前記他の経路と同相の組み合わせである
第1の経路へとリディレクトするために前記回折格子領
域へディレクトする第1の光学手段と、前記他方の経路
内で伝達される光を捕らえるための第2の光学手段と、
からなる、光をリディレクトし焦点合わせをする構成の
光導波路。 - 【請求項2】 前記導波部に少なくとも一つの付加回
折格子領域、すなわち前記回折格子領域と相似であるが
、前記回折格子素子間に前記第1経路と付加第2経路間
の前記回折格子領域によって影響をうけたのと違った性
質のディレクトされた光のための前記回折格子領域と異
なる少なくとも一つの前記傾き角度および前記間隔を前
記回折格子素子間に持った付加回折格子領域を有する請
求項1記載の光導波路。 - 【請求項3】 前記付加回折格子領域が前記の一つの
回折格子領域と少なくとも一部分同空間にわたるもので
ある請求項2記載の光導波路。 - 【請求項4】 前記光導波路は偏光面保存光ファイバ
ーであり、前記回折格子領域が、前記第1経路および前
記第2経路の異なるものとの間の前記偏光の異なるディ
レクト光とめいめい同一に方向づけられ、それぞれ他の
偏光を持つ光に対し実質的に透明である請求項2記載の
光導波路。 - 【請求項5】 2つの縦に間を置いた端部を持ち前も
って決められた軸に添って延びる第1の経路の前記端部
間に光を導くことができる固体の延ばされた導波部分と
、前記端部から離れた場所の前記導波部に少なくとも一
つの回折格子領域を埋設し、前記第1経路と前記回折格
子素子の間隔と前もって決められた関係にある中央波長
と狭い範囲内にある波長を持つ前記回折格子領域に対し
、前記経路に導かれる光と同相に置かれる前記傾斜角に
基づき、前記軸に関する角度にある前記導波部の外に延
びている少なくとも一つの第2経路の間の前記回折格子
素子に到達する光をリディレクトするため前記軸に対し
斜めの角度を持つ前記軸の方向に実質的に当間隔で延び
た複数の回折格子素子を持ち、また、前記回折格子素子
でリディレクトを行った後、前記経路と別のものに導く
、光リディレクト部を埋設した光導波路。 - 【請求項6】 前記回折格子領域の一つに類似してい
るが、前記第1経路と付加第2経路間の回折格子領域に
よって影響を受けたものと性質の異なる光のリディレク
トのための、前記の一つの回折格子領域と異なる前記回
折格子素子間に少なくとも一つの前記傾斜角と前記間隔
を持つ、前記導波部に少なくとも一つの付加回折格子領
域を含む請求項5記載の光導波路。 - 【請求項7】 前記付加回折格子領域が少なくとも一
部分、前記回折格子領域と同一空間にわたっている請求
項6記載の光導波路。 - 【請求項8】 偏光面保存光ファイバーとして形成さ
れ、前記回折格子領域がそれぞれ前記第1経路と前記第
2経路の異なる一つとの間の偏光の一つと異なるリディ
レクト光と同一に方向づけられ、他の偏光をそれぞれ持
つ光に対し実質的に透明である請求項6記載の光導波路
。 - 【請求項9】 2つの互いにコヒーレントな紫外線放
射のビームを形成し、固体部分にこの2つのビームを横
方向から固体部分の縦軸に対して傾いた角度で延在して
いる面に対して対称となるように選んだ入射角度で導き
、互いにコヒーレントに干渉させて付随的に前記回折格
子領域内に前記傾いた角度で延びる強度ピークを持つ干
渉縞を生成して、多数の永久的に埋設された回折格子素
子を形成する、これらは回折格子領域を通じて実質的に
軸方向に等間隔に、かつ傾いた角度であり、固体部分を
通して、縦に延びた第1経路と導波部の外方にのびる少
なくとも第2経路の一つの間を通り、縦軸に関連した角
度でこれらに到達する光をリディレクトでき、上記縦軸
は回折格子領域に対し、経路のひとつに導かれた光と同
位相に随行する傾いた角度に依拠し、上記の回折格子領
域は、回折格子素子間隔に所定の関係ある中央波長のま
わりの狭い範囲の波長を有し、かつ回折格子素子からの
リディレクト後上記経路の他の経路へ導くものである。 上記のステップからなる、光導波路の細長い固体部分に
選定した回折格子領域内において、光をリディレクトす
るために埋設された回折格子を形成する方法。
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