JPH1152299A - 高出力レーザビーム用空間フィルタ - Google Patents
高出力レーザビーム用空間フィルタInfo
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- JPH1152299A JPH1152299A JP10147545A JP14754598A JPH1152299A JP H1152299 A JPH1152299 A JP H1152299A JP 10147545 A JP10147545 A JP 10147545A JP 14754598 A JP14754598 A JP 14754598A JP H1152299 A JPH1152299 A JP H1152299A
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハイパワーレーザビーム用の空間フィルタを
提供し、その空間フィルタを用いて良質なレーザビーム
を生成し、良質なグレーティングの作製方法を提供す
る。 【解決手段】 光発散部材からなる空間フィルタにおい
て、フーリエ変換されたレーザビームの外周部に存在す
る不要な高次空間周波数成分を、フーリエ変換されたレ
ーザビームの内周部に存在する必要な低次空間周波数成
分から非吸収的に発散させることにより、高いパワー密
度のレーザビームにも耐えうる空間フィルタを提供す
る。さらに、それにより空間フィルタリングされた良質
なレーザビームを使用することにより、良質なグレーテ
ィングを形成できる。
提供し、その空間フィルタを用いて良質なレーザビーム
を生成し、良質なグレーティングの作製方法を提供す
る。 【解決手段】 光発散部材からなる空間フィルタにおい
て、フーリエ変換されたレーザビームの外周部に存在す
る不要な高次空間周波数成分を、フーリエ変換されたレ
ーザビームの内周部に存在する必要な低次空間周波数成
分から非吸収的に発散させることにより、高いパワー密
度のレーザビームにも耐えうる空間フィルタを提供す
る。さらに、それにより空間フィルタリングされた良質
なレーザビームを使用することにより、良質なグレーテ
ィングを形成できる。
Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】本発明は、空間フィルタに関
し、特にレーザビーム用空間フィルタに関するものであ
る。本発明は、広い範囲の用途に対応するものである
が、特に光導波路に屈折率変調型グレーティングを書き
込むための光学システムに使用する際に適するものであ
る。
し、特にレーザビーム用空間フィルタに関するものであ
る。本発明は、広い範囲の用途に対応するものである
が、特に光導波路に屈折率変調型グレーティングを書き
込むための光学システムに使用する際に適するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】実用的なレーザ光源の発達により、レー
ザビームが工業用途に使用されるようになってきた。レ
ーザビームは現在、光導波路のガラス、特に光ファイバ
に使用されるガラスに屈折率変化を形成する際に使用さ
れている。屈折率グレーティングは、紫外線レーザビー
ムの干渉効果により形成される干渉パターンにより、ゲ
ルマニウム−エステルガラスの光ファイバに書き込まれ
る。すなわち周期屈折率変化がその干渉パターンにより
生成され、その結果、ファイバに屈折率グレーティング
が形成され書き込まれる。光ファイバ内に形成され、光
通信信号の伝送において使用される屈折率グレーティン
グのうちの二つの例として、ファイバブラッググレーテ
ィングと長周期ファイバグレーティングが挙げられる。
ファイバブラッググレーティングは、光ファイバ中の光
の伝送における波長選択反射型フィルタとして使用でき
る。光ファイバ中の屈折率グレーティングの間隔は、特
定の波長範囲を反射させ、その他の波長は屈折率グレー
ティングを反射せずに通過するように設けられる。
ザビームが工業用途に使用されるようになってきた。レ
ーザビームは現在、光導波路のガラス、特に光ファイバ
に使用されるガラスに屈折率変化を形成する際に使用さ
れている。屈折率グレーティングは、紫外線レーザビー
ムの干渉効果により形成される干渉パターンにより、ゲ
ルマニウム−エステルガラスの光ファイバに書き込まれ
る。すなわち周期屈折率変化がその干渉パターンにより
生成され、その結果、ファイバに屈折率グレーティング
が形成され書き込まれる。光ファイバ内に形成され、光
通信信号の伝送において使用される屈折率グレーティン
グのうちの二つの例として、ファイバブラッググレーテ
ィングと長周期ファイバグレーティングが挙げられる。
ファイバブラッググレーティングは、光ファイバ中の光
の伝送における波長選択反射型フィルタとして使用でき
る。光ファイバ中の屈折率グレーティングの間隔は、特
定の波長範囲を反射させ、その他の波長は屈折率グレー
ティングを反射せずに通過するように設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来形
成されてきたファイバブラッググレーティングは、不要
である反射率サイドローブが大きなレベルとなることか
ら特性がよくなかった。この反射率サイドローブは、主
である高い反射率の波長バンド外側の波長の光がグレー
ティングを通過するはずであるのにグレーティングによ
り反射してしまうために生じる。
成されてきたファイバブラッググレーティングは、不要
である反射率サイドローブが大きなレベルとなることか
ら特性がよくなかった。この反射率サイドローブは、主
である高い反射率の波長バンド外側の波長の光がグレー
ティングを通過するはずであるのにグレーティングによ
り反射してしまうために生じる。
【０００４】したがって本発明は、上述の制限や欠点に
よる一つもしくは複数の問題点をほぼ解決する方法およ
び装置に関するものである。
よる一つもしくは複数の問題点をほぼ解決する方法およ
び装置に関するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴および利点
は、以下の詳細な説明に記述する。本発明の目的や他の
利点に関しては、図とともに詳細な説明や請求項に記述
する装置やシステムや方法により達成される。
は、以下の詳細な説明に記述する。本発明の目的や他の
利点に関しては、図とともに詳細な説明や請求項に記述
する装置やシステムや方法により達成される。
【０００６】これらの利点を達成するために本発明の目
的にしたがって、具体的かつ広く記載されるように、本
発明は、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィル
タを含む。この高いパワー密度のレーザビーム用の空間
フィルタは、光をそらす部材、詳しくは光束の一部を光
路からそらす部材（以下光発散部材という）からなる。
他の特徴としては、本発明は、本発明の所望とする低次
空間周波数成分と不要な高次空間周波数成分とを有する
フーリエ変換された（集光された）レーザビームを提供
する工程を含んだレーザビーム空間フィルタリング方法
を含む。本方法はさらに、低次空間周波数成分のレーザ
ビームを生成するために、フーリエ変換されたレーザビ
ームの不要な高次空間周波数成分を、フーリエ変換され
たレーザビームの必要な低次空間周波数成分から非吸収
的に発散させる工程からなる。他の特徴としては、本発
明は、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィルタ
を含み、レーザビームは高次空間周波数成分と低次空間
周波数成分とを有し、空間フィルタはその低次空間周波
数成分から高次空間周波数成分を非吸収的に発散させ
（そらせ）遠ざける手段からなる。本発明は、滑らかな
ビームプロファイルを有するレーザビームの内周部を抽
出するため、レーザビームの外周部を非吸収的に発散さ
せる（そらせる。以下、「発散」させるという）手段か
らなる空間フィルタを含む。さらに他の特徴として、本
発明は、グレーティング作製方法において、その方法
が、レーザビームを生成する工程と、中心軸を有するラ
イン状に集光されたレーザビームを形成するために、レ
ンズのようなフーリエ変換する光学部材により、一次元
方向にレーザビームを集光する工程とからなる。本方法
はさらに、一次元方向に空間フィルタリングされたレー
ザビームを形成するために、好ましくは全内部反射が望
ましい非吸収的な反射面により、レーザビームの集光線
および低次空間周波数成分から、ライン状に集光された
レーザビームの外周部（高次空間周波数成分）を非吸収
的に発散させ遠ざける工程と、光導波路さらには光導波
路ファイバにおいてグレーティングを作製するためにこ
の空間フィルタリングされたレーザビームにより干渉パ
ターンを形成する工程を含む。
的にしたがって、具体的かつ広く記載されるように、本
発明は、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィル
タを含む。この高いパワー密度のレーザビーム用の空間
フィルタは、光をそらす部材、詳しくは光束の一部を光
路からそらす部材（以下光発散部材という）からなる。
他の特徴としては、本発明は、本発明の所望とする低次
空間周波数成分と不要な高次空間周波数成分とを有する
フーリエ変換された（集光された）レーザビームを提供
する工程を含んだレーザビーム空間フィルタリング方法
を含む。本方法はさらに、低次空間周波数成分のレーザ
ビームを生成するために、フーリエ変換されたレーザビ
ームの不要な高次空間周波数成分を、フーリエ変換され
たレーザビームの必要な低次空間周波数成分から非吸収
的に発散させる工程からなる。他の特徴としては、本発
明は、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィルタ
を含み、レーザビームは高次空間周波数成分と低次空間
周波数成分とを有し、空間フィルタはその低次空間周波
数成分から高次空間周波数成分を非吸収的に発散させ
（そらせ）遠ざける手段からなる。本発明は、滑らかな
ビームプロファイルを有するレーザビームの内周部を抽
出するため、レーザビームの外周部を非吸収的に発散さ
せる（そらせる。以下、「発散」させるという）手段か
らなる空間フィルタを含む。さらに他の特徴として、本
発明は、グレーティング作製方法において、その方法
が、レーザビームを生成する工程と、中心軸を有するラ
イン状に集光されたレーザビームを形成するために、レ
ンズのようなフーリエ変換する光学部材により、一次元
方向にレーザビームを集光する工程とからなる。本方法
はさらに、一次元方向に空間フィルタリングされたレー
ザビームを形成するために、好ましくは全内部反射が望
ましい非吸収的な反射面により、レーザビームの集光線
および低次空間周波数成分から、ライン状に集光された
レーザビームの外周部（高次空間周波数成分）を非吸収
的に発散させ遠ざける工程と、光導波路さらには光導波
路ファイバにおいてグレーティングを作製するためにこ
の空間フィルタリングされたレーザビームにより干渉パ
ターンを形成する工程を含む。
【０００７】上述の一般的な記述と以下の詳細な説明に
より、具体的な例として本発明の説明に役立つものと思
われ、本発明のさらなる説明を以下に提供する。付随す
る図面は、本発明のさらなる理解に役立ち、本明細書の
一部を構成し組み込まれ、詳細な説明とともに本発明の
原理を説明するものである。
より、具体的な例として本発明の説明に役立つものと思
われ、本発明のさらなる説明を以下に提供する。付随す
る図面は、本発明のさらなる理解に役立ち、本明細書の
一部を構成し組み込まれ、詳細な説明とともに本発明の
原理を説明するものである。
【０００８】
【発明の効果】本発明によれば、空間フィルタリングさ
れたレーザビームを使用してグレーティングを作製する
ことにより、グレーティングの反射スペクトラムにおい
て、反射率バンドに対して十分抑圧された反射率サイド
ローブとすることができ、良好なグレーティングを作製
できる。
れたレーザビームを使用してグレーティングを作製する
ことにより、グレーティングの反射スペクトラムにおい
て、反射率バンドに対して十分抑圧された反射率サイド
ローブとすることができ、良好なグレーティングを作製
できる。
【０００９】また、本発明によれば、光発散部材を有す
る空間フィルタを提供することにより、ハイパワーレー
ザビームに使用できる空間フィルタを提供できる。
る空間フィルタを提供することにより、ハイパワーレー
ザビームに使用できる空間フィルタを提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】光導波路ファイバ内への屈折率グ
レーティング作製方法を開発する一方で、光導波路ファ
イバ内にグレーティングを書き込む際に使用される光学
系システムにおいてレーザビームパワーやレーザエネル
ギー密度により破壊される問題について取り組んでき
た。
レーティング作製方法を開発する一方で、光導波路ファ
イバ内にグレーティングを書き込む際に使用される光学
系システムにおいてレーザビームパワーやレーザエネル
ギー密度により破壊される問題について取り組んでき
た。
【００１１】ゲルマニウムドープのシリカのコアとシリ
カのクラッドからなり、コアとクラッドとの屈折率差に
より光を導波するシングルモードの光ファイバのような
光導波路に屈折率グレーティングを書き込む際には、紫
外線波長の極めて高強度なレーザ光を使用することが効
果的である。ハイパワーの紫外線レーザビームは、光導
波路ファイバにグレーティングを書き込む際に望まし
く、ガラス内の屈折率を変化させる際には効果的で、屈
折率変化を生じるために必要な露光時間も短縮できる。
カのクラッドからなり、コアとクラッドとの屈折率差に
より光を導波するシングルモードの光ファイバのような
光導波路に屈折率グレーティングを書き込む際には、紫
外線波長の極めて高強度なレーザ光を使用することが効
果的である。ハイパワーの紫外線レーザビームは、光導
波路ファイバにグレーティングを書き込む際に望まし
く、ガラス内の屈折率を変化させる際には効果的で、屈
折率変化を生じるために必要な露光時間も短縮できる。
【００１２】グレーティングを作製する際に使用される
光学系におけるある箇所においては、ハイパワーなレー
ザビームにより、０．５ｊｏｕｌｅｓ／ｃｍ２以上のパ
ワー密度、さらには１．０ｊｏｕｌｅｓ／ｃｍ２以上の
パワー密度となる可能性がある。レーザビームを集光す
ることによりパワー密度のレベルが上がり、その高いパ
ワー密度のレーザビームにより光学システムの部品を破
壊してしまう可能性がある。
光学系におけるある箇所においては、ハイパワーなレー
ザビームにより、０．５ｊｏｕｌｅｓ／ｃｍ２以上のパ
ワー密度、さらには１．０ｊｏｕｌｅｓ／ｃｍ２以上の
パワー密度となる可能性がある。レーザビームを集光す
ることによりパワー密度のレベルが上がり、その高いパ
ワー密度のレーザビームにより光学システムの部品を破
壊してしまう可能性がある。
【００１３】グレーティングは、光導波路に投射された
二つの紫外線レーザビームの干渉効果により光ファイバ
に形成される。紫外線ビームはレーザから発生し、二つ
のビームに分けられて、その二つのビームが再結合する
と干渉パターンが形成され、その干渉パターンの露光に
より屈折率変化が生じることによって、光ファイバ内に
グレーティングが形成される。干渉パターンは、光ビー
ムを分割し、ビームの干渉の位相整合と非整合による周
期的な山と谷を形成するようビームを再結合させて干渉
させるような手段を含んだ公知の干渉手段により形成で
きる。グレーティングを形成する干渉パターンの簡易な
形成方法としては、周期的な位相シフトマスクに紫外線
レーザビームを通過させる方法がある。本発明者は、グ
レーティングを形成する際に良質のレーザビームを使用
すれば、光導波路に良質のグレーティングを形成できる
ことがわかった。その良質のレーザビームや良質のグレ
ーティングは、干渉パターンを形成する前に高次空間周
波数成分を除去するために、レーザビームを空間フィル
タに通すことにより得ることができる。レーザビームの
滑らかな強度プロファイルを生成するために、ビームを
集光して集光点に不透明な吸収材で形成されたアパーチ
ャを配置することによるレーザビームを空間的にフィル
タリングをする標準的な方法は、光ファイバにグレーテ
ィングを効果的に形成するのに必要な高いパワー密度の
レーザビームを使用する際には実用的ではないことがわ
かっている。そのような吸収的かつ不透明なもので遮断
する空間フィルタをグレーティングを形成する際に使用
すると、高いパワー密度の紫外線レーザビームにより空
間フィルタの不透明な吸収材料が破壊されてしまう。標
準的な空間フィルタを用いると、吸収的な空間フィルタ
の空気スペースのアパーチャにより、集光されたレーザ
ビームの低次空間周波数成分は通過させる一方で、集光
されたレーザビームの高次空間周波数成分は、非透過性
のスチールや他の不透明遮断材料のような吸収材料によ
り少なくとも部分的には吸収したり散乱したりする。高
いパワー密度のレーザビームを使用すると、そのような
空間フィルタは、吸収される高次空間周波数成分によっ
て吸収材料が消耗しすぐに使用できなくなり取り替えな
ければならなくなってしまう。これらの不透明で非透過
性の材料の表面を磨くことにより、その反射率を向上さ
せることはできるが、その表面と光との吸収相互作用に
より、高いパワー密度レベルでは材料を破壊してしま
う。
二つの紫外線レーザビームの干渉効果により光ファイバ
に形成される。紫外線ビームはレーザから発生し、二つ
のビームに分けられて、その二つのビームが再結合する
と干渉パターンが形成され、その干渉パターンの露光に
より屈折率変化が生じることによって、光ファイバ内に
グレーティングが形成される。干渉パターンは、光ビー
ムを分割し、ビームの干渉の位相整合と非整合による周
期的な山と谷を形成するようビームを再結合させて干渉
させるような手段を含んだ公知の干渉手段により形成で
きる。グレーティングを形成する干渉パターンの簡易な
形成方法としては、周期的な位相シフトマスクに紫外線
レーザビームを通過させる方法がある。本発明者は、グ
レーティングを形成する際に良質のレーザビームを使用
すれば、光導波路に良質のグレーティングを形成できる
ことがわかった。その良質のレーザビームや良質のグレ
ーティングは、干渉パターンを形成する前に高次空間周
波数成分を除去するために、レーザビームを空間フィル
タに通すことにより得ることができる。レーザビームの
滑らかな強度プロファイルを生成するために、ビームを
集光して集光点に不透明な吸収材で形成されたアパーチ
ャを配置することによるレーザビームを空間的にフィル
タリングをする標準的な方法は、光ファイバにグレーテ
ィングを効果的に形成するのに必要な高いパワー密度の
レーザビームを使用する際には実用的ではないことがわ
かっている。そのような吸収的かつ不透明なもので遮断
する空間フィルタをグレーティングを形成する際に使用
すると、高いパワー密度の紫外線レーザビームにより空
間フィルタの不透明な吸収材料が破壊されてしまう。標
準的な空間フィルタを用いると、吸収的な空間フィルタ
の空気スペースのアパーチャにより、集光されたレーザ
ビームの低次空間周波数成分は通過させる一方で、集光
されたレーザビームの高次空間周波数成分は、非透過性
のスチールや他の不透明遮断材料のような吸収材料によ
り少なくとも部分的には吸収したり散乱したりする。高
いパワー密度のレーザビームを使用すると、そのような
空間フィルタは、吸収される高次空間周波数成分によっ
て吸収材料が消耗しすぐに使用できなくなり取り替えな
ければならなくなってしまう。これらの不透明で非透過
性の材料の表面を磨くことにより、その反射率を向上さ
せることはできるが、その表面と光との吸収相互作用に
より、高いパワー密度レベルでは材料を破壊してしま
う。
【００１４】本発明者は、非吸収的な空間フィルタを開
発した。本発明の高いパワー密度のレーザビーム用の空
間フィルタとそのシステムにおいては、非吸収的な透明
な光発散部材を使用する。
発した。本発明の高いパワー密度のレーザビーム用の空
間フィルタとそのシステムにおいては、非吸収的な透明
な光発散部材を使用する。
【００１５】本発明の具体的実施の形態の詳細につい
て、図とともに説明する。
て、図とともに説明する。
【００１６】本発明の第１の具体的実施の形態について
図１に示し、概して参照番号２０として示されている。
本発明は、光発散部材からなる高いパワー密度のレーザ
ビーム用の空間フィルタを提供し、その光発散部材は透
明で非吸収光学材料からなり、特に溶融シリカが望まし
い。発散部材は反射面と非反射面を有する透明な光学材
料からなることが望ましく、中心軸を有するレーザビー
ムの外周部の高次空間周波数成分が、上述の反射面によ
りレーザビームの中心軸から非吸収的に発散して遠ざけ
られることが望ましい。
図１に示し、概して参照番号２０として示されている。
本発明は、光発散部材からなる高いパワー密度のレーザ
ビーム用の空間フィルタを提供し、その光発散部材は透
明で非吸収光学材料からなり、特に溶融シリカが望まし
い。発散部材は反射面と非反射面を有する透明な光学材
料からなることが望ましく、中心軸を有するレーザビー
ムの外周部の高次空間周波数成分が、上述の反射面によ
りレーザビームの中心軸から非吸収的に発散して遠ざけ
られることが望ましい。
【００１７】図１は、フーリエ変換されたレーザビーム
２４を有するレンズの集光点近傍のフーリエ変換された
レーザビーム２４と、その近傍の光発散部材２２との相
互作用を示したものである。図１において、発散部材２
２近傍のフーリエ変換されたレーザビーム２４は、空間
フィルタ２０を通過可能な必要とする低次空間周波数成
分からなる中心部３８と、光発散部材２２により吸収さ
れずに発散する不要な高次空間周波数成分からなる外周
部を有するよう示されている。図２は、レーザビーム２
４の空間周波数成分の分布を表しており、ｙ軸は強度
（Ｉ）、ｘ軸はレーザビーム２４の中心軸３１からの距
離（Ｘ）を表している。図２において、低次空間周波数
成分３８からなるフーリエ変換されたレーザビーム２４
の所望の部分は、分割ライン３３により高次空間周波数
成分４０からなる不要な部分から分離されて示されてい
る。分割ライン３３により示すように、低次空間周波数
成分と高次空間周波数成分との分離／排出ボーダーは、
ある程度は変化させることができる。分割ライン３３
は、フーリエ変換されたレーザビーム２４とその中心軸
３１に対する光発散部材２２の配置を表している。
２４を有するレンズの集光点近傍のフーリエ変換された
レーザビーム２４と、その近傍の光発散部材２２との相
互作用を示したものである。図１において、発散部材２
２近傍のフーリエ変換されたレーザビーム２４は、空間
フィルタ２０を通過可能な必要とする低次空間周波数成
分からなる中心部３８と、光発散部材２２により吸収さ
れずに発散する不要な高次空間周波数成分からなる外周
部を有するよう示されている。図２は、レーザビーム２
４の空間周波数成分の分布を表しており、ｙ軸は強度
（Ｉ）、ｘ軸はレーザビーム２４の中心軸３１からの距
離（Ｘ）を表している。図２において、低次空間周波数
成分３８からなるフーリエ変換されたレーザビーム２４
の所望の部分は、分割ライン３３により高次空間周波数
成分４０からなる不要な部分から分離されて示されてい
る。分割ライン３３により示すように、低次空間周波数
成分と高次空間周波数成分との分離／排出ボーダーは、
ある程度は変化させることができる。分割ライン３３
は、フーリエ変換されたレーザビーム２４とその中心軸
３１に対する光発散部材２２の配置を表している。
【００１８】図１を参照したこの具体的実施の形態のよ
うに、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィルタ
は２０は、光発散部材２２を有する。光発散部材２２
は、平面型導波路であってもよい。光発散部材２２は、
透明で高い非吸収的な光学材料からなる。光発散部材２
２は、空間的にフィルタリングされるレーザビームの波
長に対して無視できるほどの吸収しかされない光学材料
から形成される。その光学材料は、使用するレーザビー
ム波長に対して透明で、それゆえそのレーザビーム波長
において高透明性を有するものである。非吸収性である
ゆえに、光発散部材は入射するレーザ光をわずかしか吸
収せず、光発散部材を破壊したりはしない。光発散部材
はレーザ光の波長に対して高透明性のものであることが
望ましい。光発散部材は、レーザ光の波長において高透
明性を有する光学材料からなることが望ましい。またこ
の光発散部材は、１０μｍ厚で入射光の６３％以下しか
吸収しない、さらには３０％以下しか吸収しない、さら
には１０％以下しか吸収しない、さらに好ましくは１％
以下しか吸収しない光学特性を有する材料からなること
が望ましい。非吸収性の光発散部材の吸収率は、この部
材に注がれ吸収され熱に変換される放射エネルギーの割
合として測定した場合には、極めて低い（１％以下）。
研磨された金属面のような吸収性の遮断材料は、入射さ
れる放射エネルギーの大半を吸収し、この吸収により吸
収性材料を破壊してしまう。ステンレススチールの鏡面
では、本発明の非吸収的な光発散部材と比較してよく吸
収してしまう。光発散部材２２の非吸収的な光学材料
は、溶融シリカが望ましく、特に紫外線レーザビームを
用いて光導波路にグレーティングを書き込む際に使用す
る場合に望ましい。レーザダメージに強い高品質な紫外
線グレードの溶融シリカは非吸収的な光学材料であるこ
とが望ましい。１ｃｍの厚みにおいて２００ｎｍ以上の
紫外線波長（２００−４００ｎｍ）において表面反射損
を含んで９０％以上の外部透過率（さらには９２％以上
が望ましい）を有するExcimer Grade Fused Silicaのよ
うな、紫外線透過の溶融シリカを使用することが望まし
い。溶融シリカのようなこの光学材料は、レーザ光波長
の少なくとも９９％以上、さらには少なくとも９９．５
％以上、さらには９９．７％以上の内部透過率を有する
ことが望ましい。光発散部材２２は、非反射面２６と反
射面２８を有する。矢印で示すように、非反射面２６を
通過し光発散部材２２に入射する光は、全反射により反
射面２８を反射し、反射面２８からの反射や、部材２２
の光学材料と例えば空気や真空やアルゴンや窒素などの
不活性ガスやその混合物などの外部環境との屈折率差に
より、レーザビーム２４の中心軸から発散する。
うに、高いパワー密度のレーザビーム用の空間フィルタ
は２０は、光発散部材２２を有する。光発散部材２２
は、平面型導波路であってもよい。光発散部材２２は、
透明で高い非吸収的な光学材料からなる。光発散部材２
２は、空間的にフィルタリングされるレーザビームの波
長に対して無視できるほどの吸収しかされない光学材料
から形成される。その光学材料は、使用するレーザビー
ム波長に対して透明で、それゆえそのレーザビーム波長
において高透明性を有するものである。非吸収性である
ゆえに、光発散部材は入射するレーザ光をわずかしか吸
収せず、光発散部材を破壊したりはしない。光発散部材
はレーザ光の波長に対して高透明性のものであることが
望ましい。光発散部材は、レーザ光の波長において高透
明性を有する光学材料からなることが望ましい。またこ
の光発散部材は、１０μｍ厚で入射光の６３％以下しか
吸収しない、さらには３０％以下しか吸収しない、さら
には１０％以下しか吸収しない、さらに好ましくは１％
以下しか吸収しない光学特性を有する材料からなること
が望ましい。非吸収性の光発散部材の吸収率は、この部
材に注がれ吸収され熱に変換される放射エネルギーの割
合として測定した場合には、極めて低い（１％以下）。
研磨された金属面のような吸収性の遮断材料は、入射さ
れる放射エネルギーの大半を吸収し、この吸収により吸
収性材料を破壊してしまう。ステンレススチールの鏡面
では、本発明の非吸収的な光発散部材と比較してよく吸
収してしまう。光発散部材２２の非吸収的な光学材料
は、溶融シリカが望ましく、特に紫外線レーザビームを
用いて光導波路にグレーティングを書き込む際に使用す
る場合に望ましい。レーザダメージに強い高品質な紫外
線グレードの溶融シリカは非吸収的な光学材料であるこ
とが望ましい。１ｃｍの厚みにおいて２００ｎｍ以上の
紫外線波長（２００−４００ｎｍ）において表面反射損
を含んで９０％以上の外部透過率（さらには９２％以上
が望ましい）を有するExcimer Grade Fused Silicaのよ
うな、紫外線透過の溶融シリカを使用することが望まし
い。溶融シリカのようなこの光学材料は、レーザ光波長
の少なくとも９９％以上、さらには少なくとも９９．５
％以上、さらには９９．７％以上の内部透過率を有する
ことが望ましい。光発散部材２２は、非反射面２６と反
射面２８を有する。矢印で示すように、非反射面２６を
通過し光発散部材２２に入射する光は、全反射により反
射面２８を反射し、反射面２８からの反射や、部材２２
の光学材料と例えば空気や真空やアルゴンや窒素などの
不活性ガスやその混合物などの外部環境との屈折率差に
より、レーザビーム２４の中心軸から発散する。
【００１９】矢印で示されているように、非反射面２６
を通過し光発散部材２２に入射する光は、反射面２８に
より発散し、発散部材２２の光学材料を透過する。光
は、縦方向に延びる外側面３４を透過したり反射したり
する。光がその縦方向に延びる外側面３４を反射した場
合には、光は末端３６へと導波して、発散部材２２を導
波して出力される。
を通過し光発散部材２２に入射する光は、反射面２８に
より発散し、発散部材２２の光学材料を透過する。光
は、縦方向に延びる外側面３４を透過したり反射したり
する。光がその縦方向に延びる外側面３４を反射した場
合には、光は末端３６へと導波して、発散部材２２を導
波して出力される。
【００２０】光発散部材２２へと光を入射する非反射面
２６は、光学材料の平坦な研磨面であることが望まし
い。レーザビーム２４と面２６との光の入射角は、レー
ザビーム２４の入射光が面２６と外部環境との屈折率界
面を通過するよう配置される。非反射入射角の例は、面
２６とレーザビーム２４とがほぼ垂直関係にある。反射
面２８と発散部材２２の縦方向に延びる外側面３４は、
屈折率界面を提供する光学材料の平坦な研磨面であるこ
とが望ましい。反射面２８は、非反射面２６とレーザビ
ームの入射光に対して相対的に配置されて形成され、面
２８の屈折率界面が透過した入射光を発散するように２
６を透過する。図１に示すように、光発散部材２２によ
り不要な高次空間周波数成分を全内部反射するような適
当な角度が利用され、例えば非反射面２６と反射面２８
とが約４５°の角度であれば、部材２２へ光が入射され
てレーザビーム２４の中心軸から反射して発散する手段
が提供される。空間フィルタの他の具体的実施の形態を
図３に示す。光発散部材２２は溶融シリカの矩形ブロッ
クからなる。図３に示すように、非反射面２６と反射面
２８との９０°のコーナーは、レーザビーム２４の外周
部４０が反射し発散するように入射光に対して配置され
る。図７は、反射面２８と外部環境１９との屈折率界面
における光発散部材２２での全内部反射の必要条件を示
している。光発散部材２２は屈折率ｎ１を有する透明な
光学材料からなり、外部環境１９は屈折率ｎ２を有す
る。図７において、実線の矢印と線は、光発散部材２２
を透過して反射面２８に入射される波長λの光ビームを
表しており、ｎ１ｓｉｎθ１＝ ｎ２ｓｉｎθ２の関係
にある。ここで、θ１は反射面２８の垂線に対する光の
入射角である。部材２２中で全内部反射する最小角θ１
は、θ２＝９０°から、 θ１＝Ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） で表される。全内部反射は、 θ１≧Ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） の場合に得られる。
２６は、光学材料の平坦な研磨面であることが望まし
い。レーザビーム２４と面２６との光の入射角は、レー
ザビーム２４の入射光が面２６と外部環境との屈折率界
面を通過するよう配置される。非反射入射角の例は、面
２６とレーザビーム２４とがほぼ垂直関係にある。反射
面２８と発散部材２２の縦方向に延びる外側面３４は、
屈折率界面を提供する光学材料の平坦な研磨面であるこ
とが望ましい。反射面２８は、非反射面２６とレーザビ
ームの入射光に対して相対的に配置されて形成され、面
２８の屈折率界面が透過した入射光を発散するように２
６を透過する。図１に示すように、光発散部材２２によ
り不要な高次空間周波数成分を全内部反射するような適
当な角度が利用され、例えば非反射面２６と反射面２８
とが約４５°の角度であれば、部材２２へ光が入射され
てレーザビーム２４の中心軸から反射して発散する手段
が提供される。空間フィルタの他の具体的実施の形態を
図３に示す。光発散部材２２は溶融シリカの矩形ブロッ
クからなる。図３に示すように、非反射面２６と反射面
２８との９０°のコーナーは、レーザビーム２４の外周
部４０が反射し発散するように入射光に対して配置され
る。図７は、反射面２８と外部環境１９との屈折率界面
における光発散部材２２での全内部反射の必要条件を示
している。光発散部材２２は屈折率ｎ１を有する透明な
光学材料からなり、外部環境１９は屈折率ｎ２を有す
る。図７において、実線の矢印と線は、光発散部材２２
を透過して反射面２８に入射される波長λの光ビームを
表しており、ｎ１ｓｉｎθ１＝ ｎ２ｓｉｎθ２の関係
にある。ここで、θ１は反射面２８の垂線に対する光の
入射角である。部材２２中で全内部反射する最小角θ１
は、θ２＝９０°から、 θ１＝Ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） で表される。全内部反射は、 θ１≧Ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） の場合に得られる。
【００２１】屈折率ｎ１およびｎ２は、光発散部材２２
と外部環境１９の光学特性に依存し、ガス雰囲気や真
空、光の波長などに依存する。入射光の波長が２５０ｎ
ｍの場合、光発散部材２２が溶融シリカであり、外部環
境が空気雰囲気であれば、ｎ１＝１．５、ｎ２＝１．０
となり、 θ１＝Ａｒｃｓｉｎ（１．０／１．５）≒４２° となる。
と外部環境１９の光学特性に依存し、ガス雰囲気や真
空、光の波長などに依存する。入射光の波長が２５０ｎ
ｍの場合、光発散部材２２が溶融シリカであり、外部環
境が空気雰囲気であれば、ｎ１＝１．５、ｎ２＝１．０
となり、 θ１＝Ａｒｃｓｉｎ（１．０／１．５）≒４２° となる。
【００２２】溶融シリカから形成された光発散部材２２
内で反射面２８と外部環境の空気１９との界面において
全内部反射するのは、波長（λ）が２５０ｎｍの場合、
θ１≧４２°の時に生じる。全内部反射を得るために、
空気雰囲気の界面に対してシリカを使用することが望ま
しく、また必要であれば面２６の非反射性を向上させる
ために適当な光学コーティングを使用することもでき
る。レーザビーム２４の外周部からの光は、非反射面２
６を通過して発散部材２２へと入射し、反射面２８の屈
折率界面により発散する。光発散部材２２は、レーザビ
ーム２４の外周部４０の入射光をレーザビーム２４の中
心軸３１から発散させ遠ざけてレーザビーム２４をフィ
ルタリングし、末端部３６へと導く。部材２２が特に光
導波路の場合には部材２２内で光は閉じ込められて末端
部３６から出力される。末端部３６には、部材２２から
光を透過させるために適当な屈折率界面が設けられる。
末端部３６は、平坦な鏡面やまたは集光面や発散面など
の他の光学面であってもよい。末端部３６および縦方向
の外面側３４から出射される光は、もはや低いパワー密
度となった光を、吸収可能なプレート３７のような吸収
面へと向かって透過する。または、出射された不要な光
はさらに、透過して散乱などにより処理される。
内で反射面２８と外部環境の空気１９との界面において
全内部反射するのは、波長（λ）が２５０ｎｍの場合、
θ１≧４２°の時に生じる。全内部反射を得るために、
空気雰囲気の界面に対してシリカを使用することが望ま
しく、また必要であれば面２６の非反射性を向上させる
ために適当な光学コーティングを使用することもでき
る。レーザビーム２４の外周部からの光は、非反射面２
６を通過して発散部材２２へと入射し、反射面２８の屈
折率界面により発散する。光発散部材２２は、レーザビ
ーム２４の外周部４０の入射光をレーザビーム２４の中
心軸３１から発散させ遠ざけてレーザビーム２４をフィ
ルタリングし、末端部３６へと導く。部材２２が特に光
導波路の場合には部材２２内で光は閉じ込められて末端
部３６から出力される。末端部３６には、部材２２から
光を透過させるために適当な屈折率界面が設けられる。
末端部３６は、平坦な鏡面やまたは集光面や発散面など
の他の光学面であってもよい。末端部３６および縦方向
の外面側３４から出射される光は、もはや低いパワー密
度となった光を、吸収可能なプレート３７のような吸収
面へと向かって透過する。または、出射された不要な光
はさらに、透過して散乱などにより処理される。
【００２３】高いパワー密度のレーザビーム用の空間フ
ィルタ２０の光発散部材２２は、外周部４０を反射さ
せ、入射レーザビーム２４の不要な高次空間周波数成分
を入射レーザビーム２４の中心部３８やフィルタリング
されたレーザビーム３２の中心軸から遠ざける。中心部
３８とフィルタリングされたレーザビーム３２は、入射
レーザビーム２４の所望の低次空間周波数成分からな
る。
ィルタ２０の光発散部材２２は、外周部４０を反射さ
せ、入射レーザビーム２４の不要な高次空間周波数成分
を入射レーザビーム２４の中心部３８やフィルタリング
されたレーザビーム３２の中心軸から遠ざける。中心部
３８とフィルタリングされたレーザビーム３２は、入射
レーザビーム２４の所望の低次空間周波数成分からな
る。
【００２４】発散された高次空間周波数成分の光の指向
性を制御するため、光発散部材２２は、平面型導波路で
設計され、非反射面２６に入射する光が縦方向に延びる
外側面３４により部材２２内に閉じ込められて末端部３
６から出射されるようにレーザビーム２４に対して配置
されることが望ましい。
性を制御するため、光発散部材２２は、平面型導波路で
設計され、非反射面２６に入射する光が縦方向に延びる
外側面３４により部材２２内に閉じ込められて末端部３
６から出射されるようにレーザビーム２４に対して配置
されることが望ましい。
【００２５】空間フィルタ２０は、単体もしくは複数の
光発散部材２２からなってもよい。空間フィルタ２０
は、透明な非吸収性の光学材料から形成され、好ましく
は円形のアパーチャからなる単体の光発散部材２２から
構成できる。そのアパーチャは、非反射面２６と反射面
２８とを有し、入射レーザビーム２４の中心軸３１およ
び中心部３８がアパーチャの中心部の開口部を通過し
て、外周部４０が光発散部材２２に入射して反射面２８
に向け非反射面２６を通過し、外周部４０の不要な高次
空間周波数成分をアパーチャの中心およびレーザビーム
の中心軸３１から発散させるが、それには全内部反射を
使用することが望ましい。
光発散部材２２からなってもよい。空間フィルタ２０
は、透明な非吸収性の光学材料から形成され、好ましく
は円形のアパーチャからなる単体の光発散部材２２から
構成できる。そのアパーチャは、非反射面２６と反射面
２８とを有し、入射レーザビーム２４の中心軸３１およ
び中心部３８がアパーチャの中心部の開口部を通過し
て、外周部４０が光発散部材２２に入射して反射面２８
に向け非反射面２６を通過し、外周部４０の不要な高次
空間周波数成分をアパーチャの中心およびレーザビーム
の中心軸３１から発散させるが、それには全内部反射を
使用することが望ましい。
【００２６】本発明はさらに、高いパワー密度のレーザ
ビームを空間的にフィルタリングさせる方法も含む。レ
ーザビームを空間的にフィルタリングさせる方法は、低
次空間周波数成分と高次空間周波数成分とからなるレー
ザビームを提供し、その高次空間周波数成分を低次空間
周波数成分から非吸収的に発散させ遠ざけることからな
る。レーザビームを提供する工程は、一次元方向に高い
パワー密度に集光されたレーザビームをフーリエ変換す
る工程からなることが望ましい。また、非吸収的に発散
させる工程は、高次空間周波数成分を反射させて、その
高次空間周波数成分は透明光学材料内を透過させる工程
からなることが望ましい。一次元方向にレーザビームを
フーリエ変換する手段は、ビームをライン状に変換する
ためにシリンドリカルレンズや他の手段により集光する
方法が望ましい。レーザビームをフーリエ変換すること
により、集光点またはその近傍において低次の空間周波
数成分を中心部分とすることができる。高次空間周波数
成分を発散させる工程はさらに、中心部の低次空間周波
数成分から外周部の高次空間周波数成分を非吸収的に反
射させて遠ざける工程からなる。高次の空間周波数成分
を発散させる方法としては、溶融シリカのような高品質
の透明で非吸収的な光学材料により、高次空間周波数成
分の光を反射させる方法が望ましい。非吸収的な反射面
を有する透明部材は、高次空間周波数成分が低次空間周
波数成分から分離するように入射される高次空間周波数
成分に対して配置することが望ましい。
ビームを空間的にフィルタリングさせる方法も含む。レ
ーザビームを空間的にフィルタリングさせる方法は、低
次空間周波数成分と高次空間周波数成分とからなるレー
ザビームを提供し、その高次空間周波数成分を低次空間
周波数成分から非吸収的に発散させ遠ざけることからな
る。レーザビームを提供する工程は、一次元方向に高い
パワー密度に集光されたレーザビームをフーリエ変換す
る工程からなることが望ましい。また、非吸収的に発散
させる工程は、高次空間周波数成分を反射させて、その
高次空間周波数成分は透明光学材料内を透過させる工程
からなることが望ましい。一次元方向にレーザビームを
フーリエ変換する手段は、ビームをライン状に変換する
ためにシリンドリカルレンズや他の手段により集光する
方法が望ましい。レーザビームをフーリエ変換すること
により、集光点またはその近傍において低次の空間周波
数成分を中心部分とすることができる。高次空間周波数
成分を発散させる工程はさらに、中心部の低次空間周波
数成分から外周部の高次空間周波数成分を非吸収的に反
射させて遠ざける工程からなる。高次の空間周波数成分
を発散させる方法としては、溶融シリカのような高品質
の透明で非吸収的な光学材料により、高次空間周波数成
分の光を反射させる方法が望ましい。非吸収的な反射面
を有する透明部材は、高次空間周波数成分が低次空間周
波数成分から分離するように入射される高次空間周波数
成分に対して配置することが望ましい。
【００２７】本発明は、空間フィルタと、レーザビーム
の外周部を非吸収的に発散させる手段からなる空間フィ
ルタリングシステムを含む。外周部を非吸収的に発散さ
せる手段としては、レーザビームの外周部にある光を反
射させて逃す一方で、レーザビームの内周部にある光は
発散させない手段を含むことが望ましい。本発明は、高
次空間周波数成分と低次空間周波数成分とを有するレー
ザビーム用の空間フィルタを提供し、そのフィルタは、
先の低次空間周波数成分から高次空間周波数成分を非吸
収的に発散させて遠ざける手段からなる。非吸収的に発
散させる手段は、高次空間周波数成分を反射させる手段
を有する透明光学部材からなり、さらに反射させる手段
は全内部反射する屈折率界面からなることが望ましい。
の外周部を非吸収的に発散させる手段からなる空間フィ
ルタリングシステムを含む。外周部を非吸収的に発散さ
せる手段としては、レーザビームの外周部にある光を反
射させて逃す一方で、レーザビームの内周部にある光は
発散させない手段を含むことが望ましい。本発明は、高
次空間周波数成分と低次空間周波数成分とを有するレー
ザビーム用の空間フィルタを提供し、そのフィルタは、
先の低次空間周波数成分から高次空間周波数成分を非吸
収的に発散させて遠ざける手段からなる。非吸収的に発
散させる手段は、高次空間周波数成分を反射させる手段
を有する透明光学部材からなり、さらに反射させる手段
は全内部反射する屈折率界面からなることが望ましい。
【００２８】本発明はさらに、光導波路内にグレーティ
ングを形成する方法、さらに好ましくは光導波路ファイ
バ内にブラッググレーティングを形成する方法を含む。
グレーティングを形成する方法は、レーザビームを発生
させる工程を含む。この方法は、中心軸を有するライン
状に集光したレーザビームを生成するために第一の一次
元方向にレーザビームを集光し、一次元方向に空間的に
フィルタリングされたレーザビームを生成するために非
吸収的な透明な反射部材を用いてライン状に集光された
レーザビームの中心軸からライン状に集光されたレーザ
ビームの外周部を非吸収的に発散させることによりフー
リエ変換する工程を含む。この方法はさらに、グレーテ
ィングを形成するために空間フィルタリングされたレー
ザビームを用いて干渉パターンを形成する工程を含む。
光導波路ファイバ内に屈折率グレーティングを形成する
方法としては、紫外線レーザを使用することが望まし
い。
ングを形成する方法、さらに好ましくは光導波路ファイ
バ内にブラッググレーティングを形成する方法を含む。
グレーティングを形成する方法は、レーザビームを発生
させる工程を含む。この方法は、中心軸を有するライン
状に集光したレーザビームを生成するために第一の一次
元方向にレーザビームを集光し、一次元方向に空間的に
フィルタリングされたレーザビームを生成するために非
吸収的な透明な反射部材を用いてライン状に集光された
レーザビームの中心軸からライン状に集光されたレーザ
ビームの外周部を非吸収的に発散させることによりフー
リエ変換する工程を含む。この方法はさらに、グレーテ
ィングを形成するために空間フィルタリングされたレー
ザビームを用いて干渉パターンを形成する工程を含む。
光導波路ファイバ内に屈折率グレーティングを形成する
方法としては、紫外線レーザを使用することが望まし
い。
【００２９】グレーティングを形成する方法はさらに、
第２の一次元方向にライン状に集光されたレーザビーム
を生成するために、一次元方向に空間フィルタリングさ
れたレーザビームを第２の一次元方向に集光し、二次元
方向に空間フィルタリングされたレーザビームを生成す
るために、非吸収的な透明な反射部材を用いて第２の一
次元方向にライン状に集光されたレーザビームの外周部
を非吸収的に発散させ、グレーティングを形成するため
に二次元方向に空間フィルタリングされたレーザビーム
を用いて干渉パターンを形成する工程を含む。
第２の一次元方向にライン状に集光されたレーザビーム
を生成するために、一次元方向に空間フィルタリングさ
れたレーザビームを第２の一次元方向に集光し、二次元
方向に空間フィルタリングされたレーザビームを生成す
るために、非吸収的な透明な反射部材を用いて第２の一
次元方向にライン状に集光されたレーザビームの外周部
を非吸収的に発散させ、グレーティングを形成するため
に二次元方向に空間フィルタリングされたレーザビーム
を用いて干渉パターンを形成する工程を含む。
【００３０】レーザビームの外周部を発散させるために
使用される反射部材は、レーザビームの波長に対して透
明な溶融シリカから形成されることが望ましい。
使用される反射部材は、レーザビームの波長に対して透
明な溶融シリカから形成されることが望ましい。
【００３１】レーザビームを発生させる方法としては、
高いパワー密度のレーザビームを発生させ、特に紫外線
の高いパワー密度のレーザビームを発生させることが望
ましい。
高いパワー密度のレーザビームを発生させ、特に紫外線
の高いパワー密度のレーザビームを発生させることが望
ましい。
【００３２】図３に示した方法および装置を使用して光
導波路ファイバ５７にグレーティング５８を形成した。
高いパワー密度のレーザビーム４４を提供する手段４２
は、ＸｅＦレーザ（３５１ｎｍ）を用いてクマリンの４
８０ｎｍの青色色素を有する色素レーザを励起させて、
その４８０ｎｍ波長のレーザビームを周波数倍波結晶に
より２４０ｎｍのレーザビームを発生させる工程からな
る。手段４２が提供するレーザビームはさらに、２４０
ｎｍの波長を有する高いパワー密度の紫外線レーザビー
ム４４を提供するため、周波数倍波結晶から放射される
４８０ｎｍの光をフィルタ出力する４つのプリズムビー
ム分離フィルタを含む。高いパワー密度の紫外線レーザ
ビームを提供する他の手段としては、２４８ｎｍのＫｒ
Ｆ励起レーザのような励起レーザでもよい。レーザビー
ム４４をフーリエ変換し集光するための手段４６は、シ
リンドリカルレンズからなる。シリンドリカルレンズ４
６は、光発散部材間の空気ギャップスペースにおいてフ
ーリエ変換されたライン状に集光されたビームを空間フ
ィルタに供給するために、一次元方向にレーザビーム４
４を集光した。レンズ４６により、集光点および空間フ
ィルタ２０の箇所およびその近隣において、高次空間周
波数成分を有する外周部と低次空間周波数成分を有する
内周部とを有するフーリエ変換されライン状に集光され
たレーザビーム２４が提供された。空間フィルタ２０
は、高純度の紫外線励起グレードの溶融シリカの矩形ブ
ロックである光発散部材２２からなる。９０°のエッジ
を有する光学矩形ブロック部材は簡単に形成できること
から、光発散部材２２は矩形ブロックで形作られること
が望ましい。光発散部材２２は、外周部の高次空間周波
数成分の光４０が矢印で示されるように非反射面２６を
透過して反射面２８により発散するように、ライン状に
集光されたレーザビーム２４に対して配置した。内周部
の低次空間周波数成分の光３８は、非反射面２６および
反射面２８により形成された光屈折部材２２の角と角の
間の空気ギャップを通過した。光発散部材２２は、ほぼ
３ｃｍ×２ｃｍ、厚み０．５ｃｍの寸法の矩形ブロック
であった。光発散部材はまた、約１ｍｍ（０．１ｃｍ）
から２ｃｍの範囲の厚みであってもよく、レーザビーム
の寸法や光学テーブルのブラケットへの搭載に適した長
さや幅であってもよい。空間フィルタから出射され空間
的にフィルタリングされたレーザビーム３２は、高いパ
ワー密度の中心ローブ５０と低いパワー密度の外周ロー
ブ５２からなる。外周ローブ５２は、低いパワー密度の
外周ローブ５２を十分に吸収可能で標準的なＢＫ−７の
光学ガラスからなるビーム遮断部材４８により吸収され
た。一次元方向に空間フィルタリングされたビーム５４
は、干渉パターン形成手段５６へと伝搬した。干渉パタ
ーン形成手段５６は、レーザビーム５４を二つの分離さ
れたビームへと分割して干渉パターンを形成するために
この二つのビームを再結合させる干渉装置からなる。干
渉パターン形成手段５６はまた、位相マスクのような光
導波路５７に干渉パターンを形成できる他の手段であっ
てもよい。約２００ｍＪ／ｐｕｌｓｅ／ｃｍ２のフルエ
ンスレベルを有する高いパワー密度の一次元方向に空間
フィルタリングされたレーザビーム５４を用いて、光導
波路５７上に干渉パターンを形成した。光導波路５７
は、コーニングのＳＭＦ／ＤＳの光導波路ファイバーの
セグメントからなり、そのようなファイバーは光感度性
を向上させるために水素を付加することが望ましい。
導波路ファイバ５７にグレーティング５８を形成した。
高いパワー密度のレーザビーム４４を提供する手段４２
は、ＸｅＦレーザ（３５１ｎｍ）を用いてクマリンの４
８０ｎｍの青色色素を有する色素レーザを励起させて、
その４８０ｎｍ波長のレーザビームを周波数倍波結晶に
より２４０ｎｍのレーザビームを発生させる工程からな
る。手段４２が提供するレーザビームはさらに、２４０
ｎｍの波長を有する高いパワー密度の紫外線レーザビー
ム４４を提供するため、周波数倍波結晶から放射される
４８０ｎｍの光をフィルタ出力する４つのプリズムビー
ム分離フィルタを含む。高いパワー密度の紫外線レーザ
ビームを提供する他の手段としては、２４８ｎｍのＫｒ
Ｆ励起レーザのような励起レーザでもよい。レーザビー
ム４４をフーリエ変換し集光するための手段４６は、シ
リンドリカルレンズからなる。シリンドリカルレンズ４
６は、光発散部材間の空気ギャップスペースにおいてフ
ーリエ変換されたライン状に集光されたビームを空間フ
ィルタに供給するために、一次元方向にレーザビーム４
４を集光した。レンズ４６により、集光点および空間フ
ィルタ２０の箇所およびその近隣において、高次空間周
波数成分を有する外周部と低次空間周波数成分を有する
内周部とを有するフーリエ変換されライン状に集光され
たレーザビーム２４が提供された。空間フィルタ２０
は、高純度の紫外線励起グレードの溶融シリカの矩形ブ
ロックである光発散部材２２からなる。９０°のエッジ
を有する光学矩形ブロック部材は簡単に形成できること
から、光発散部材２２は矩形ブロックで形作られること
が望ましい。光発散部材２２は、外周部の高次空間周波
数成分の光４０が矢印で示されるように非反射面２６を
透過して反射面２８により発散するように、ライン状に
集光されたレーザビーム２４に対して配置した。内周部
の低次空間周波数成分の光３８は、非反射面２６および
反射面２８により形成された光屈折部材２２の角と角の
間の空気ギャップを通過した。光発散部材２２は、ほぼ
３ｃｍ×２ｃｍ、厚み０．５ｃｍの寸法の矩形ブロック
であった。光発散部材はまた、約１ｍｍ（０．１ｃｍ）
から２ｃｍの範囲の厚みであってもよく、レーザビーム
の寸法や光学テーブルのブラケットへの搭載に適した長
さや幅であってもよい。空間フィルタから出射され空間
的にフィルタリングされたレーザビーム３２は、高いパ
ワー密度の中心ローブ５０と低いパワー密度の外周ロー
ブ５２からなる。外周ローブ５２は、低いパワー密度の
外周ローブ５２を十分に吸収可能で標準的なＢＫ−７の
光学ガラスからなるビーム遮断部材４８により吸収され
た。一次元方向に空間フィルタリングされたビーム５４
は、干渉パターン形成手段５６へと伝搬した。干渉パタ
ーン形成手段５６は、レーザビーム５４を二つの分離さ
れたビームへと分割して干渉パターンを形成するために
この二つのビームを再結合させる干渉装置からなる。干
渉パターン形成手段５６はまた、位相マスクのような光
導波路５７に干渉パターンを形成できる他の手段であっ
てもよい。約２００ｍＪ／ｐｕｌｓｅ／ｃｍ２のフルエ
ンスレベルを有する高いパワー密度の一次元方向に空間
フィルタリングされたレーザビーム５４を用いて、光導
波路５７上に干渉パターンを形成した。光導波路５７
は、コーニングのＳＭＦ／ＤＳの光導波路ファイバーの
セグメントからなり、そのようなファイバーは光感度性
を向上させるために水素を付加することが望ましい。
【００３３】ここで使用された空間フィルタリングされ
たレーザビームと空間フィルタリングされないレーザビ
ームとの差を干渉パターン形成手段５６に対して比較す
るため、ファイバブラッググレーティングを光ファイバ
セグメント上に形成した。図４は、空間フィルタリング
されないレーザビームを使用して形成したファイバブラ
ッググレーティングの反射スペクトラムである。図５
は、空間フィルタされたレーザビームを発生させるため
に本発明の空間フィルタを使用して形成したファイバブ
ラッググレーティングの反射スペクトラムである。図５
のグレーティングを形成した空間フィルタと図４のグレ
ーティングを形成した非空間フィルタとを比較すると、
本発明の反射非吸収透明空間フィルタおよび高いパワー
密度の紫外線レーザビームを使用した方法により、所望
の高い反射率バンド６２の外側の不要な反射率サイドロ
ーブ６０のレベルが低減された光導波路グレーティング
が形成されたことがわかる。図５の反射率サイドローブ
６０の低減された質と量は、図４のサイドローブ６０に
対して優れたものである。図８は、周波数倍波結晶に入
射する前にシリカブロックにより抽出した４８０ｎｍの
青色波長ビームにより、空間フィルタリングされたレー
ザビームを生成するために本発明による空間フィルタを
使用して形成したファイバブラッググレーティングの反
射スペクトラムである。図８のグレーティングを形成し
た空間フィルタは、所望の高い反射率バンド６２の外側
の不要な反射率サイドローブ６０が極めて低く（−３９
ｄＢ以下）、良好なものである。図８の本発明のファイ
バブラッググレーティングは、約１．５ｎｍのバンド幅
を有する高い反射率バンド６２の外側にあるサイドロー
ブ６０がなく、−３９ｄＢ以上の反射率の抑圧比を有す
る。本発明は、高い反射率バンドを有し、そのバンドの
外側にあるサイドローブがなく、−３９ｄＢ以上の反射
率の抑圧比を有するファイバブラッググレーティングを
含む。本発明はさらに、そのファイバブラッググレーテ
ィングの形成方法をも含み、そのファイバブラッググレ
ーティング形成方法は、−３９ｄＢ以上の反射率抑圧比
のサイドローブを有するファイバブラッググレーティン
グを形成するためのレーザビームの空間フィルタリング
工程を含む。
たレーザビームと空間フィルタリングされないレーザビ
ームとの差を干渉パターン形成手段５６に対して比較す
るため、ファイバブラッググレーティングを光ファイバ
セグメント上に形成した。図４は、空間フィルタリング
されないレーザビームを使用して形成したファイバブラ
ッググレーティングの反射スペクトラムである。図５
は、空間フィルタされたレーザビームを発生させるため
に本発明の空間フィルタを使用して形成したファイバブ
ラッググレーティングの反射スペクトラムである。図５
のグレーティングを形成した空間フィルタと図４のグレ
ーティングを形成した非空間フィルタとを比較すると、
本発明の反射非吸収透明空間フィルタおよび高いパワー
密度の紫外線レーザビームを使用した方法により、所望
の高い反射率バンド６２の外側の不要な反射率サイドロ
ーブ６０のレベルが低減された光導波路グレーティング
が形成されたことがわかる。図５の反射率サイドローブ
６０の低減された質と量は、図４のサイドローブ６０に
対して優れたものである。図８は、周波数倍波結晶に入
射する前にシリカブロックにより抽出した４８０ｎｍの
青色波長ビームにより、空間フィルタリングされたレー
ザビームを生成するために本発明による空間フィルタを
使用して形成したファイバブラッググレーティングの反
射スペクトラムである。図８のグレーティングを形成し
た空間フィルタは、所望の高い反射率バンド６２の外側
の不要な反射率サイドローブ６０が極めて低く（−３９
ｄＢ以下）、良好なものである。図８の本発明のファイ
バブラッググレーティングは、約１．５ｎｍのバンド幅
を有する高い反射率バンド６２の外側にあるサイドロー
ブ６０がなく、−３９ｄＢ以上の反射率の抑圧比を有す
る。本発明は、高い反射率バンドを有し、そのバンドの
外側にあるサイドローブがなく、−３９ｄＢ以上の反射
率の抑圧比を有するファイバブラッググレーティングを
含む。本発明はさらに、そのファイバブラッググレーテ
ィングの形成方法をも含み、そのファイバブラッググレ
ーティング形成方法は、−３９ｄＢ以上の反射率抑圧比
のサイドローブを有するファイバブラッググレーティン
グを形成するためのレーザビームの空間フィルタリング
工程を含む。
【００３４】本発明のさらなる具体的実施の形態として
は、図６に示すように、二次元方向に完全に空間フィル
タリングされたレーザビーム６４を使用して、導波路５
７にグレーティング５８を形成する装置および方法を提
供する。一次元方向に空間フィルタリングされたレーザ
ビーム３２は、レーザビームをフーリエ変換する第２の
集光手段４６および第２の非吸収透明空間フィルタリン
グ手段２０を使用して他の一次元方向に空間フィルタリ
ングされる。一次元方向に空間フィルタリングされたレ
ーザビーム３２は、さらにライン状に集光されたレーザ
ビーム６３を形成するため、第１のシリンドリカルレン
ズ４６に対して９０゜に回転して配置された第２のシリ
ンドリカルレンズにより、第２の一次元方向に集光され
る。さらにライン状に集光されたレーザビーム６３は、
さらにライン状に集光されたレーザビーム６３に合致す
るように第１の空間フィルタ２０に対して９０゜に回転
して配置された第２の空間フィルタ２０により空間フィ
ルタリングされる。二次元方向に空間フィルタリングさ
れたレーザビーム６４は、干渉パターン形成手段５６へ
と伝搬される。屈折率グレーティング５８はその後、二
次元に空間フィルタリングされた高いパワー密度の紫外
線レーザビーム６４を使用して光導波路５７に書き込ま
れる。この空間フィルタリングされたレーザビームを用
いて形成されたファイバブラッググレーティングは、反
射率サイドローブのレベルをさらに向上した高品質のも
のとなる。
は、図６に示すように、二次元方向に完全に空間フィル
タリングされたレーザビーム６４を使用して、導波路５
７にグレーティング５８を形成する装置および方法を提
供する。一次元方向に空間フィルタリングされたレーザ
ビーム３２は、レーザビームをフーリエ変換する第２の
集光手段４６および第２の非吸収透明空間フィルタリン
グ手段２０を使用して他の一次元方向に空間フィルタリ
ングされる。一次元方向に空間フィルタリングされたレ
ーザビーム３２は、さらにライン状に集光されたレーザ
ビーム６３を形成するため、第１のシリンドリカルレン
ズ４６に対して９０゜に回転して配置された第２のシリ
ンドリカルレンズにより、第２の一次元方向に集光され
る。さらにライン状に集光されたレーザビーム６３は、
さらにライン状に集光されたレーザビーム６３に合致す
るように第１の空間フィルタ２０に対して９０゜に回転
して配置された第２の空間フィルタ２０により空間フィ
ルタリングされる。二次元方向に空間フィルタリングさ
れたレーザビーム６４は、干渉パターン形成手段５６へ
と伝搬される。屈折率グレーティング５８はその後、二
次元に空間フィルタリングされた高いパワー密度の紫外
線レーザビーム６４を使用して光導波路５７に書き込ま
れる。この空間フィルタリングされたレーザビームを用
いて形成されたファイバブラッググレーティングは、反
射率サイドローブのレベルをさらに向上した高品質のも
のとなる。
【００３５】本発明は、本発明の目的や視野からそれな
い範囲において、本発明の方法および装置において様々
な修正や変更が可能であることは明らかである。本発明
は。請求項やその同等物の視野の範囲で提供される修正
内容や変更内容をもカバーするものである。
い範囲において、本発明の方法および装置において様々
な修正や変更が可能であることは明らかである。本発明
は。請求項やその同等物の視野の範囲で提供される修正
内容や変更内容をもカバーするものである。
【図１】光を実線で示した本発明の空間フィルタの概略
図
図
【図２】フーリエ変換されたレーザビームの空間周波数
分布を示したグラフ図
分布を示したグラフ図
【図３】本発明の光学システムおよび方法を示した概略
図
図
【図４】従来のファイバブラッググレーティングの反射
スペクトラム
スペクトラム
【図５】本発明により形成されたファイバブラッググレ
ーティングの反射スペクトラム
ーティングの反射スペクトラム
【図６】本発明の光学システムおよび方法を示した概略
図
図
【図７】全内部反射の必要条件を説明する概略図
【図８】本発明により形成されたファイバブラッググレ
ーティングの反射スペクトラム
ーティングの反射スペクトラム
２０ 空間フィルタ ２２ 光発散部材 ２４ レーザビーム ２６ 非反射面 ２８ 反射面 ３７ プレート ４４ レーザビーム ４６ シリンドリカルレンズ ４８ ビーム遮断部材 ５６ 干渉パターン形成手段 ５７ 光導波路 ５８ グレーティング ６０ 反射率サイドローブ ６２ 反射率バンド
Claims (23)
- 【請求項１】 光発散部材からなることを特徴とするレ
ーザビーム空間フィルタ。 - 【請求項２】 前記光発散部材が、非吸収光学材料から
なることを特徴とする請求項１記載のレーザビーム空間
フィルタ。 - 【請求項３】 前記光発散部材が、透明光学材料からな
ることを特徴とする請求項１記載のレーザビーム空間フ
ィルタ。 - 【請求項４】 前記光発散部材が、溶融シリカからなる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザビーム空間フィ
ルタ。 - 【請求項５】 前記光発散部材が、反射面からなること
を特徴とする請求項１記載のレーザビーム空間フィル
タ。 - 【請求項６】 前記光発散部材が、透明光学材料および
非反射面からなることを特徴とする請求項５記載のレー
ザビーム空間フィルタ。 - 【請求項７】 中心軸を有するレーザビームの外周部の
高次空間周波数成分光が、前記反射面により前記レーザ
ビームの前記中心軸から非吸収的に発散し遠ざけられる
ことを特徴とする請求項５記載のレーザビーム空間フィ
ルタ。 - 【請求項８】 レーザビームの空間フィルタリング方法
において、該方法が、 低次空間周波数成分と高次空間周波数成分からなるレー
ザビームを提供する工程と、 前記低次空間周波数成分から前記高次空間周波数成分を
非吸収的に発散させ遠ざける工程からなるレーザビーム
空間フィルタリング方法。 - 【請求項９】 前記レーザビームを提供する工程が、前
記レーザビームをフーリエ変換する工程をさらに含むこ
とを特徴とする請求項８記載のレーザビーム空間フィル
タリング方法。 - 【請求項１０】 前記レーザビームを提供する工程が、
高いパワー密度のレーザビームを一次元方向に集光する
工程をさらに含むことを特徴とする請求項８記載のレー
ザビーム空間フィルタリング方法。 - 【請求項１１】 前記非吸収的に発散させ遠ざける工程
が、前記高次空間周波数成分を反射させる工程をさらに
含むことを特徴とする請求項１０記載のレーザビーム空
間フィルタリング方法。 - 【請求項１２】 前記非吸収的に発散させ遠ざける工程
が、透明光学材料中を前記高次空間周波数成分を透過さ
せる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載
のレーザビーム空間フィルタリング方法。 - 【請求項１３】 レーザビームが高次空間周波数成分と
低次空間周波数成分とを有し、前記低次空間周波数成分
から高次空間周波数成分を非吸収的に発散させ遠ざける
手段からなるレーザビーム空間フィルタ。 - 【請求項１４】 前記非吸収的に発散させ遠ざける手段
が、前記高次空間周波数成分を反射させる手段を有する
透明光学部材からなることを特徴とする請求項１３記載
のレーザビーム空間フィルタ。 - 【請求項１５】 前記反射させる手段が、全内部反射を
伴う屈折率界面からなることを特徴とする請求項１４記
載のレーザビーム空間フィルタ。 - 【請求項１６】 グレーティング作製方法において、該
方法が、 レーザビームを生成する工程と、、 中心軸を有するライン状に集光されたレーザビームを形
成するために、第１の一次元方向に前記レーザビームを
集光する工程と、 一次元方向に空間フィルタリングされたレーザビームを
形成するために、反射部材とともに前記ライン状に集光
されたレーザビームの中心軸から前記ライン状に集光さ
れたレーザビームの外周部を非吸収的に発散させ遠ざけ
る工程と、 グレーティングを作製するために前記空間フィルタリン
グされたレーザビームとともに干渉パターンを形成する
工程からなることを特徴とするグレーティング作製方
法。 - 【請求項１７】 前記方法が、 さらなるライン状に集光されたレーザビームを形成する
ために、第２の一次元方向に前記一次元方向に空間フィ
ルタリングされたレーザビームを集光する工程と、 二次元方向に空間フィルタリングされたレーザビームを
形成するために、反射部材により前記さらなるライン状
に集光されたレーザビームの外周部を非吸収的に発散さ
せ遠ざける工程と、 グレーティングを作製するために、前記二次元方向に空
間フィルタリングされたレーザビームにより干渉パター
ンを形成する工程とを、さらに含むことを特徴とする請
求項１６記載のグレーティング作製方法。 - 【請求項１８】 前記反射部材が、溶融シリカからなる
ことを特徴とする請求項１６記載のグレーティング作製
方法。 - 【請求項１９】 前記レーザビームを生成する工程がさ
らに、高いパワー密度のレーザビームを生成することか
らなることを特徴とする請求項１６記載のグレーティン
グ作製方法。 - 【請求項２０】 前記高いパワー密度のレーザビームを
生成する工程がさらに、紫外線レーザビームを生成する
ことからなることを特徴とする請求項１９記載のグレー
ティング作製方法。 - 【請求項２１】 前記グレーティングを作製するために
前記空間フィルタリングされたレーザビームにより干渉
パターンを形成する工程がさらに、光導波路に屈折率変
化を生成するよう前記光導波路に干渉パターンを形成す
ることからなることを特徴とする請求項１６記載のグレ
ーティング作製方法。 - 【請求項２２】 グレーティング作製方法において、該
方法が、 レーザビームを生成する工程と、、 中心軸を有するライン状に集光されたレーザビームを形
成するために、第１の一次元方向に前記レーザビームを
集光する工程と、 一次元方向に空間フィルタリングされたレーザビームを
形成するために、反射部材により前記ライン状に集光さ
れたレーザビームの中心軸から前記ライン状に集光され
たレーザビームの外周部を非吸収的に発散させ遠ざける
工程と、 −３９ｄＢ以上の反射率の抑圧されたサイドローブを有
するファイバブラッググレーティングを作製するため、
前記空間フィルタリングされたレーザビームにより干渉
パターンを形成する工程からなることを特徴とするグレ
ーティング作製方法。 - 【請求項２３】 高い反射率バンドを有し、該高い反射
率バンドの外側に多数のサイドローブを有し、前記バン
ドの外側の前記サイドローブが前記バンドに対して−３
９ｄＢ以下の反射率を有することを特徴とするファイバ
ブラッググレーティング。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4785997P | 1997-05-29 | 1997-05-29 | |
| US047859 | 1997-05-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1152299A true JPH1152299A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=21951409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10147545A Pending JPH1152299A (ja) | 1997-05-29 | 1998-05-28 | 高出力レーザビーム用空間フィルタ |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6178045B1 (ja) |
| EP (1) | EP0881515B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1152299A (ja) |
| KR (1) | KR19980087217A (ja) |
| CN (1) | CN1145822C (ja) |
| AU (1) | AU742070B2 (ja) |
| BR (1) | BR9801659A (ja) |
| CA (1) | CA2237653A1 (ja) |
| DE (1) | DE69822362T2 (ja) |
| ID (1) | ID20355A (ja) |
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| US7394594B2 (en) | 2006-05-08 | 2008-07-01 | Bright View Technologies, Inc. | Methods for processing a pulsed laser beam to create apertures through microlens arrays |
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| CN103176281B (zh) * | 2011-12-22 | 2015-04-15 | 福州高意通讯有限公司 | 一种高功率激光空间滤波器的制作方法 |
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