(57)【要約】  波長校正又は測定用の気体セルは、波長校正又は測定を提供するために少なくとも１つの吸収線を持つ気体を含む光ファイバ（10）からなる。気体は、ファイバ（10）中の光モードフィールド分布の十分な部分が気体中に局所化されるように設けられている。気体は、ファイバ（10）中の又はファイバに沿った単一の孔、又は複数の孔の配列中に設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの吸収線をもたらす気体を収容し、波長校正又は測定を提供する光ファイバ（10）。
【請求項２】
前記気体が、前記ファイバ（10）における光モードフィールド分布の十分な部分が前記気体中に局所化されるように供給されている請求項１に記載の光ファイバ（10）。
【請求項３】
前記気体が、前記ファイバ（10）の中の又は前記ファイバに沿った単一の孔又は複数の孔の配列に供給され、前記光モードフィールド分布の十分な部分がその中に局所化されている請求項１又は２に記載の光ファイバ（10）。
【請求項４】
前記ファイバ（10）の中の孔の配列が、前記ファイバ（10）の他の領域よりも低い屈折率を持つ有効媒体として作用する請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項５】
異なる孔密度を持つ領域又はシェルの構成が、従来の光ファイバに類似した有効屈折率プロファイルを提供する請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項６】
孔の配列が、フォトニック結晶として作用し、前記フォトニック結晶の領域に囲まれた領域において導波されるモードに対して高い反射率を持つ請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項７】
前記ファイバ中の一部の孔が前記基準気体により充填され、一部の孔が実質的に真空、又は異なる気体で充填されている請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項８】
前記ファイバの異なる孔が異なる基準気体により充填されている請求項１〜７のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項９】
他の光ファイバ構成要素又はシステムへのより良好な結合のために、少なくとも一つの端部部品、好ましくはレンズをさらに含む請求項１〜８のいずれかに記載の光ファイバ（10）。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光ファイバ（10）を備えている波長校正又は測定用の気体セル。
【請求項１１】
波長校正又は測定用の気体セルであって、請求項１〜１０のいずれかに記載の光ファイバ（10）を複数複数含むものにおいて、前記光ファイバの各々が特定の長さを持ち、それぞれの基準気体で満たされており、前記複数の光ファイバ（10）が共に繋ぎ合わされ、又は結合されている気体セル。
【請求項１２】
波長基準測定を実施するための光学システムであって、
光学刺激信号（20）を受信するように適合されている請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバ（10）又は気体セルと、
適用された前記光学刺激信号（20）に対する前記光ファイバ（10）の応答信号を受信するように適合されている受器（30）と、
前記応答信号から、前記光ファイバ（10）又は前記気体セルにより吸収された１つ又はそれ以上の波長を判定するように適合されている処理ユニット（40）とからなる光学システム。
【請求項１３】
前記処理ユニット（40）が、波長校正を実施するために、前記１つ又はそれ以上の判定した吸収波長を１つ又はそれ以上の既知の吸収波長と比較するように適合されている請求項１２に記載の光学システム。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバ（10）又は気体セルを製造するための方法であって、
フォトニック結晶ファイバの少なくとも１つの孔又は空気を充填した中空コアを、所望の気体又は気体混合物で満たすステップを有する方法。
【請求項１５】
前記ファイバの一方の側でポンピングを実施するステップと、
前記ファイバの他方の側に気体又は液化ガス貯留部を取り付けるステップとをさらに有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
冷凍ガスの結晶の小片又は液化ガスを、脱気したファイバへと挿入するステップと、
前記ファイバを封止するステップとをさらに有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記所望気体又は気体混合物の環境下において実施される請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えばテレコミュニケーション分野で使用されている機器やシステムの波長校正用の基準信号は、従来のガラスセル中に収容されているアセチレン、HCN又はCO2のような分子の電子状態又は振動状態の光吸収線又は放射線から取得されている。詳細は、例えばUS-B-6,249,343、US-A-5,450,193、US-A-5,521,703、又はhttp://www.boulder.nist.gov/div815/srms.htmに開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、改良された波長校正を提供することにある。この目的は、独立請求項により達成される。好適な実施例は、従属請求項により示される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、光ファイバは波長校正を目的とする気体セルとして適用される。光ファイバは、単一の孔又は複数の孔の配列をファイバ中に又はファイバに沿って含み、光モードフィールド分布の十分な範囲が局所化されていることが好ましい。単一の孔又は複数の孔の配列は、気体で満たされ、波長校正用の吸収線をもたらす。
【０００５】
ファイバ中のモード誘導は以下の２つの方法で実施することが望ましい。
【０００６】
・複数の孔の配列が、例えばファイバの固体ガラスコアであるファイバの他の領域よりも低い反射率を持つ有効媒体として作用する。この場合、モードは一般にファイバコアのガラス中を誘導され、フィールド分布のわずかな部分のみが孔中に局所化される。しかしながら、従来の光ファイバに類似した有効屈折率の分布を模倣する異なる孔密度を持つ複数領域（又は「シェル」）の配列を適用することも可能である。この場合、孔中に局所化されたモード密度の割合はより大きくなる。
【０００７】
・複数の孔の配列が、光結晶領域に囲まれた領域中で誘導されるモードに対して非常に高い反射率を持つフォトニック結晶として作用する。この領域は、直径が非常に大きい「中空コア」とすることができ、これはモード強度の殆どを誘導する。
【０００８】
本発明によれば、このようなファイバ中の孔は、波長基準ゲージとして利用される規定の気体又は気体混合物で満たされている。このようなファイバ気体セルの利用は、光と気体分子との相互作用長を、従来の気体セルではわずか数cmであることと比較して、大幅に長くする。したがってCO2のような、どちらかと言えば低吸収の気体を利用することができる。これは特に遠隔通信Ｌバンドにおいて有用である。
【０００９】
さらに、本発明のファイバ気体セルは、今日使用されている大型のキュベット型のセルよりも小型でより柔軟であり、光ファイバ機器により適合している。ピッグテールの問題や、数cmの自由行路長にわたる自由空間接続の問題が大幅に低減される。
【００１０】
さらに、一部の用途に必要とされる例えばHCNである有毒ガスの量を大幅に少なくすることができる。このことは、製造者にとっても、操作者にとっても、環境にとっても有益である。最後に、ファイバ気体セルは、従来のものよりも安価に提供することができる。最長で数メートル程度のファイバしか必要とされない。
【００１１】
本発明のファイバ気体セルを製造するための好適な実施例では、「通常」のフォトニック結晶ファイバの空気が入った中空コアが、所望の気体又は気体混合物によって充填される。これは、例えばファイバの一方の側を気体貯留部に取り付け、他方の側をポンピングすることによって実施することができる。平坦ガラスから成る端部部品には、例えば接着法又はアーク溶接法により、マイクロレンズと、他の光学素子、光源又は光検出素子とを取り付けることができる。
【００１２】
代替的には、冷凍ガスの結晶の小片、又は少量の液化ガスを脱気したファイバ中に挿入して封止することができる。結晶又は液体の蒸発と共に、ファイバは気体で満たされる。
【００１３】
小さな直径の孔への気体充填は非常に狭いチャネルの大きな抵抗を受ける可能性があるため、他の実施例においては、ファイバ成長プロセス全体を、所望の気体又は気体混合物の環境下で（例えば加圧下において）実施することが好ましい。
【００１４】
好適な実施例においては、光ファイバは、J.C.Knight等によりOptics Letters 21,1547(1996)に開示された中空コアファイバ、M.Ibanescu等によりScience 289、415(2000)に開示された"穴あき"ファイバ、又はJ.Broeng等によりDanish Opt.Soc.News,p.22,June 2000に、もしくはJ.Broeng等によりJ.Opt.A:Pure Appl.Opt.1,477(1999)に、もしくはJ.Broeng等によりScience 285,1537(1999)に開示されたフォトニック結晶ファイバに基づいてもたらされる。
【００１５】
他の適用可能なファイバ構造は、例えばWO-A-0022466、WO-A-9964903、WO-A-9964904、US-B-6,301,420、WO-A-0142831、WO-A-0065386又はWO-A-0016141に開示されている。
【００１６】
波長基準測定値を得るために、既知の吸収波長を持つ気体を充填した本発明のファイバは、気体充填ファイバに刺激をもたらす波長源へと結合されていることが好ましい。適用した刺激に応答した気体充填ファイバの波長応答信号が検出され、解析される。検出された波長応答信号を既知の吸収波長と比較することにより、もたらされた波長解析結果を既知の吸収波長を利用して校正することができる。例えば上述したUS-B-6,249,343、US-A-5,450,193、US-A-5,521,703又はhttp://www.boulder.nist.gov/div815/srms.htmに開示されているような校正方式及び設定を、他の既知の波長測定法、制御法及び校正技術と共に状況に応じて適用することができる。
【００１７】
さらなる好適な実施例は以下の通りである。
【００１８】
・ファイバ気体セルの個々の孔が全て、波長校正に利用されるものと同じ気体で均一に満たされていない状態にする。可能な他の態様としては、（１）一部の孔を基準気体で満たし、一部の孔を減圧下におく（「空」にする）；（２）一部の孔を基準気体で満たし、他の孔を例えば空気である他の気体で満たす；ことが挙げられる。しかしながら気体セルは、基準気体との光の相互作用が波長測定を実施し得る程度に強いものとなるように構成されていなければならない。
【００１９】
・１つのファイバ及び同じファイバにおいて、ファイバ気体セルの個々の孔が、例えばC2H2及びCO2である異なる基準気体で満たされる。これにより、使用される気体によって異なるスペクトル領域での基準波長の同時測定が単一のファイバ気体セルにおいて可能となる。
【００２０】
・特定の長さを持ち、例えばC2H2及びCO2である異なる基準気体で満たされた、少なくとも２つのファイバ気体セルを繋ぎ合わせることにより、より長い新たなファイバ気体セルを形成することができる。この構成によれば、使用される気体によって異なるスペクトル領域での基準波長の同時測定が単一のファイバ気体セルにおいて可能となる。
【００２１】
・ファイバ気体セルが、レンズ又は他の手段からなる少なくとも一端の部品を有することによって、他のファイバ光学構成要素及びシステムに対するこのファイバ気体セルの結合を改良することができる。少なくともその端部は、ファイバ気体セルに機械的に結合又は融着接続されている。
【００２２】
・例えば光パワーの源又は受器を含むがこれに限定されない光学系と組み合わされたファイバ気体セルによって、波長基準測定が実施される。
【００２３】
・ファイバ端部に直接的に取り付けられている光源及び／又は検出器を含むファイバ気体セルの統合システムによって、光パワーの結合及び／又は検出が容易に行われる。
【００２４】
・ファイバ気体セルは入力照明としてレーザーの自発放出（SSE）からの広帯域光を利用する。SSEは光学スペクラムアナライザ（OSA）と共に使用されることも多いチューナブルレーザーから取得することができるため、このような装置は、例えばOSAの波長校正用に利用される発光ダイオード（LED）と従来の気体セルの組み合わせを代替することができる。ヘテロダイン技術を利用したOSAにおいては、SSEは内臓レーザー光源から取得することも可能である。
【００２５】
本発明の他の目的及び付随する多数の利点は、添付図を参照すると共に以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなり、より理解することができる。実質的に又は機能的に同一又は同様の構成要素を同じ符号により示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１においては、既知の吸収波長を持つ気体が充填されているファイバ10が、このファイバ10に刺激信号をもたらす波長源20に結合されている。適用される刺激に応答した気体充填ファイバ10の波長応答信号は、検出器30により検出され、解析ユニット40により解析される。解析ユニット40は、検出された波長応答信号を、ファイバ10中の気体に対して既知の期待吸収波長と比較する。実際に測定された吸収波長と期待吸収波長との間の相違により、解析ユニット40がもたらす波長解析を校正することが可能となる。
【００２７】
図２は、J.Broeng等によるDanish Opt.Soc.News、p.22、June 22において知られるファイバ10の応用可能な実施例を概略的に示す断面図である。一定パターンの円100は、気体が充填されている孔を示している。図の中心にあり、一例として六方対称を有する大きな断面領域110は、ファイバ10の中空コアを表しており、これも気体で満たされている。ほぼ円形のグレースケール画像は、主に気体充填領域にて発生するファイバの基本導波モードのフィールド分布を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に基づく波長基準測定を提供するための構成を示す図である。
【図２】本発明に基づくファイバ10の一実施例の概略を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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