(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学要素を含む物品を製作する方法であって、
ａ）酸化物ガラスを提供するステップと、
ｂ）該酸化物ガラスを、高感度化ガスを含む雰囲気に接触させるステップと、
ｃ）該酸化物ガラスの第１の部分を化学的作用紫外線放射に曝すことにより、該酸化物ガラスの該第１の部分の屈折率が該酸化物ガラスの曝されない第２の部分の屈折率を上まわって少なくとも１×１０−５の正規化屈折率変化Δだけ増加させるステップとを含むプロセスにより該光学要素を製作することからなる方法において、
該酸化物ガラスは、所与の形状の酸化物ガラス基体であり、
該ステップｂ）は、高くとも２５０℃の温度で該所与の形状の酸化物ガラス基体を、Ｈ２およびＤ２のうちの１つもしくは双方である高感度ガスの１０気圧より高い分圧を有する雰囲気と接触させることを含み、そして
該ステップｃ）は、該所与の酸化物ガラス基体の該第１の部分を該化学的作用紫外線に曝すことにより、該第１の部分におけるＯＨ、ＯＤおよびＯＨ＋ＯＤから選択される化学種の濃度が該第２の部分における該化学種の濃度の少なくとも１０倍であるようにしていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
該雰囲気が本質的にＤ２であり、該温度が高くとも１５０℃であり、及びΔが少なくとも５×１０−５である方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
該酸化物ガラスが、最大成分としてＳｉＯ２を有する酸化物ガラスおよび最大成分としてＧｅＯ２を有する酸化物ガラスから成るグループから選択されたものである方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の方法において、
該酸化物ガラスが、５０モルパーセントより多くのＳｉＯ２および０．５モルパーセントより多くのＧｅＯ２から成るものである方法。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４に記載の方法において、
該光学要素が、プレーナ光導波路又は光ファイバである方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
該光導波路又は光ファイバが、少なくとも０．５モルパーセントのＧｅＯ２から成るコアを含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
該光学要素と関連の最大予想動作温度があり、該ステップｃ）の間及び／又は該ステップｃ）にひきつづいて該酸化物ガラスの該第１の部分の少なくとも一部分を、該光学要素の、該最大予想動作温度よりも高い温度に加熱することを含むものである方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
該光学要素が、コアを含む光導波路からなり、該コアが該導波路に結合された放射手段により加熱されるものである方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、さらに該加熱するステップの後に
該酸化物ガラスの該第１の部分の少なくとも一部分を化学的作用紫外線放射で照射するステップを含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
該物品が光通信システムであり、該光学要素がプレーナ光導波路又は光ファイバである方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
該光学要素が、ホログラム又は相マスクである方法。
【請求項１２】
第１の領域（３６）および第２の領域から成る酸化物ガラスであって、該第１の領域が該第２の領域よりも大きな正規化屈折率を有する酸化物ガラスからなる基体（例えば、３７）を含む物品において、
該酸化物ガラスは、ＯＨおよびＯＤから成るグループから選択される化学種を含み、該第１の領域における該化学種の濃度は該第２の領域における化学種の濃度の少なくとも１０倍であり、そして該第１の領域における正規化屈折率は該第２の領域における正規化屈折率より少なくとも１０−５だけ大きいものであることを特徴とする物品。
【請求項１３】
コア屈折率を有するコアとクラッド屈折率を有するクラッドとからなる光導波路を含む物品の製造方法において、
（ａ）高シリカガラスからなる導波路を用意し、
（ｂ）該導波路をＨ２に曝し、
（ｃ）該導波路のＨ２に対し曝された領域の一部に化学的作用放射線を照射して、照射された部分の屈折率を変化させている方法において、
前記ステップ（ｂ）は、高くとも２５０℃の温度で、１０気圧よりも大きいＨ２分圧を有するＨ２含有雰囲気に該導波路を曝されており、前記ステップ（ｃ）での該放射線の照射は少なくとも１０−５の正規化屈折率変化Δをもたらすものである物品の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記正規化屈折率変化△は少なくとも５×１０−５である物品の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、前記ステップ（ｃ）は該導波路に屈折率グレーティングを形成している物品の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、該コアは少なくとも０．５モルパーセントＧｅＯ２からなる物品の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において該導波路に関連の最大動作温度があり、ステップ（ｃ）の間及び／又はステップ（ｃ）に続いて、該導波路の曝された領域の該一部における少なくともコアを該最大動作温度よりも高い温度に加熱している物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はたとえばプレーナ導波路のような光学素子を含む物品の製造方法、より具体的には、酸化物ガラス基体の屈折率を局部的に変える工程を含む方法、及びその方法により作られた物品に係る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
イン−ライン光ファイバ屈折率回折格子は知られている。たとえば、米国特許第４，８０７，９５０号を参照のこと、また、そのような回折格子の作製方法を特許請求の範囲とする米国特許第４，７２５，１１０号も参照のこと、光ファイバ中にイン−ライン回折格子を“書き込む”現在好ましい方法は、ファイバの一部分中での化学線作用（典型的な場合ＵＶ）放射の２つのビーム間の干渉を含む。２つのビームは横方向にファイバ上に入射し、２つのビーム間の角（及び放射の波長）は、回折格子間隔を規定する。
【０００３】
典型的な場合、回折格子はＧｅ−ドープファイバ中に形成される。たとえば、エフ・オウレッテ（F. Ouellette）ら、アプライド・フィジックス・レターズ（Applied  Physics  Letters ）第５８（１７）巻、１８１３頁を参照のこと、これは中でも化学線作用放射に対するＧｅ−ドープファイバの感度は、熱的水素処理（Ｈ2 の１２気圧中４００℃で４時間）により増すことを、明らかにしている。また、ジー・メルツ（G. Meltz）ら、エス・ピー・アイ・イー（ＳＰＩＥ）、第１５１６巻、光ファイバ中の光誘導自己構成に関する国際ワークショップ、５月１０−１１日、１９９１、ケベックシティ、カナダ、論文１５１６−１８も参照のこと、これは高濃度ドープ・ゲルマノシリケートプリフォーム・ロッドを、Ｈ2 の１気圧中、６１０℃において７５時間処理することにより、ガラスの光感度が増すことを報告している。アール・エム・アトキンス（R. M. Atkins）らにより、１９９１年１月１８日出願された米国特許第６４３，８８６号は、ファイバのＧｅ−ドープコア中の GeO／GeO2比を増し、それによって化学的作用放射線に対するファイバの感度が増す光ファイバの作製プロセスを、明らかにしている。たとえば、そのプロセスは、本質的に酸素のない雰囲気中で、プリフォーム管をつぶすことを含む。
【０００４】
従来技術のＨ2 高感度化処理は、ガラスを典型的な場合少くとも４００℃といった比較的高い温度において、Ｈ2 に露出することを含む、この高温処理はもし光ファイバに適用すると、最善でも不便である。周知のように、光ファイバは典型的な場合、引張りプロセスの一部で、ポリマ材料で被覆される。なぜなら、被覆されていないファイバはもろく、特に手で扱った時、急速にその強度を失うからである。従来技術のＨ2 処理の温度において、典型的なポリマファイバ被覆は、破損するか、少くとも著しい損傷を受ける。更に、従来技術の高温高感度化処理は、ファイバ中の光学的損失をしばしば増すか、またはファイバを弱くすることがある。
【０００５】
ディー・マクスティ（D. McStay)、エス・ピー・アイ・イー（ＳＰＩＥ）、第１３１４巻、“ファイバ光学  ′９０”、２２３−２３３頁は特にＧｅ−ドープ光ファイバを、たとえば１気圧、２４℃で３日というように、各種時間、温度及び圧力でＨ2 に曝した報告をしている。ラマン測定により、処理例の後、ファイバ中に分子状水素の存在が明らかになった。ファイバを４８８nmの放射に曝すと、約２１５０cm-1におけるラマンピークが増加した。そのピークは、Ｈ2 の本質的にすべてがファイバから再び失われるまで、照射を延長した後ですら現れた。著者は、観測された光感度応答は弱く、２−フォトンプロセスが含まれているであろうと述べた。屈折率の変化は、観測されなかった。
【０００６】
たとえば、光導波路中のイン−ライン屈折率回折格子により得られる利点の可能性という点では、従来技術の上述の短所のない導波路屈折率を局部的に増す方法を得ることが、非常に望ましい。更に、もし強いイン−ライン回折格子を、従来通り作製された形の光ファイバ中に書き込み、光ファイバ通信システムに組込むことができるか、もし光導波路がプレーナガラス層中に“書き込む”ことができれば、非常に望ましい。
【０００７】
用語の説明
【０００８】
“光導波路”はここでは少くとも部分的に、相対的に低屈折率の材料の“クラッド”により囲まれた相対的に高屈折率のガラスの“コア”を含み、それを通して（典型的な場合縦方向に）たとえば０．４−１．７μm 範囲の“光”波長の電磁波を伝送するのに適した典型的な場合、細長い構造である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明により課題を解決する手段は全ては特許請求の範囲に記載されている。本発明によると高シリカガラス（たとえば５０又は８０モルパーセント SiO2 以上）中に、非常に低温（２５０℃又はそれ以下、しかし好ましくは１５０以下あるいは１００℃より低い温度）及び中程度の圧力（１気圧以上、好ましくは１０気圧以上のＨ2 分圧）において、比較的多量の分子状水素（Ｈ2)を導入でき、Ｈ2 含有ガラスに化学的作用線の放射（典型的な場合ＵＶ）を照射することにより、照射領域中のガラスの屈折率が、予測できないほど大きく増加できるという、全く予測できない発見をした。たとえば、規格化された屈折率変化は少くとも１０-5で、好ましくは少くとも５×１０-5又は１０-4で、１０-3よりも大きくすることすらできる。変化はもしガラスを加熱しなければ本質的に無限に保持され、ガラスの適当な加熱（たとえば＜４００℃）で、少くともかなりの割合の変化が残る。１０-5より小さい屈折率変化ももちろん生成できるが、典型的な場合、商業上有用ではない。
【００１０】
本発明は、光学素子（たとえば光ファイバ、プレーナ導波路又は位相マスク）を含む物品の作製方法に係り、一実施例においては、導波路を準備する工程、導波路をＨ2 に曝す工程及び導波路の少くとも一部に、化学線作用の放射を照射することにより照射部分の屈折率を変化させる工程を含む。重要なことは、Ｈ2 に曝す工程中、導波路はせいぜい２５０℃の温度にあることである。導波路は少くとも１気圧のＨ2 分圧をもつＨ2 を含む雰囲気に曝され、得られる規格化された屈折率変化は少くとも約10-5で、少くとも５×10-5又は10-4が好ましい。“水素”又は“Ｈ2 ”ということでは、水素又はその同位元素重水素を意味する。
【００１１】
別の実施例において、本発明は高シリカガラスを含む基体を、本質的に上述のように水素に曝し、続いてガラスのあらかじめ決められた領域の屈折率が、たとえばプレーナ導波路のコアが形成されるように、適当な大きさだけ上昇するように、ガラスを化学作用放射線に曝す。
【００１２】
本発明の方法は、各種の方法で使用できる。たとえば、それは光ファイバ又はプレーナ導波路中のイン−ライン屈折率回折格子を作製するために使用でき、あるいはそれは光ファイバ又はプレーナ導波路の一部に、本質的に一様な屈折率変化を生成させるために用いることもできる。また、それは適当なガラス中にプレーナ光導波路のコアを“書き込み”、たとえばホログラム又は位相マスクが生じるように、適当なガラス基体の屈折率を、パターン形成するためにも使用できる。
【００１３】
【実施例】
新しい水素処理の例は、以下のとおりである。標準的な市販の光通信ファイバ（すなわち、エイ・ティー・アンド・ティー、の５Ｄファイバで、それはゲルマノシリケート・コアを有し、約２．６モル％ GeO２をもち、高感度化処理をしない時、たとえばΔ＜１０−５といったたいした光感度を示さない）の３つの試料は１０．４、４２及び１４７気圧における水素雰囲気中に、４８−７２時間、７５℃の雰囲気中に保たれた。ファイバコア中の得られた、Ｈ２濃度は、それぞれ６．９８×１０２、２．８２×１０３及び９．８４×１０３ppm （ppm ；１ppm は SiO２ のモル当り１０−６モルＨ２と定義される）と計算された。このように準備したファイバを、エキシマレーザ励起の倍周波色素レーザからのＵＶ放射（約２４２nm）に曝した（２０パルス／秒、２mJ／パルス、１０分露出）ところ、それぞれ以下のような規格化屈折率変化Δ（Δ＝Δｎ／ｎ）：９．７×１０−５、７×１０−４及び１．８×１０−３が得られた。化学作用放射線に曝しても、本質的にそれ以上Δは増加しないであろう。
【００１４】
別の市販の光ファイバ（コア中に約１０モル％の GeO2 を有する）を、５０℃において、Ｈ2 の９５気圧中に、３日保ったところ、ファイバコア中のＨ2 は約８．０４×１０3 ppm であった。上述のＵＶ放射に曝す（１．５mJ／パルス、５０パルス／秒、８分）ことにより、Δ＝１．６×１０-3が得られた。
【００１５】
これらの結果の例は、図１に示されている。ここで、点１１、１２及び１３は低濃度Ｇｅ−ドープ（５Ｄ）ファイバの場合で、１４は中程度のＧｅ−ドープファイバについてである。図１に示されるように、少くともＧｅ−ドーピングのある範囲では、ファイバ中のＨ2 含有量と屈折率変化の得られる値には、本質的に直線的な関係がある。
【００１６】
ある程度の有用な屈折率変化は、非常に低濃度のＧｅ−ドーピング（たとえば＜０．５モル％の GeO2 ）でも得られるかもしれないが、本発明はしばしば少くとも０．５モル％ GeO2 又は他の適当なドーパントを含むシリカガラス（すなわち、 SiO2 が最大の単一成分である酸化物ガラス）か、ゲルマニウムガラス（純粋なガラス状ゲルマニウムを含む GeO2 が最大の単一成分である酸化物ガラス）で実施されるであろう。純粋な SiO2 は、（少くとも約８，４００ppm Ｈ2 までは）ファイバ中のＨ2 濃度に依存せず、顕著な屈折率変化は示さない。本発明は GeO2 を含む多くの酸化物ガラス、又は SiO2 及び GeO2 又は他の適当なドーパントを含む酸化物ガラスで実施できると、現在確信される。この分野の技術に習熟した人なら、適度な実験により、与えられた組成の酸化物ガラスが、本発明を実施する上で適しているか否かを決定できるであろう。
【００１７】
他の結果の例は、以下のとおりである。光ファイバを２００℃において４０分間、１５０気圧のＨ2 中に保ったところ、コア中のＨ2 は約４．５６×１０3 ppm となった。また、２５μm 厚の SiO2 層と下のゲルマノシリケートガラス層（８μm 厚、２．６モル％ GeO2 ）を含むプレーナ構造を、２１℃に６日、１８７気圧のＨ2 中、又は７５℃において１１時間、３２５気圧のＨ2 中に保つことにより、ゲルマニウムドープガラス中の導波路コアに十分なＨ2 が添加され、ＵＶ放射への露出後、Δ〜４×１０-3となると見積られた。
【００１８】
従来技術の（高温）水素処理は、本発明の（低温）処理とは異なる物理的機構をもつと、現在は確信される。マクスティ（McStay）（上で引用）により明らかにされた事実はまた、彼が観測した弱い光感度は、本発明に従う処理で得られる大きな光屈折効果とは異なる機構によることを、明らかに示している。
【００１９】
ガラスにＨ2 を完全に添加した後、ある程度の水素は一般に、特に温度に依存する速度で、再びガラスから拡散して出ていくことが認識されるであろう。しかし、速度は典型的な場合、化学作用の放射線でガラスを照射する十分な時間（典型的な場合、数時間）があるほど、十分遅い。たとえば、照射は水素添加が完了してから、約１週間以内に行うべきである。当業者はファイバを冷却貯蔵すると、外方拡散を遅らせ、より長い遅延を可能にすることを認識するであろう。
【００２０】
ガラスの未照射部分からＨ2 が失われることは、本発明の方法により導波路中の光学損の増加が比較的小さく、本質的に未照射部分中の屈折率の変化がないという望ましい結果をもたらす。
【００２１】
ファイバ中の屈折率回折格子の信頼性についての疑問は、そのような回折格子の開発に従事する人の関心事である。このことは、そのような回折格子の特性（たとえば光強度）が時間とともに変化するか否か、特に回折格子を高温に露出した時変化するか否かという関心があることを意味する。同様の考えは本発明に従う他の製品にも適用される。
【００２２】
本発明の方法によると、非常に安定な屈折率変化を得ることができ、その例が図２に示されている。この図は先にＨ2 を添加し、ＵＶ放射に曝し、ファイバ中に屈折率回折格子（格子間隔約０．５μm ）が形成されるようにした市販の（５Ｄ）ファイバの例について、時間の関数として、規格化された屈折率変化Δを示す。ファイバは約９．３×１０3 ppm のＨ2 を含むが、ＵＶ露出は適度な強さの回折格子（Δ〜１．１×１０-4）が得られるように、制限された。回折格子が十分形成された後、ファイバは７５０℃まで２５０℃／時間で加熱され、続いて室温まで冷却された。図２からわかるように、７５０℃に到達した後、規格化された屈折率変化は、約３×１０-5まで減少した。温度処理の開始後約１９時間でファイバは５００℃に加熱され、約２９時間その温度に保たれた。図２からわかるように、屈折率はこの時間中、本質的に一定に保たれ、先のアニーリングにより比較的不安定な物質が除去され、残った物質は５００℃という非常に高い温度ですら、安定であることを示している。
【００２３】
本発明の方法は、比較的不安定な物質を除去し、それによってファイバ中の屈折率変化の信頼性が改善できるアニールを、必要に応じて含む。一般に、アニールは導波路（又はその適切な一部、又は本質的に導波路コアのみ）を、導波路の予想される動作温度以上の温度に加熱することを含む。この加熱は化学作用放射線への露出中、又はそれに続いて行うことができる。それはまた、第１の露出に続き、かつ第２の露出の前に行うことができる。本質的に導波路コアのみの好ましい加熱方法は、たとえばＨ2 処理ファイバの場合の約1.４μm というように、導波路のＵＶ照射部が吸収する波長の導波路放射中に結合することを含む。ここでは、“加熱”ということで、アニール温度において安定でない欠陥の少くとも主要部分を除去するのに効果的な時間（たとえば少くとも１分）、加熱することをここでは意味することが認識されよう。この用語は化学作用放射線の個々のパルスの入射に伴う瞬間的な加熱は含まない。
【００２４】
当業者には認識されるであろうが、アニーリングにより（典型的な場合温度依存性の）Δの減少が起り、最初のΔは所望の値より大きいことが必要とされる。あらかじめ決められたアニール温度に対して、Δの減少分を決ることは簡単で、従って適当な最初のΔあるいは等価的に適当なＨ2 添加条件を決ることは簡単である。多くの場合、導波路の動作温度は７５℃を越えず、アニール温度はしばしば２００−４００℃の範囲である。（しかし、常に予測される最大動作温度より高く、しばしば少くとも１００℃以上高い。）
【００２５】
当業者には認識されるであろうか、本発明の方法は光ファイバだけでなく、プレーナ導波路の屈折率を修正するために、使用することができる。更に、この方法によって容易に大きな屈折率変化（たとえばΔｎ＞１０-4）を生じさせることにより、たとえば図３に概略的に描かれたプレーナ光導波路のような、光部品を形成する新しい方法が可能になる。たとえば、基板３０（たとえば Si 又は SiO2 ウエハ）上に、下部クラッド層３１（たとえばガラス状シリカ）、ドープシリカ（たとえばゲルマノシリケート）層３２及び上部クラッド層３３（たとえばガラス状シリカ）を形成する。この構造３７は層に垂直方向に導波路特性をもつが、面内では放射を閉じ込めない。閉じ込めは、本質的に上述のように、構造にＨ2 を添加し、構造に焦点をあわせた化学的作用放射線３４を照射し、ビームを構造上であらかじめ決められたように（矢印３５で示されるように）移動させることにより、実現される。（あるいは、あらかじめ選択された部分を露出させるために、マスクを使用することができる。）コア領域３６中の屈折率は上昇し、横方向の導波路ができる。他方、層３１及び３３の屈折率は本質的に不変である。層３１及び３３は必要に応じて設ければよく、層３３は３２を化学的作用放射線に曝した後、堆積できることが認識されるであろう。
【００２６】
当業者には明らかであろうが、プレーナ導波路の上述の新しい技術は、多くの有利な特徴をもつ。たとえば、 SiO2 をエッチングする必要性、表面を平坦に保つ必要性なしに、任意の所望の導波路構造を容易に作製するのに使用できる。重要なことは、本発明に従う導波路は、構造的に均一な材料中に実現でき、従って比較的低い散乱損失をもつということである。
【００２７】
本発明の方法は、光ファイバ通信システム及びファイバ又はプレーナ光増幅器を含む各種の製品で実現できる。それはまた、新しい特性の組合せ、すなわち比較的低濃度ドープコア（典型的な場合、 SiO2 １モル当り、４．５モルパーセントより少い GeO2 ）及び比較的大きな局所的屈折率変化（典型的な場合Δは少くとも１０-4）を有する光ファイバ中でも実現できる。そのようなファイバの屈折率が、概略的に図４に描かれている。図において、ｎ0 は純粋なガラス状シリカの屈折率をさし、ｎc 及びｎ1 はそれぞれコア４０及びクラッド４１の屈折率をさす。規格化されたコア／クラッド屈折率差Δ＝（ｎc −ｎ1 ）／ｎc 及び４２１、４２２・・・ は屈折率が増加した局所的な領域をさす。たとえば、局所的な変化は周期的で、強いイン−ライン回折格子を形成する。そのくり返し距離Λは約０．５μm で、典型的な場合（必要ではないが）約１００μm より小さい。もちろん、実際の光ファイバ中の屈折率分布は図４に概略的に示されるような長方形ではなく、かつ実際の分布は各種の領域間でそのような急な変化をしないことが理解されよう。しかし、実際の分布はしばしば（実効的な屈折率と実効的な半径をもつ）従来の等価な段差屈折率分布によって記述される。従って、図４は等価な段差屈折率分布を示すためのもので、ｎc 及びｎ1 は実効屈折率を意図している。また、上の議論は軸方向に一様な断面をもつファイバのみについてであり（すなわち断面の周期的な変化を含むよう処理されたファイバは除外される）、更に、クラッド屈折率が本質的に変化しないファイバのみについてである。
【００２８】
上述のように、本発明の方法は適当な酸化物ガラスの屈折率のパターンを形成するために、有利に使用することができる。この方法は以下のようにプレーナ光導波路を作製するために用いられた。ガラス基体（３モル％ GeO2 、残りは SiO2 ；２５×１０×２mm）が３０８時間、２１℃において、２０８気圧のＨ2 中に保たれ、試料表面で２．４モル％のＨ2 、５０μm の深さで約１．１モル％Ｈ2 が得られた。ＵＶ放射ビーム（波長２４２nm、１．５mJ／パルス、３０パルス／秒）を線状（約１００μm 幅）に焦点を絞り、焦点を絞ったビームを、６０μm ／秒の速度で、ガラス基体の２５×１０mm面の１つの幅全体に走査させた。ＵＶ露光に続いて、アルゴンイオンレーザ（５１４．５nm波長）からの光を×６顕微鏡対物レンズにより、露出させた領域の一端に焦点を合わせた。出力面から１１９cmの距離で観測されたパターンは、楕円スポット（約６０×８mm）で、楕円の長軸はガラス基体の露出面に垂直な面に平行で、楕円の短軸は露出された領域の幅に平行であった。これにより、露出された領域は（マルチモード）導波路を形成し、導波路の深さは、幅より小さかった。シングルモード導波路は、同様のプロセスにより、容易に作ることができる。
【００２９】
図５は本発明に従う別の製品の例、すなわちホログラム５０を概略的に示す。物品は酸化物ガラス基体５１、たとえばＧｅ−ドープガラスシリカの薄板を含み、薄板の所望の領域５２は、材料の他の部分より高い屈折率をもつ。パターン形成された屈折率は、本質的に上述の方式で、基体にＨ2 を添加した後、化学作用放射線に適切に曝すことにより生成される。適切な屈折率パターンは計算し、基体を化学的作用放射線に選択的に曝すことにより生成できるか、あるいは化学線作用放射の干渉ビームに曝すことからできる。当業者は、領域５２のすべては同じ屈折率をもつ必要はなく、屈折率は任意の与えられた領域５２内で変えられることを、認識するであろう。基体５０はたとえば、情報蓄積に使うと有利である。
【００３０】
図６は図５の製品の具体的で、現在好ましい実施例、すなわち位相マスク６０を概略的に示す。これはたとえば、本件と同じ権利者の米国特許出願番号第０８／００４，７７０に本質的に記述されているような光導波路中に、イン−ライン屈折率回折格子を生成させるために、使用できる。適切に均一にドープされた高シリカガラスプレート６１は領域６３に対し屈折率の増した空間的に離れた領域６２を含む。領域６２は従って領域６３より大きな光学的厚さを有し、領域６２を貫いて伝送される光は、一般に領域６３を貫いて伝送される光に比べ位相がシフトしている。屈折率の増加は、上述のようにＨ2 添加に続いて、化学的作用放射線に曝すことにより、有利に得られる。屈折率分布は、たとえば露光条件の適当な選択により、所望のように容易に整えられることが、認識されよう。
【００３１】
上述のように酸化物ガラスにＨ2 （又はＤ2 ）を添加し、続いて化学的作用の放射線に、曝すことにより、ガラスの露光された領域中にＯＨ（ＯＤ）が存在するようになり、ＯＨ（ＯＤ）レベルは典型的な場合、本質的に領域中の屈折率変化に比例する。従って、ガラス中に相対的に高濃度及び相対的に低濃度のＯＨ（ＯＤ）濃度の領域が存在することは、本発明の特徴である。たとえば、規格化された屈折率変化Δ＝２×１０-4は、約２０００ppm のＯＨに付随し、等価的に１．３９μm （ＯＨの一次倍音）における損失は約０．３dB／cmで、Δ＝２×１０-2が約２０モル％ＯＨに付随し、１．３９μm における損失は約３０dB／cmである。たとえば、本発明に従う光学素子は比較的高ＯＨ（ＯＤ）含有で、従って比較的高（たとえばＯＨの場合、１．３９μm において回折格子の＞０．１dB／cm）光損の領域とともに、比較的低ＯＨ（ＯＤ）含有で、従って比較的低（たとえばＯＨの場合１．３９μm において＜０．１dB／cm、典型的な場合＜０．０１あるいは０．００１dB／cmより小さいことすらある）光損の領域を含む光シリカガラスである。
【００３２】
当業者には認識されるであろうが、もしガラスをＨ2 の代りにＤ2 で高感度化すると、関連した波長（ＯＤの一次倍音）は約１．９μm である。ある種の光ファイバでは、１．９μm における損失測定は困難で、１．２６μm （ＯＤの二次倍音）における測定が好ましいかもしれない。それは二次の倍音における吸収は、第１におけるものより、はるかに弱いという事実にもかかわらずである。
【００３３】
しかし、倍音波長をどのように選んだとしても、光導波路中の本発明に従う回折格子は、導波路の回折格子のない部分中のＯＤによる光損失（dB／cm単位での）の少くとも１０倍の、ＯＤによる光損失（回折格子のdB／cm単位）をもつであろう。
【００３４】
より一般的には、本発明に従う製品は典型的な場合、第１及び第２の領域を含む酸化物ガラスを含む基体を含み、前者は後者より少くとも１０-5だけ大きい規格化屈折率を有する。更に、ガラスはＯＨ及びＯＤから選択された化学物質を含み、第１の領域中の少くとも一部では、前記物質の濃度は、第２の領域中の物質の濃度の少くとも１０倍である。ＯＨがＯＤかの違いは別にして、ガラスの化学組成は本質的に前記第１及び第２の領域中で同じである。たとえば、第１の領域はプレーナ光導波路のコアか、あるいは光ファイバのコア中のイン−ライン屈折率回折格子の高屈折率部分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス中のＨ2 濃度の関数として、ＵＶ導入屈折率変化のデータ例を示す図である。
【図２】光ファイバの具体的な熱処理工程中の、時間の関数としての屈折率のデータ例を示す図である。
【図３】新規なプレーナ光導波路を概略的に描いた図である。
【図４】イン−ライン屈折率回折格子を有する光ファイバの例の半径対屈折率を概略的に示す図である。
【図５】本発明に従う他の例、すなわちそれぞれホログラム及び位相マスクを概略的に示す図である。
【図６】本発明に従う他の例、すなわちそれぞれホログラム及び位相マスクを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４  点
３０  基板
３１  下部クラッド層、層
３２  ドープシリカ層
３３  上部クラッド層、層
３４  化学線作用放射
３５  矢印
３６  コア領域
３７  構造
４０  コア
４１  クラッド
５０  ホログラム、基体
５１  基体
５２  領域
６０  位相マスク
６１  ガラスプレート
６２、６３  領域
４２１、４２２  領域
【図１】
0003727358.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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