(57)【要約】      （修正有）【課題】苛酷な環境において信頼できる性能を持つＦＢＧおよびその他ファイバベースのデバイスを実現し得る構造および技術を提供する。【解決手段】カーボンコート光ファイバに、一つまたはそれ以上のＦＢＧを作製する。感光性光ファイバは、ハーメチックカーボンコーティングが施され、レーザー２２のビーム出力により、ハーメチックカーボン層１６が損傷を受けないままで、ハーメチックカーボン層１６を透過し、一つまたはそれ以上の屈折率変調を光ファイバに書き込む。レーザー２２は、ハーメチックカーボン層１６を透過し、光ファイバに一つまたはそれ以上のＦＢＧを書き込む。【選択図】図２
2014206734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンコート光ファイバ内に、一つまたはそれ以上のファイバグレーティングを作製する方法であって、
ハーメチックカーボン層を有する感光性光ファイバを提供すること、
前記ハーメチックカーボン層が損傷を受けないまま、一つまたはそれ以上の屈折率変調を、前記ハーメチックカーボン層を透過して前記光ファイバに書き込むように構成されたビーム出力を有するレーザーを提供すること、および、
前記ハーメチックカーボン層を透過して、一つまたはそれ以上のファイバグレーティングを前記光ファイバに書き込むために、位相マスクまたはホログラフィック技術においてレーザーを使用すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記カーボン層を前記ファイバ上に塗布した後で、線引き中に前記光ファイバに、前記一つまたはそれ以上のファイバグレーティングが書き込まれ、
線引き中に、前記一つまたはそれ以上のファイバグレーティングの前記ファイバへの前記書き込みの後、前記カーボン層上に外層コーティングが塗布される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記カーボン層が線引き中に前記ファイバに塗布され、
線引き中に、外層コーティングが前記カーボン層上に塗布され、
前記カーボン層が損傷を受けないままで、紫外線レーザーが前記外層コーティングを透過して、続いて前記光ファイバに前記一つまたはそれ以上のファイバグレーティングを書き込めるように、前記外層コーティングが十分に低い紫外線吸収を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記外層コーティングが、アクリレート類、脂肪族ポリアクリレート類、シルセスキオキサン類、アルキル置換シリコン類およびビニルエーテル類よりなる群から選択されたポリマーを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
感光性のカーボンコート光ファイバを作製する方法であって、
高い感光性を有するようにファイバにドーピングすること、
前記ファイバのクラッドにハーメチックカーボン層を塗布すること、および、
前記ハーメチックカーボン層上に外層コーティングを塗布することを含み、
紫外線レーザーを使用して、前記外層コーティングおよび前記カーボン層を透過して、前記ファイバに一つまたはそれ以上のファイバグレーティングが書き込まれるように、前記外層コーティングが十分に低い紫外線吸収を有する方法。
【請求項６】
前記ファイバがコアおよびクラッドを有し、前記コア、または前記コアおよび前記クラッドの一部にゲルマニウムまたは他の希土類ドーパントがドープされている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ファイバの前記感光性を増すために水素または重水素負荷を使用することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記カーボン層の前記塗布の後で、水素または重水素が前記カーボン層を透過して負荷される温度まで前記ファイバを加熱することにより、前記ファイバに前記水素または重水素が負荷される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
感光性カーボンコート光ファイバであって、
感光性コア領域および取り囲むクラッド領域を有する導波路、
前記導波路を取り囲むハーメチックカーボン層、および、
前記カーボン層を取り囲む外層コーティングを有し、
前記カーボン層が損傷を受けないままで、紫外線レーザーが、前記外層コーティングおよび前記カーボン層を透過して、前記ファイバに一つまたはそれ以上のファイバグレーティングを書き込むために使用することができるようになる紫外線吸収を前記外層コーティングが有する、感光性カーボンコート光ファイバ。
【請求項１０】
前記外層コーティングが、アクリレート類、脂肪族ポリアクリレート類、シルセスキオキサン類、アルキル置換シリコン類およびビニルエーテル類よりなる群から選択されたポリマーを含む、請求項９に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
カーボンコート光ファイバグレーティングの大量生産のためのシステムであって、
光ファイバプリフォームを受けるため、および光ファイバがそこから線引きされるように前記プリフォームを加熱するために、上端部に加熱炉を有する線引きタワーと、
前記線引きされたファイバを受けるため、およびハーメチックカーボン層をそこへ塗布するために前記線引きタワー内で前記加熱炉の下に設置されたカーボン反応炉と、
前記カーボンコート光ファイバを受けるため、および前記カーボン層が損傷を受けないままで前記ハーメチックカーボン層を透過して前記カーボンコート光ファイバにグレーティングを書き込むのにレーザーを使用するため、前記線引きタワー内で前記カーボン反応炉の下に設置されたグレーティング書き込み部、および、
前記カーボンコート光ファイバおよびその中に書き込まれた前記ファイバグレーティングの上に外層コーティングを塗布するための外層コーティング塗布部、を有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本出願の譲受人によって所有され、参照により全体が本明細書に組み込まれる２０１３年３月１４日に出願した米国仮特許出願第６１／７８４，３４７号の優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に光ファイバ分野、特に苛酷な環境での使用におけるファイバグレーティングおよび同様の光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバおよびファイバベースのデバイスに対する要求は、過去１０年間で飛躍的に増加している。しかしながら、湿度の高い、あるいは水素が豊富な環境において、センサーやその他のデバイスといったファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を採用するファイバベースのデバイスは、通常、光学機能性に関する問題だけでなく機械的耐久性および信頼性の問題に対処するため、シールドを必要とする。それらのデバイスの信頼性および光学性能は、光部品およびシステムの設計者にとって第一に重要なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６２０，４９５号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、他、「ハーメチック光ファイバのための低速度カーボン蒸着処理（Ｌｏｗ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｈｅｒｍｅｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ）」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｉｒｅ  ａｎｄ  Ｃａｂｌｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、苛酷な環境において信頼できる性能を持つＦＢＧおよびその他ファイバベースのデバイスに対する技術的に継続した要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、カーボンコート光ファイバ内にグレーティングあるいは同様の光デバイスを作製するための方法を対象としている。感光性光ファイバは、ハーメチックカーボンコーティングを施して提供される。さらに提供されるのは、ハーメチックカーボン層が損傷をうけないまま、ハーメチックカーボン層を透過して光ファイバ内に１つ、またはそれ以上の屈折率変調を書き込むように構成されたビーム出力を持つレーザーである。そのレーザーは、ハーメチックカーボン層を透過して光ファイバ内に１つ、またはそれ以上の光デバイスを書き込むのに使用される。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、カーボンコート光デバイスの大量生産のための構造と技術を対象としている。本発明の一つの実践では、光デバイスは、二次コーティング後の工程でカーボンコート光ファイバ内に書き込まれる。本発明の別の実践では、光デバイスは、ファイバへのカーボンコーティングの塗布の後、光ファイバの線引き工程の最中に線引きタワーにおいてファイバ内に書き込まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実験証明において使用されたテスト光ファイバの概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の実験証明において使用されたグレーティング書き込み装置の概略図を示す。
【図３】図３は、図１および図２に示されたファイバおよびグレーティング書き込み装置を使って実施されたテスト結果を説明する反射スペクトルを示す。
【図４】図４は、図１および図２に示されたファイバおよびグレーティング書き込み装置を使って実施されたテスト結果を説明する反射スペクトルを示す。
【図５】図５は、図１および図２に示されたファイバおよびグレーティング書き込み装置を使って実施されたテスト結果を説明する反射スペクトルを示す。
【図６】図６は、図１および図２に示されたファイバおよびグレーティング書き込み装置を使って実施されたテスト結果を説明する反射スペクトルを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一態様に従い、二次コーティング後の書き込み技術における使用のために構成されたカーボンコート光ファイバの等角図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示されたカーボンコート光ファイバの平面７Ｂ−７Ｂでの横断面図を示す。
【図８】図８は、図７Ａおよび図７Ｂに示されたファイバに使用される、自動化されたグレーティング書き込みシステムの概略図を示す。
【図９】図９は、線引き工程の一部としてカーボンコート光ファイバ内にグレーティングを書き込むための、本発明の一態様による自動化されたシステムの概略図である。
【図１０】図１０は、本発明による一般的な技術のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一態様は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）やそれと同様のものといった光デバイスを対象としており、それらはハーメチックカーボンコーティングを有する光ファイバ内に作製される。本明細書に記載された構造および技術は、例えば、苛酷な環境におけるセンサーとして使用されるＦＢＧを作製するのに使用することができる。加えて、記載された構造および技術は、改善された疲労抵抗を示すＦＢＧを作製するのに使用することができる。
【００１１】
本明細書において、「苛酷な環境」という表現は、一般に、ハーメチックカーボンコーティングが光デバイスを保護するのに有益である環境について言及している。そのような環境は、例えば、高湿度な環境、水素が豊富な環境、高湿度および水素が豊富という両方の環境、液体水といった高水分含有もしくは水性の環境、または同様のものを含む。一般的に言えば、水に対する気密性は、苛酷な環境において機械的信頼性を向上し、水素に対する気密性は光学的信頼性を向上する。
【００１２】
本明細書において、「ハーメチックカーボンコーティング」および「カーボンコーティング」という表現は、ファイバのカーボンコーティング内に包含された部分を密封するためにファイバの表面に塗布されたコーティングについて言及している。カーボンコーティングは、例えば、凝結水、広範囲の温度における水蒸気、および同様のものを含めた水分に対する密閉性を有するグラスファイバ表面を提供することや、コーティングの構造しだいで最大１３０℃あるいはそれ以上で水素または重水素の進入に対して保護すること、および、疲労を遅らせることや応力腐食故障を少なくすることにより所定の環境における所定のファイバの予想耐用年数を延ばすといったことを含む複数の目的を果たす。
【００１３】
ある一つのカーボンコーティング技術において、カーボン層は、線引き工程の一部として、線引きタワー内で光ファイバの外表面に塗布される。線引きタワーは、カーボン反応炉を備えており、光ファイバがプリフォームから線引きされた後、その中を通過する。カーボン反応炉の中では、最大１２００℃の温度において、非結晶質カーボンのハーメチック層を光ファイバの外表面に堆積するために、化学気相堆積法（ＣＶＤ）技術が使用される。カーボンコーティングの標準的な厚みは、〜０．０２μｍから〜０．０８μｍである。
【００１４】
ＣＶＤ技術は、無酸素状態において反応性ガスをカーボン反応炉中に流すことによって実行される。熱分解反応は、線引きされるファイバのガラス表面で生じ、そのファイバ表面にカーボンの熱蒸着をもたらす。カーボンコーティングが密封した状態となるためには、蒸着されたカーボンの最小厚が要求される。通常は、ポリマーコーティングが、その後、カーボン層の上に塗布される。
【００１５】
カーボンコーティング技術は、例えば、Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、他による「ハーメチック光ファイバのための低速度カーボン蒸着処理（Ｌｏｗ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｈｅｒｍｅｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ）」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｉｒｅ  ａｎｄ  Ｃａｂｌｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９９９）により詳細に記載されている。
【００１６】
様々な理由から、カーボンコーティングは、ＦＢＧおよび同様の光デバイスと関連して使用されていなかった。第一に、カーボンコーティングを塗布するのに要求される高温はグレーティングを損なうおそれがあるため、グレーティングは、カーボンコーティングの塗布より前に書き込むことができないと考えられる。
第二に、従来、一般的には、ＵＶレーザービームに対するカーボンコーティングの透明性不足のため、グレーティングは、カーボンコーティングの塗布より後にファイバへ書き込むことはできないと考えられてきた。
【００１７】
本発明は、もしファイバが十分に高い感光性を持ち、書き込みレーザーが適切なパワー範囲内で動作するように構成されていれば、ハーメチックカーボンコーティングをファイバのクラッドに塗布し、その次に、ハーメチックシールを破壊することなくカーボンコーティングを透過してファイバにグレーティングを書き込むことが可能である、という見識に基づいている。
【００１８】
一般的に言えば、カーボンコート光ファイバへのグレーティングの書き込みは、カーボンコーティングを有しない光ファイバへのグレーティングの書き込みに使用される構成や技術のいずれも採用することができる。そのため、グレーティングは、ホログラフィック技術、位相マスク技術、あるいは同様のものを使用してカーボンコート光ファイバへ書き込むことができる。特定の状況に応じて、いくつかの調整や改良が必要であろう。
【００１９】
以下に述べるように、カーボンコート光ファイバへのグレーティングの書き込みは最初の線引き工程の一部として、あるいは単独の二次コーティング後の工程の中で実行することが可能である。
【００２０】
感光性
上述のとおり、グレーティングがカーボンコーティングを透過してファイバに書き込まれるためには、ファイバが適切な程度の感光性を持っていなければならない。所定の状況において必要とされる感光性の程度は、（１）書き込まれるグレーティングの強度、および（２）書き込むレーザービームとグレーティングが書き込まれるのに透過されるカーボンコーティングとの相互作用、を含む複数の要因によって決まる。
【００２１】
本発明の一態様によれば、所定のファイバにおける適切な程度の感光性は、感光性を作り出すと知られている一つまたはそれ以上のドーパントの使用により獲得される。それらのドーパントは、例えば、フッ素、ホウ素だけでなくゲルマニウムあるいは同様のものを含む。特定の応用により、特定の屈折率プロファイルやその他所望の特性はもちろん、所望する程度の感光性を持つファイバの設計に達するためには、一つまたはそれ以上のファイバ領域において、一つまたはそれ以上の共添加されるドーパントを採用するのが望ましい。
【００２２】
本発明の所定の応用のために適切なファイバは、複数の異なる方法のいずれでも提供されるであろう。例えば、ある状況において、もしファイバが適切な程度の感光性を持つならば、既に存在するそのファイバ設計を採用することが可能であろう。その他にも、既に存在するファイバ設計は、その感光性について適切な調整を行うことにより改良されるであろう。いくつかの状況においては、適切な光ファイバのあつらえ設計が必要または望ましいであろう。そのような光ファイバの設計は、例えば、マルチコア、定偏波応力ロッド、星型または八角形のクラッド、長方形コア、一つまたはそれ以上の様々なタイプのコーティング、および同様のものといった他の構造を取り込む可能性はもちろん、コア、トレンチ、クラッド寸法および屈折率を含む、ということは、技術実施者にとって十分に当たり前であろう。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、水素負荷または重水素負荷は、カーボンコートファイバの感光性ひいてはファイバ内に書き込まれるグレーティングの反射性（すなわち、強度）を増強するのに使用されるであろう。先に述べたとおり、カーボンコーティングは、〜１３０℃またはそれ以上で、コーティング構造に応じて、水素進入を防ぐ。そのため、適切な濃度の水素または重水素を含む加圧されたチャンバー内にファイバを置き、適切な長さの時間、〜１３０℃を越えるファイバ温度を保持することにより、書き込みに先立って、水素あるいは重水素でカーボンコート光ファイバに負荷をかけることができる。そのような調整工程のためのパラメーター（例えば、時間、温度、および圧力）は、要求されるファイバの感光性、カーボンコーティングの気密性、およびこの露出に耐え抜くための第二コーティングの性能によって決まる。
【００２４】
グレーティングは、その後、本明細書に記載された技術に従ってファイバに書き込まれる。本発明のさらなる態様によれば、一度グレーティングがファイバに書き込まれると、過剰に負荷された水素または重水素をファイバから取り去るために、その後、〜１３０℃より高い温度でアニールされる。
【００２５】
実験による確認
本発明の態様は、カーボンコートされたテストファイバにグレーティングが首尾よく書き込まれた一連の実験において確認されている。これらの実験の成功結果は、カーボンコートグレーティングの大量生産に使用することができる以下に記載の複数の製造技術の開発につながる。
【００２６】
図１および図２は、縮尺どおりに描かれていない、テストファイバ１０および書き込み装置２０の略図を示す。テストファイバ１０は、コア領域１２、コアを取り囲む直径８０μｍのクラッド領域１４、ハーメチックカーボン層１６、およびそのカーボン層１６を取り囲むポリイミドの保護コーティング１８からなる単一コアファイバである。ファイバコア領域１２は、比較的に高い程度の感光性と０．２１の開口数とをもたらす濃度のゲルマニウムがドープされている。カーボンコーティング１６は、線引き工程中に塗布され、約０．０２９μｍの厚みを持つ。ポリイミドコーティング１８も、カーボン層の塗布の後で線引き工程中に塗布され、約１５μｍの厚みを持つ。
【００２７】
なお、特定の応用に応じて、０．０８μｍまたはそれ以上の厚みを持つカーボンコーティングが検討されうる。
【００２８】
ファイバ１０は、レーザー２２の出力に対してファイバを保持し位置調整するための手段（図示されていない）と、ビーム伝達光学系２４とを有する書き込み装置２０に投入される。書き込みに先立ち、カーボンコーティング１６を無傷なまま残し、ポリイミドコーティング１８がファイバから皮剥きされる。
【００２９】
図２の書き込み装置２０において、レーザー２２は、２４８ｎｍの波長を持つレーザービームを提供する、ＴｕｉＬａｓｅｒ社により製造されたエキシマーＵＶレーザーを使って実現される。位相マスク２６は、ファイバの設計に応じて、ファイバコア１２またはファイバコア１２とクラッド１４の一部にグレーティング２８を書き込むのに使用される周期的な干渉縞をＵＶレーザービームから作り出すのに使用される。当然のことながら、所定の応用に応じて、本発明は、他の適切なタイプのレーザーを使っても実施できる。
【００３０】
カーボンコーティングがそれを通してグレーティングが書き込まれるのに十分透過的となる、比較的広い波長範囲があることが知られている。それらの波長は、１９３ｎｍ、２４４ｎｍ、および２４８ｎｍを含む。「コールドライティング」技術、フェムト秒レーザー、その他の手法を使用するとき、より長い波長が採用しうる。
【００３１】
テストにおいては、異なる書き込みパラメーターを使用して、カーボンコートされたテストファイバに複数のグレーティングが書き込まれた。書き込まれたグレーティングの性能は、広帯域光源、３ポートサーキュレーターおよび光スペクトラムアナライザー（ＯＳＡ）を有する装置を使用して測定された。図３〜図５は、テスト結果を説明する一連の反射スペクトルを示す。とりわけ、その反射スペクトルは、カーボンコート光ファイバにグレーティングを書き込むことが可能であるということを裏付けている。加えて、一般的に言えば、書き込みレーザービームに対するより長時間の露出、およびグレーティングが書き込まれるファイバ内のゲルマニウム（もしくは適切なドーパント、またはドーパントの組み合わせ）の濃度を増加の両方またはいずれか一方により、より強いＦＢＧを書き込むことができるということをその反射スペクトルは裏付けている。
【００３２】
図３は、上記のとおり、ある長さのテストファイバに書き込まれた８ｍｍのグレーティングによって発生された反射スペクトル３０を示す。ＴｕｉＬａｓｅｒ社のエキシマーレーザーは、２４８ｎｍの波長を有する４０Ｈｚのパルスレーザービームを提供するのに使用された。書き込み領域でのレーザーエネルギー密度は、〜２５ｍＪ／ｃｍ２である。露出時間は６０秒であり、その時間の後で、グレーティングは著しく変化していなかった。そのレーザーエネルギー密度が選ばれたのは、〜２５ｍＪ／ｃｍ２では、顕微鏡で検査した際に、カーボンコーティングには、見て分かる損傷がなかったからである。８０ｍＪ／ｃｍ２のパワー密度レベルは、カーボンコーティングを焦がす、または損傷するであろうことを実験が示している。書き込みパラメーターの正確な上限は未だ決定されていないが、２４８ｎｍのＴｕｉＬａｓｅｒ社エキシマーレーザーについては、２５ｍＪ／ｃｍ２から８０ｍＪ／ｃｍ２の間であることが予期される。レーザーのその他の波長やタイプにおいては、レーザーエネルギー密度範囲は異なるであろう。
【００３３】
図３に示されるように、８ｍｍのグレーティングの反射スペクトルは、〜８％のピーク反射率に相当する〜−１１ｄＢのピークに達している。
【００３４】
図４は、単一レーザーパルス（すなわち、「１パルス」の書き込み工程）によって、カーボンコート光ファイバに書き込まれたＦＢＧの反射スペクトル４０を示す。使用された装置は、図３におけるＦＢＧを書き込むのに使用されたものと全く同じものである。１パルスＦＢＧは、〜０．２９％（〜−２５．５ｄＢ）のピーク反射率に達している。この結果は、重要である。なぜなら、この結果は、線引きタワーのグレーティング書き込み技術を使用してカーボンコートファイバのグレーティングを作製できるかもしれないことを暗示しているからである。
【００３５】
図３で説明されたグレーティングは、上記２つの中で強い方で、例えば、波長分割多重方式（ＷＤＭ）ベースのインテロゲーターにおける使用に適している。図４で説明された弱い方の１パルスグレーティングは、例えば、時分割多重方式／波長分割多重方式（ＴＤＭ／ＷＤＭ）技術をベースとする弱いグレーティングインテロゲーターにおける使用に適している。ＴＤＭ／ＷＤＭシステムにおいて、各々のＦＢＧの反射率は、−３５ｄＢと低く（すなわち、〜０．０３％の反射率）となりえる。
【００３６】
図５は、同じテスト装置を使い、しかし異なる数のレーザーパルス（１パルス５１、２パルス５２、３パルス５３、および５パルス５５）にてカーボンコートされたテストファイバに書き込まれた、一連の４つの８ｍｍグレーティングの反射スペクトル５０を示す。
【００３７】
テストファイバ内のグレーティングの書き込みが、顕微鏡によって目視で観察されないカーボンコーティングの損傷をもたらすかどうかを究明するため、さらなる実験が実施された。
【００３８】
図３に示されたものと同じような６つのＦＢＧが、テストファイバに書き込まれた。それらの波長は、８５℃で６４時間アニールされた後、室温で測定された。その６つのＦＢＧは、その後、４，４００ｐｓｉの圧力および５０℃の温度を持つ重水素露出チャンバー内に置かれた。２０日後、ＦＢＧはチャンバーから取り出され、再度、室温にて波長が測定された。重水素ガスが選ばれたのは、上記の重水素環境を作り出すための装置が容易に得られるからである。重水素ガスを水素ガスと変えても、同じ結果が得られることが期待される。
【００３９】
負荷をかける前の波長と比較して、それらＦＢＧによる波長シフトは、−１２ｐｍから０ｐｍに及び、平均波長シフト−７．２ｐｍであった。〜０．５℃の室温変動と比較的小さい波長シフトを仮定すると、重水素はそれらの負荷条件においてファイバコアに進入していないと結論付けることができる。グレーティングの書き込みはカーボンコーティングを損傷しないということも結論付けることができる。
【００４０】
図６は、カーボンコーティング厚が〜０．０５６μｍ、クラッド直径が１２５μｍ、および開口数が０．１６である他のカーボンコートファイバに書き込まれた長さ１０ｍｍのグレーティングにおける反射スペクトル６０を示す。レーザー条件は、カーボンコーティングが〜０．０２９μｍの厚さを持つカーボンコーティング光ファイバに書き込まれたグレーティングのテストと同じである。反射スペクトル６０において、０．６％ピーク反射６１は、４％の切断されたファイバ端反射を基準とする。０．０２９μｍのカーボンコートファイバから得られた結果と比較して、この低反射性は、主に、感光性の低いファイバおよびより厚みのあるカーボンコーティングの両方に起因すると考えられる。これを検証するために、グレーティングは、０．０５６μｍ厚さのカーボンコートファイバと同じガラス構造であるが、０．０２４μｍ厚さのカーボンコーティングを持つファイバにも書き込まれた。この結果から、１０ｍｍグレーティングにおいて１．７％のピーク反射率が得られるということが分かった。ファイバコアへのより高いゲルマニウムドーピングとファイバの特別な光増感により、厚さが厚いカーボンコートファイバにおいてもより高いグレーティングピーク反射率を得ることができると考えられる。
【００４１】
カーボンコート光ファイバグレーティングの大量生産
上記の有望な結果は、カーボンコート光ファイバ内のＦＢＧの大量生産における複数の可能なシナリオを生む。第一のアプローチでは、ＦＢＧは、二次コーティング後の工程において、カーボンコート光ファイバに書き込まれる。第二のアプローチでは、ＦＢＧは、カーボンコーティングの塗布の後、線引き工程の一部としてファイバに書き込まれる。それらの取り組みのそれぞれは順に記載される。
【００４２】
二次コーティング後の書き込み
本明細書において、「二次コーティング後の書き込み」という表現は、カーボンコート層上への一つまたはそれ以上の二次コーティングの塗布の後で実行される書き込み工程について言及している。「二次コーティング後の書き込み」技術は、光ファイバｍｐ線引き工程の一部として線引きタワー内で実行することもできるし、またはファイバを線引きタワーから取り出した後、書き込み装置で実行することもできる。
【００４３】
図７Ａは、本発明の一態様に従い、二次コーティング後の書き込み技術での使用のために構成されたカーボンコート光ファイバ７０の等角図を示す。図７Ｂは、図７Ａに示されたカーボンコート光ファイバの平面７Ｂ−７Ｂでの横断面図を示す。
【００４４】
ファイバ７０は、コア領域７２、クラッド領域７４およびハーメチックカーボン層７６を有している。ハーメチックカーボン層を取り囲むのは、紫外線に対して十分に透過的である保護用の「ライトスルー」コーティング７８である。そのようなコーティングは、本出願の譲受人により所有され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，６２０，４９５号に記載されている。その中で公開されているとおり、外層コーティングは、低ＵＶ吸収のポリマーを含む。そのようなコーティングは、例えば、アクリレート類、脂肪族ポリアクリレート類、シルセスキオキサン類、アルキル置換シリコン類およびビニルエーテル類よりなる群から選択されたポリマーを含むであろう。本明細書において、「アクリレート類」および「脂肪族ポリアクリレート類」という表現は、メタクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、アクリル酸ウレタン、および同様のものを含む。
【００４５】
図８は、ファイバ７０に使用される、自動化されたＦＢＧの書き込みシステム８０の概略図を示す。システム８０は、プログラム制御できるコントローラー装置８１、自動化されたファイバ巻取りシステム８２、自動化されたファイバの固定システム８３およびＵＶレーザー８４を有している。ビーム伝達光学系８５は、位相マスク、またはホログラフィック技術をベースとすることができる。ファイバ７０は、自動化されたファイバ巻取りシステム８２に投入され、グレーティングは、一連の書き込みサイクルにおいてファイバ７０に書き込まれる。それぞれのサイクルにおいて、固定システム８３は、ビーム伝達光学系８５によって成形されたＵＶレーザー８４の出力に対して、ファイバ７０の一部を適切な位置に固定する。
【００４６】
ファイバ７０およびグレーティング書き込みシステム８０を使用して作成されたＦＢＧアレイは、元の状態のファイバ強度を保持する。さらに、上記のとおり、ファイバはカーボンコーティングされているので、上記のような湿度の高い、水素が豊富な、または他の苛酷な環境における使用のために構成することができる。「二次コーティング後」というアプローチは、線引きタワーでのグレーティング書き込みで、通常は達成できない厳しい光学スペクトル要求を達成するためのより巧みな操作を可能にする。
【００４７】
二次コーティング前の書き込み
本明細書において、「二次コーティング前の書き込み」という表現は、カーボンコーティング層の塗布の後で、しかしそのカーボンコーティング層上への二次コーティングの塗布より前に実行される書き込み工程について言及している。
【００４８】
本発明の一態様による二次コーティング前の書き込み技術の例となる実践において、グレーティングは、線引き工程の一部として、線引きタワーにおいてカーボンコート光ファイバに自動的に書き込まれる。図９は、本発明のこの態様による自動化されたシステム９０の概略図である。
【００４９】
システム９０は、ファイバ９３が線引きされるファイバプリフォームを受けるように構成された加熱炉９２を最上部に持つ、線引きタワー９１を有している。線引きされたファイバは、以下の段階を通過して降下する：ハーメチックカーボンコーティングがファイバ９３に塗布されるカーボンコーティング塗布器９４、グレーティングがファイバに書き込まれるグレーティング書き込み部９５、カーボンコーティング上に外層コーティングが塗布される二次コーティングダイス９６、および、完成したファイバを受け取り、バルクリールに巻き取るためのファイバ巻取りシステム９７。
【００５０】
グレーティング書き込み部９５は、ＵＶレーザー９５１、および、書き込みレーザーのビーム９５３をマスク９５４およびその装着具に伝達するように構成されたレーザービーム伝達光学系９５２を有している。もちろん、ホログラフィック技術といった他のグレーティング書き込み技術も、ここで実行することができる。線引きタワー９１の中を降下したままでファイバを停止することなくファイバ９３にグレーティングを書き込むことができるというように、各グレーティングに書き込むために必要な時間量は、十分に短い。
【００５１】
外層コーティングは、ファイバ９３へのグレーティングの書き込みの後で塗布されるため、外層コーティングがライトスルーコーティングである必要はない。そのため、記載されたアプローチは、二次コーティングのダイス９６によって塗布することができる外層コーティングに対して柔軟性を持たせることができる。例えば、アクリレート、ポリイミド、ビニルエーテル、シリコーン、シルセスキオキサン、エポキシ樹脂、および、金属をも含む、どんな複数の異なる外層コーティングも使用されるであろう。
【００５２】
一般的な技術
図１０は、本発明の上記態様による一般的技術１００を説明するフローチャートである。
【００５３】
技術１００は以下のステップを有している：
【００５４】
１０１：ハーメチックカーボンコーティングが塗布されたクラッドを持つ感光性の光ファイバを提供する。
【００５５】
１０２：ハーメチックカーボン層が損傷を受けないままで、ハーメチックカーボン層を透過し、一つまたはそれ以上の屈折率変調を光ファイバに書き込むように構成されたビーム出力を有するレーザーを提供する。
【００５６】
１０３：ハーメチックカーボン層を透過して、光ファイバに、一つまたはそれ以上の光デバイスを書き込むために、レーザーを使用する。
【００５７】
結論
本発明により、カーボンコートファイバ内に作製されたファイバブラッググレーティングは、（１）ある温度以下で水素進入に耐えること、（２）ファイバがストレスを受け、湿度の高い環境にあるとき、長期信頼性を増加すること、を含む複数の利点を有する。
【００５８】
二次コーティング後、および二次コーティング前の両者のカーボンコート光ファイバへのＦＢＧの書き込みにおいて、もう一つの利点は、ＦＢＧを書き込まれたカーボンコート光ファイバが、元の状態のカーボンコート光ファイバの強度（〜５５０ｋｐｓｉ）、すなわちＦＢＧをそこに書き込む前とほぼ同じ破壊強度を持つであろう、ということである。
【００５９】
先行の記述は、当事者が本発明を実施することを可能にするような詳細を含んでいるが、その記述は実際は実例となるもので、多くの改良や変化はそれら教示の利益を持つ当業者にとっては明白であろうということを認識すべきである。その結果、本発明が単にこの文書に添えられた請求項によってここに定義され、その請求項は従来技術によって許されるのと同じぐらい広く解釈されるということを意味している。
【図１】
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【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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