JP2000310705A - 回折格子を形成する方法および装置 - Google Patents

回折格子を形成する方法および装置

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JP2000310705A JP2000099798A JP2000099798A JP2000310705A JP 2000310705 A JP2000310705 A JP 2000310705A JP 2000099798 A JP2000099798 A JP 2000099798A JP 2000099798 A JP2000099798 A JP 2000099798A JP 2000310705 A JP2000310705 A JP 2000310705A
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タタ アドデルクリム
Ryuu Kinbin
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザーを用いて回折格子の形成する。 【解決手段】 第１の屈折率を有する材料において回折
格子を形成する方法は、（ａ） 第１の超短レーザーパ
ルスを発生する工程と、（ｂ） 第２の超短レーザーパ
ルスを発生する工程と、（ｃ） 該第１および第２の超
短レーザーパルスを相互に交わるように位置決めし、該
材料内において干渉パターンを形成する工程であって、
該干渉パターンが該材料の該第１の屈折率から対応する
周期変化を引き起こす周期的強度変動を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子の形成に
関し、特に、レーザーを用いた光ファイバにおける回折
格子の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを介する通信速度は、単一の
光ファイバを介して複数のチャンネルを送信するため
に、ＷＤＭを用いることにより増加され得る。これら複
数のチャンネルは、データストリームへ入力された各チ
ャンネルを個々の波長において変調することにより、そ
の単一の光ファイバを通して同時に送信され得る。
【０００３】異なる波長で変調された信号は、回折格子
を用いて、光ファイバに、あるいは光ファイバから結合
され得る。回折格子は、所定の波長に対応する所定の周
期に基づいて、光ファイバの屈折率を空間的に変調する
ことにより、光ファイバ内に形成され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】レーザーを用いて、例
えば、光ファイバに回折格子の形成することが、本発明
の目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの局面によ
ると、第１の屈折率を有する材料において回折格子を形
成する方法は、（ａ） 第１の超短レーザーパルスを発
生する工程と、（ｂ）第２の超短レーザーパルスを発生
する工程と、（ｃ） 該第１および第２の超短レーザー
パルスを相互に交わるように位置決めし、該材料内にお
いて干渉パターンを形成する工程であって、該干渉パタ
ーンが該材料の該第１の屈折率から対応する周期変化を
引き起こす周期的強度変動を含む、工程とを含む。
【０００６】本発明の１つの実施形態によると、前記材
料は光ファイバであって、前記工程（ｃ）において、前
記干渉パターンが該光ファイバ内において形成され、該
光ファイバの前記第１の屈折率に対応する変化を引き起
こす。
【０００７】本発明の１つの実施形態によると、前記交
差する第１および第２の超短レーザーパルスが、前記光
ファイバ上に回折光学部材を位置決めする工程と、ソー
ス超短レーザーパルスを発生する工程と、該ソース超短
レーザーパルスを該回折光学部材へ集束する工程であっ
て、該回折光学部材が該第１および第２の交差する超短
レーザーパルスを生成する、工程とを含む工程により生
成される。
【０００８】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、該第１および第２の超
短パルスの自己集束を、それらが該光ファイバを介して
透過するときにもたらすように構成される。
【０００９】本発明の１つの実施形態によると、前記光
ファイバが、クラッディングにより包囲されたコアを含
み、前記第１および第２の超短パルスが、それらが該ク
ラッディングを介して透過するときに自己集束し、それ
らが該コアを介して透過するときに該第１および第２の
超短パルスの自己集束が増加する。
【００１０】本発明の１つの実施形態によると、前記コ
アがコア屈折率を有し、前記クラッディングがクラッデ
ィング屈折率を有し、該コアがゲルマニウムを含み、該
クラッディング屈折率よりも該コア屈折率により大きな
変化を起こす。
【００１１】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、周期的強度変動のフィ
リングフラクションを約５０パーセント低減するように
構成される。
【００１２】本発明の１つの実施形態によると、前記回
折光学部材が前記光ファイバに調整可能に結合され、前
記方法が、前記集束された超短レーザーパルス、または
該結合された光ファイバおよび回折光学部材のいずれか
一方を、他方に対してスキャンする工程を含む。
【００１３】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短レーザーパルスが、前記光ファイバ
の前記屈折率に０．０１よりも大きい割合変化を起こす
ように調節されたそれぞれの強度を有する。
【００１４】本発明の１つの実施形態によると、前記ソ
ース超短レーザーパルスが、４００ｎｍから３０００ｎ
ｍの間の波長を有する。
【００１５】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、多光子効果をもたらす
ように構成され、該光ファイバの前記第１の屈折率から
の前記変化を増加させる。
【００１６】本発明の１つの実施形態によると、前記材
料が、表面を有する透明な材料であって、前記干渉パタ
ーンが、前記第１および第２の超短レーザーパルスを、
該表面を介して該透明な材料へ方向づけることにより形
成され、該透明な材料の該表面から下へ５０μｍよりも
大きい深さにおいて、干渉パターンおよび該透明な材料
における前記第１の屈折率からの周期変化を形成する。
【００１７】本発明の別の局面によると、第１の屈折率
を有する光ファイバにおいて回折格子を形成する装置で
あって、（ａ） 第１および第２の超短レーザーパルス
を発生する手段と、（ｂ） 該第１および第２の超短レ
ーザーパルスを相互に交わるように位置決めし、該光フ
ァイバ内において干渉パターンを形成する手段とを含
み、該干渉パターンが該光ファイバの該第１の屈折率か
らの対応する周期的な変化を引き起こす周期的な強度変
動を含む。
【００１８】本発明の１つの実施形態によると、ソース
超短レーザーパルスを発生するレーザーと、該ソース超
短レーザーパルスを集束する、集束レンズと、該集束さ
れたソース超短パルスレーザービームを受け取り、前記
第１および第２の超短レーザーパルスを供給する、回折
光学部材とを含む。
【００１９】本発明の１つの実施形態によると、前記回
折部材が、前記光ファイバに調整可能に結合されてお
り、前記装置が、集束された第３の超短レーザーパル
ス、および該結合された光ファイバと回折光学部材の一
方を調節する、アクチュエータと該アクチュエータを制
御し、該集束された第３の超短レーザーパルスを、該結
合された光ファイバおよび回折光学部材に対してスキャ
ンする、コントローラとをさらに含む。
【００２０】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、該第１および第２の超
短パルスの自己集束を、それらが該光ファイバを介して
透過するときにもたらすように構成される。
【００２１】前記光ファイバが、クラッディング屈折率
を有するクラッディングにより包囲された、コア屈折率
を有するコアを含み、該コアがゲルマニウムを含み、該
クラッディング屈折率よりも該コア屈折率により大きな
変化を起こす。
【００２２】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスが、周期的強度変動のフィリ
ングフラクションを約５０パーセント低減するように構
成される。
【００２３】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短レーザーパルスが、前記光ファイバ
の前記屈折率に０．０１よりも大きい割合変化を起こす
ように調節されたそれぞれの強度を有する。
【００２４】本発明の１つの実施形態によると、前記ソ
ース超短レーザーパルスが、４００ｎｍから３０００ｎ
ｍの間の波長を有する。
【００２５】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、多光子効果をもたらす
ように構成され、該光ファイバの前記第１の屈折率から
の前記変化を増加させる。
【００２６】本発明のさらに別の局面によると、その中
に形成された回折格子を有する光ファイバは、該回折格
子は上記の方法により形成されている。
【００２７】本発明の１つの実施形態によると、前記回
折格子は５０パーセントよりも小さいフィリングファク
タを有する。
【００２８】本発明の１つの実施形態によると、前記光
ファイバの前記屈折率の前記周期的変動は、該屈折率の
０．０１よりも大きい割合変化を有する該屈折率のピー
ク変動を含む。
【００２９】本発明の１つの実施形態によると、前記コ
アがコア屈折率を有し、前記クラッディングがクラッデ
ィング屈折率を有し、該コアがゲルマニウムを含み、該
クラッディング屈折率よりも該コア屈折率により大きな
変化を起こす。
【００３０】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短パルスの相互に対する位置決め、該
第１および第２の超短パルスのそれぞれの動作特性、な
らびに前記光ファイバの構成が、周期的強度変動のフィ
リングフラクションを約５０パーセント低減するように
構成される。
【００３１】本発明の１つの実施形態によると、前記第
１および第２の超短レーザーパルスが、前記光ファイバ
の前記屈折率に０．０１よりも大きい割合変化を起こす
ように調節されたそれぞれの強度を有する。
【００３２】本発明のさらに別の局面によると、その中
に形成された回折格子を有する材料は、該回折格子が上
記の方法により形成されている。
【００３３】本発明の１つの実施形態によると、前記材
料が、表面を有する透明な材料であって、該透明な材料
の該表面から下へ５０μｍよりも大きい深さにおいて、
前記干渉パターンおよび該透明な材料における前記第１
の屈折率からの周期変化を形成する。
【００３４】本発明の１つの実施形態によると、前記透
明な材料が、アンドープドシリカである。
【００３５】本発明は、光ファイバ内に回折格子を形成
する方法および装置を提供する。第１および第２の超短
レーザーパルスを発生させる。第１および第２の超短レ
ーザーパルスは交差するように方向づけられ、光ファイ
バ内に周期的な強度の変動を含む干渉パターンを形成す
る。この周期的強度変動は、光ファイバの屈折率に対応
する周期変化を引き起こす。
【００３６】本発明のある局面において、第１および第
２超短パルスの相互に対する位置決め、第１および第２
の超短パルスのそれぞれの動作特性、ならびに光ファイ
バの構成は、第１および第２の超短パルスが、それらが
光ファイバを介して透過するときに、自己集束するよう
に構成される。
【００３７】本発明の別の局面によると、本発明に基づ
いて製造された回折格子を含む光ファイバが提供され
る。
【００３８】上記の概略的記載および以下の詳細な説明
は共に、本発明の例示的なものであって、限定的でない
ことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明は、以下の詳細な説明か
ら、添付の図面に鑑みて読まれる際に最もよく理解され
る。図面の種々の部材の大きさは、慣習に従い縮尺では
ないことを強調する。逆に、種々の部材の寸法は、明瞭
にするため任意に拡大または縮小されている。
【００４０】ここで図面を参照すると、図１は本発明の
例示的な実施形態による光ファイバ１１６における回折
格子を形成する装置１００を示す。なお、全ての図面に
おいて、同じ符号は同じ部材を指す。レーザー１０２
は、超短レーザーパルス１０４を発生し、集束レンズ１
０６に向けられる。集束レンズ１０６は、超短レーザー
パルス１０４を集束して、集束超短レーザーパルス１０
８を形成し、このパルス１０８は回折光学部材１１０に
向けられる。
【００４１】回折光学部材１１０は、回折超短レーザー
パルス１１２を発生し、これらのパルス１１２は、光フ
ァイバ１１６内で相互に交じわる。光ファイバ１１６
は、クラッディング１１８に包囲されたコア１２０を含
む。コア１２０はコア屈折率を有し、クラッディング１
１８はクラッディング屈折率を有する。
【００４２】回折超短レーザーパルス１１２は、相互に
交わり、光ファイバ１１６内において干渉パターンを形
成する。干渉パターン（図２を参照しながら後述）は、
周期的な強度の変動を含み、この変動はコア屈折率およ
びクラッディング屈折率に対応する周期的な変化を引き
起こす。
【００４３】図１の例示的な実施形態において、回折光
学部材１１０は、光ファイバ１１６に調整可能に結合さ
れる。ある例示的な実施形態では、回折光学部材の周期
ΛDは、所望の回折格子の周期ΛGの２倍である。集束超
短レーザーパルス１０８は、回折光学部材１１０および
光ファイバ１１６に対してスキャンされ得る。スキャン
される距離は、光ファイバ１１６内に形成される回折格
子の所望の長さに対応する。ある例示的な実施形態で
は、干渉領域は光ファイバ１１６の長さに沿って、約１
００ミクロン広がる。ある例示的な実施形態では、集束
超短レーザーパルス１０８は、回折光学部材１１０に対
して、０．５ｍｍから１０ｃｍの間に渡る距離でスキャ
ンされる。
【００４４】スキャンレートは、干渉パターンに対する
光ファイバ１１６の所望の照射時間によって選択され得
る。スキャン速度が遅いほど、結果的に光ファイバ１１
６の干渉パターンへの照射時間がより長くなり得る。照
射時間が長いほど、光ファイバ１１６の屈折率により明
確な周期変化が形成され得る。スキャンレートは、レー
ザー１０２のパルス率および強度によってもまた変動し
得る。一定した照射レベルに対し、強度を増加すると、
より速いスキャンレートが可能になり得、ならびに、パ
ルス率が増加すると、より速いスキャンレートが可能に
なり得る。例えば、毎秒１００ミクロンのスキャンレー
トでの１ＫＨｚのレーザーパルス率は、毎秒１ミクロン
のスキャンレートでの１０Ｈｚのレーザーパルス率に相
当する照射を提供し得る。
【００４５】第１のアクチュエータ１２４は、レーザー
１０２および集束レンズ１０６を動かすために用いられ
得る。第１のアクチュエータ１２４は、集束超短レーザ
ーパルス１０８の焦点を調節するために、レーザー１０
２および集束レンズ１０６を光ファイバ１１６に対して
動かし得、ならびにレーザー１０２および集束レンズ１
０６を相互に対して動かし得る。第２のアクチュエータ
１２６は、結合された光ファイバ１１６および回折光学
部材１１０を集束超短レーザーパルス１０８に対して動
かすために用いられ得る。
【００４６】コントローラ１２２は、第１および第２の
アクチュエータ１２４および１２６の少なくとも１つを
制御するために用いられ得、集束超短レーザーパルス１
０８を回折光学部材１１０に対してスキャンする。コン
トローラ１２２は、集束超短レーザーパルス１０８の焦
点を調節するためにもまた第１のアクチュエータ１２４
を制御し得、ならびにレーザー１０２の動作特性（例え
ば、パルス幅、波長、強度、等）を制御し得る。
【００４７】図２は、回折光学部材１１０により発生す
る、第１の超短レーザーパルス２０２および第２の超短
レーザーパルス２０４の交差を示す。この例示的な実施
形態において、第１および第２の超短レーザーパルス２
０２および２０４は、回折光学部材１１０により回折さ
れた、−１次ビームおよび＋１次ビームをそれぞれ表
す。当業者には公知であるように、回折光学部材１１０
はより高い次数回折を抑制するように設計され得る。
【００４８】本発明は、回折光学部材１１０による第１
および第２の超短レーザーパルス２０２および２０４を
発生することに限定されない。当業者には公知であるよ
うに、精密に位置決めされた、個々の同期した超短レー
ザーパルス源が、第１および第２の超短レーザーパルス
２０２および２０４を発生するために用いられ得る。
【００４９】図２に示されるように、第１および第２の
超短レーザーパルス２０２および２０４は、領域２０６
内で交差する。領域２０６内で形成された干渉パターン
が、交差の領域２０６内の周期的レーザー強度となる。
周期的レーザー強度は、コアおよびクラッディングの屈
折率において、対応する周期変化を起こし得る。交差領
域２０６におけるレーザー強度の周期性は、例えば強度
のピークに対応し得る線２０８により表される。
【００５０】第１および第２の超短レーザーパルス２０
２および２０４が交差するために起こる干渉効果は、第
１および第２の超短レーザーパルス２０２および２０４
が光ファイバ１１６を介して透過するときに、それらが
自己集束することにより起きる非線形効果により増加さ
れ得る。自己集束については、図３を参照しながら説明
する。
【００５１】図３において、超短レーザーパルス３０２
は、光ファイバ１１６のクラッディング１１８に向けら
れる。クラッディング１１８は、入射超短レーザーパル
ス３０２を自己集束し、集束超短レーザーパルス３０４
を生成する。このクラッディング１１８に集束された超
短レーザーパルス３０２の高い強度により、クラッディ
ング１１８は正レンズまたは集束レンズとして機能し、
入射レーザーパルス３０２を集束する。クラッディング
１１８により集束されたレーザーパルスは、矢印３０４
で図示される。集束超短レーザーパルス３０４は、矢印
３０６で表されるように、累増的に、コア１２０により
さらに自己集束される。自己集束は、Ｙ．Ｒ．Ｓｈｅｎ
による「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅ
ａｒ Ｏｐｔｉｃｓ」（１９８４）に記載されており、
その自己集束についての教示に関して、これを本明細書
中で参考として援用する。
【００５２】ある例示的な実施形態において、第１およ
び第２の超短レーザーパルス２０２および２０４は、そ
れらが光ファイバ１１６のクラッディング１１８および
コア１２０を介して透過するときに、自己集束される。
第１および第２の超短レーザーパルス２０２および２０
４の相互に対する位置決め、第１および第２の超短レー
ザーパルス２０２および２０４のそれぞれの動作特性、
ならびに光ファイバ１１６の構成は、第１および第２の
超短レーザーパルス２０２および２０４が、それらが光
ファイバ１１６を介して透過するときに、自己集束する
ように構成され得る。レンズ１０６による超短レーザー
パルス１０４の集束の程度は増加または減少し、対応し
て結果的に自己集束は増加または減少し得る。第１およ
び第２の超短レーザーパルス２０２および２０４が交差
するために起こる干渉パターンに対する自己集束の影響
については、図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら説明する。
【００５３】図４Ａは、ソースレーザー強度曲線４０２
を示し、これは自己集束されていない光ファイバ１１６
の長さに沿った、干渉超短レーザーパルス２０２および
２０４のレーザー強度を表す。ソースレーザー強度曲線
４０２は、ピーク強度ＩAを有し、ΛGの周期で正弦であ
る。光ファイバの幅ＷAは、所定の強度Ｉ1で照射され
る。
【００５４】図４Ｂは、クラッディング強度曲線４０８
を示し、これは光ファイバ１１６のクラッディング１１
８における干渉超短レーザーパルス２０２および２０４
のレーザー強度を表す。干渉超短レーザーパルス２０２
および２０４は、それらがクラッディング１１８を通過
するときに、自己集束する。この自己集束により、結果
的にレーザー強度はソースレーザー強度曲線４０２から
クラッディング強度曲線４０８へと歪む。クラッディン
グ強度曲線４０８はソースレーザー強度曲線４０２と同
じ周期ΛGを有するが、この強度分布は変更されてお
り、もはや正弦でない。
【００５５】自己集束により、正弦の強度曲線４０２
は、より狭い強度幅でより高い強度ピークを有するよう
に変形する。これは、強度曲線のフィリングフラクショ
ンを減らすこととして公知である。例えば、クラッディ
ング１１８におけるピーク強度ＩBは、ソース強度曲線
４０２のピーク強度ＩAよりも大きい（ＩB＞ＩA）。所
定の強度Ｉ1で照射されたクラッディングファイバの幅
ＷBは、幅ＷAよりも小さい（ＷB＜ＷA）。
【００５６】フィリングフラクションは、格子周期に対
する、所定の強度を超える強度曲線の幅として規定され
得る。ある例示的な実施形態において、所定の強度は最
大強度値の２分の１として規定され、半値全幅（ＦＷＨ
Ｍ）は約５０パーセント低減される。
【００５７】図４Ｃは、コア強度曲線４１４を示し、こ
れは光ファイバ１１６のコア１２０における干渉超短レ
ーザーパルス２０２および２０４のレーザー強度を表
す。干渉超短レーザーパルス２０２および２０４は、そ
れらが光ファイバ１１６のクラッディング１１８を介し
てコア１２０へ進むときに、累増的に自己集束する。コ
ア強度曲線４１４は、ソースレーザー強度曲線４０２お
よびクラッディングレーザー強度曲線４０８と同じ周期
ΛGを有するが、強度分布はさらに変更されている。コ
ア１２０における干渉超短レーザーパルス２０２および
２０４の自己集束により、コア１２０におけるレーザー
強度は、ピーククラッディング強度ＩBよりも高いピー
ク強度ＩC（ＩC＞ＩB＞ＩA）、ならびに所定の強度Ｉ1
において幅ＷBよりも小さい幅ＷC（ＷC＜ＷB＜ＷA）を
有する。
【００５８】図４Ａ〜図４Ｃを参照して示したように、
干渉パターンは自己集束の非線形効果により増加されて
いる。自己集束の効果により、コア強度曲線４１４は累
増的にクラッディング強度曲線４０８よりもさらに増加
する。ある例示的な実施形態では、コア１２０はゲルマ
ニウムを含み、これは、クラッディング屈折率よりコア
屈折率にさらなるより大きな割合変化を引き起こす。
【００５９】当業者には公知であるように、光ファイバ
によるレーザーパルス２０２および２０４の自己集束の
程度は、入射レーザーパルス２０２および２０４の強度
に依存する。強度が大きいほど、入射パルス２０２およ
び２０４は、低い強度の入射パルスよりも速くまたは強
く集束され得、ならびにソースレーザー強度のプロファ
イルの歪みをより大きくする。
【００６０】光ファイバ１１６内の回折格子は、光ファ
イバ１１６の屈折率の変化により形成され、この変化は
適用されるレーザーパルスの強度により引き起こされ
る。自己集束がないと、クラッディングおよびコアにお
ける干渉パターンおよび結果的な回折格子は、図４Ａの
正弦曲線４０２に対応する。
【００６１】上述の例示的な実施形態において、図４Ｂ
および４Ｃの強度分布により、改良された回折格子をも
たらす。回折格子が改良される理由は、回折格子が屈折
率において正弦的変動ではなく、比較的より高く、より
狭いピークをもつ屈折率変動を有する周期的変動を備え
るためである。光ファイバ内の誘発された屈折率変化
は、レーザー強度に比例している。この強度における強
度ピークが狭く、高いほど、より高いコントラストを備
えたより高い屈折率変化をもたらす。これにより、より
高い回折効率を有する改良された格子となる。
【００６２】本発明の例示的な実施形態によると、光フ
ァイバの屈折率の割合変化は、１０ -2のオーダーであ
る。比較して、エキシマレーザーは、１０-3または１０
-4のオーダーの光ファイバの屈折率の割合変化を供給し
得る。
【００６３】本発明の教示は、単一モードの光ファイバ
および多モードの光ファイバの両方に適用できる。例示
的な実施形態において、干渉する第１および第２の超短
レーザーパルス２０２および２０４は、多光子効果を引
き起こし、この多光子効果は、光ファイバの屈折率にお
ける割合変化をさらに増加させる。
【００６４】本発明の例示的な実施形態によると、レー
ザー１０２は赤外線（ＩＲ）波長を有するレーザービー
ム１０４を供給する。例示的な実施形態では、レーザー
１０２は、５００ｎｍから１５００ｎｍの間に及ぶ波長
を有するレーザービーム１０４を供給する。別の例示的
な実施形態では、レーザー１０２は、７７５ｎｍの波長
を有するレーザービーム１０４を供給する。
【００６５】回折格子は、しばしば紫外線（ＵＶ）波長
レーザーを用いて光ファイバ内に形成される。ＵＶレー
ザーを用いて屈折率変化を起こすために、光ファイバは
しばしば処理される。例えば、光ファイバは、水素をフ
ァイバ内へ拡散するために、長時間に亘って高圧力水素
雰囲気において処理され得る。これは、しばしば水素ロ
ーディングと呼ばれる。自己集束なしのＵＶレーザーを
用いて形成されたものと比較し、より改良された回折格
子を生成することに加えて、本発明は水素ローディング
の必要性を低減することにより、製造サイクルの時間お
よび経費をもまた削減する。本発明の例示的な実施形態
では、回折格子はアンドープドシリカのファイバにおい
て形成される。
【００６６】本発明は、光ファイバ内で回折格子を形成
することに限定されない。例えば、本発明の教示は、バ
ルクガラスのような他の透明な材料において回折格子を
形成するために用いられ得る。本発明によると、回折格
子は、レーザーをこの透明材料の中へ深く浸透させるこ
とのできる非ＵＶ波長を用いて形成され得る。逆に、Ｕ
Ｖ波長レーザーはこの材料の表面近くで急速に吸収され
得る。本発明の例示的な実施形態では、回折格子は、材
料の表面から下へ５０μｍよりも大きな深さにおいて形
成される。
【００６７】本発明の例示的な実施形態において、回折
光学部材はΛD＝１５５０ｎｍの周期を有し、回折格子
はΛG＝７７５ｎｍの周期および２５％のフィリングフ
ァクタを有する。レーザー１０２は、１５０ｆｓのパル
ス幅、８００ｎｍの波長、１ｋＨｚのパルス繰り返し周
波数、および１Ｗの平均電力を有する超短レーザーパル
ス１０４を供給する。
【００６８】本発明は、光ファイバ内に回折格子を形成
する方法および装置を提供する。第１および第２の超短
レーザーパルスを発生させる。第１および第２の超短レ
ーザーパルスが交差し、干渉パターンを形成するように
方向づけられる。この干渉パターンは周期的な強度の変
動を含み、この変動は、光ファイバの屈折率に対応する
周期的な変化を引き起こす。超短レーザーパルスおよび
光ファイバは、光ファイバのクラッディングおよびコア
により自己集束されるように構成される。
【００６９】ある特定の実施形態を参照して図示および
説明してきたが、しかしながら本発明は詳細に示したも
のに限定することを意図していない。逆に、特許請求の
範囲に等価な範囲内で、本発明の精神から逸脱すること
なく、多様な改変がこの詳細に関してなされ得ることが
理解される。
【００７０】
【発明の効果】したがって、本発明より、例えば、光フ
ァイバ内に回折格子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバ内に回折格子を形成す
るための例示的な装置である。
【図２】第１および第２の超短レーザーパルスの干渉に
より形成された高い強度の領域である。
【図３】本発明による自己集束を示す。
【図４Ａ】自己集束されていない、干渉超短レーザーパ
ルスの強度曲線である。
【図４Ｂ】光ファイバのクラッディングにおける、自己
集束された干渉超短レーザーパルスの強度を示す強度曲
線である。
【図４Ｃ】光ファイバのコアにおける、自己集束された
干渉超短レーザーパルスの強度を示す強度曲線である。
【符号の説明】
１０２ レーザー １０４ 超短レーザーパルス １０６ 集束レンズ １０８ 集束超短レーザーパルス １１０ 回折光学部材 １１２ 回折超短レーザーパルス １１６ 光ファイバ １１８ クラッディング １２０ コア １２２ コントローラ

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の屈折率を有する材料において回折
    格子を形成する方法であって、 （ａ） 第１の超短レーザーパルスを発生する工程と、 （ｂ） 第２の超短レーザーパルスを発生する工程と、 （ｃ） 該第１および第２の超短レーザーパルスを相互
    に交わるように位置決めし、該材料内において干渉パタ
    ーンを形成する工程であって、該干渉パターンが該材料
    の該第１の屈折率から対応する周期変化を引き起こす周
    期的強度変動を含む、工程と、を含む、方法。
  2. 【請求項２】 前記材料が光ファイバであって、前記工
    程（ｃ）において、前記干渉パターンが該光ファイバ内
    において形成され、該光ファイバの前記第１の屈折率に
    対応する変化を引き起こす、請求項１に記載の回折格子
    を形成する方法。
  3. 【請求項３】 前記交差する第１および第２の超短レー
    ザーパルスが、 前記光ファイバ上に回折光学部材を位置決めする工程
    と、 ソース超短レーザーパルスを発生する工程と、 該ソース超短レーザーパルスを該回折光学部材へ集束す
    る工程であって、該回折光学部材が該第１および第２の
    交差する超短レーザーパルスを生成する、工程と、を含
    む工程により生成される、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２の超短パルスの相互
    に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスのそ
    れぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成が、
    該第１および第２の超短パルスの自己集束を、それらが
    該光ファイバを介して透過するときにもたらすように構
    成された、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記光ファイバが、クラッディングによ
    り包囲されたコアを含み、前記第１および第２の超短パ
    ルスが、それらが該クラッディングを介して透過すると
    きに自己集束し、それらが該コアを介して透過するとき
    に該第１および第２の超短パルスの自己集束が増加す
    る、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記コアがコア屈折率を有し、前記クラ
    ッディングがクラッディング屈折率を有し、該コアがゲ
    ルマニウムを含み、該クラッディング屈折率よりも該コ
    ア屈折率により大きな変化を起こす、請求項５に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 前記第１および第２の超短パルスの相互
    に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスのそ
    れぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成が、
    周期的強度変動のフィリングフラクションを約５０パー
    セント低減するように構成された、請求項４に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 前記回折光学部材が前記光ファイバに調
    整可能に結合され、前記方法が、前記集束された超短レ
    ーザーパルス、または該結合された光ファイバおよび回
    折光学部材のいずれか一方を、他方に対してスキャンす
    る工程を含む、請求項３に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１および第２の超短レーザーパル
    スが、前記光ファイバの前記屈折率に０．０１よりも大
    きい割合変化を起こすように調節されたそれぞれの強度
    を有する、請求項２に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ソース超短レーザーパルスが、４
    ００ｎｍから３０００ｎｍの間の波長を有する、請求項
    ３に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１および第２の超短パルスの相
    互に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスの
    それぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成
    が、多光子効果をもたらすように構成され、該光ファイ
    バの前記第１の屈折率からの前記変化を増加させる、請
    求項２に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記材料が、表面を有する透明な材料
    であって、前記干渉パターンが、前記第１および第２の
    超短レーザーパルスを、該表面を介して該透明な材料へ
    方向づけることにより形成され、該透明な材料の該表面
    から下へ５０μｍよりも大きい深さにおいて、干渉パタ
    ーンおよび該透明な材料における前記第１の屈折率から
    の周期変化を形成する、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第１の屈折率を有する光ファイバにお
    いて回折格子を形成する装置であって、 （ａ） 第１および第２の超短レーザーパルスを発生す
    る手段と、 （ｂ） 該第１および第２の超短レーザーパルスを相互
    に交わるように位置決めし、該光ファイバ内において干
    渉パターンを形成する手段と、を含み、該干渉パターン
    が該光ファイバの該第１の屈折率からの対応する周期的
    な変化を引き起こす周期的な強度変動を含む、装置。
  14. 【請求項１４】 ソース超短レーザーパルスを発生する
    レーザーと、 該ソース超短レーザーパルスを集束する、集束レンズ
    と、 該集束されたソース超短パルスレーザービームを受け取
    り、前記第１および第２の超短レーザーパルスを供給す
    る、回折光学部材と、を含む、請求項１３に記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記回折部材が、前記光ファイバに調
    整可能に結合されており、前記装置が、 集束された第３の超短レーザーパルス、および該結合さ
    れた光ファイバと回折光学部材の一方を調節する、アク
    チュエータと、 該アクチュエータを制御し、該集束された第３の超短レ
    ーザーパルスを、該結合された光ファイバおよび回折光
    学部材に対してスキャンする、コントローラと、をさら
    に含む、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記第１および第２の超短パルスの相
    互に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスの
    それぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成
    が、該第１および第２の超短パルスの自己集束を、それ
    らが該光ファイバを介して透過するときにもたらすよう
    に構成された、請求項１３に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記光ファイバが、クラッディング屈
    折率を有するクラッディングにより包囲された、コア屈
    折率を有するコアを含み、該コアがゲルマニウムを含
    み、該クラッディング屈折率よりも該コア屈折率により
    大きな変化を起こす、請求項１３に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１および第２の超短パルスが、
    周期的強度変動のフィリングフラクションを約５０パー
    セント低減するように構成された、請求項１６に記載の
    装置。
  19. 【請求項１９】 前記第１および第２の超短レーザーパ
    ルスが、前記光ファイバの前記屈折率に０．０１よりも
    大きい割合変化を起こすように調節されたそれぞれの強
    度を有する、請求項１３に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記ソース超短レーザーパルスが、４
    ００ｎｍから３０００ｎｍの間の波長を有する、請求項
    １４に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記第１および第２の超短パルスの相
    互に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスの
    それぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成
    が、多光子効果をもたらすように構成され、該光ファイ
    バの前記第１の屈折率からの前記変化を増加させる、請
    求項１３に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 その中に形成された回折格子を有する
    光ファイバであって、該回折格子は、請求項２の方法に
    より形成されている、光ファイバ。
  23. 【請求項２３】 前記回折格子が、５０パーセントより
    も小さいフィリングファクタを有する、請求項２２に記
    載の光ファイバ。
  24. 【請求項２４】 前記光ファイバの前記屈折率の前記周
    期的変動が、該屈折率の０．０１よりも大きい割合変化
    を有する該屈折率のピーク変動を含む、請求項２２に記
    載の光ファイバ。
  25. 【請求項２５】 前記コアがコア屈折率を有し、前記ク
    ラッディングがクラッディング屈折率を有し、該コアが
    ゲルマニウムを含み、該クラッディング屈折率よりも該
    コア屈折率により大きな変化を起こす、請求項２２に記
    載の光ファイバ。
  26. 【請求項２６】 前記第１および第２の超短パルスの相
    互に対する位置決め、該第１および第２の超短パルスの
    それぞれの動作特性、ならびに前記光ファイバの構成
    が、周期的強度変動のフィリングフラクションを約５０
    パーセント低減するように構成された、請求項２２に記
    載の光ファイバ。
  27. 【請求項２７】 前記第１および第２の超短レーザーパ
    ルスが、前記光ファイバの前記屈折率に０．０１よりも
    大きい割合変化を起こすように調節されたそれぞれの強
    度を有する、請求項２２に記載の光ファイバ。
  28. 【請求項２８】 その中に形成された回折格子を有する
    材料であって、該回折格子が請求項１の方法により形成
    されている、材料。
  29. 【請求項２９】 前記材料が、表面を有する透明な材料
    であって、該透明な材料の該表面から下へ５０μｍより
    も大きい深さにおいて、前記干渉パターンおよび該透明
    な材料における前記第１の屈折率からの周期変化を形成
    する、請求項２８に記載の材料。
  30. 【請求項３０】 前記透明な材料が、アンドープドシリ
    カである、請求項２８に記載の材料。
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