(57)【要約】  光ファイバ（１２４）中に回折構造を形成するための超高速レーザ加工システムおよび方法。ファイバを、その長軸がレーザパルスのビーム経路に対して垂直になるように装着する。ファイバの一領域を照明し、２つのカメラで撮像する（１３２、３０２）。これらのカメラは実質的に直交するように位置決めされる。ビームスポットの位置を決定する。ビームスポットは、領域内の開始位置に位置決めされる。この位置は、ファイバの加工される部分内の、ビーム経路が材料の最も長い長さを通るような位置である。ビームスポットを、ビームスポットが加工されるべき部分のすべてを通り、ビーム経路が加工済み材料を通らないように設計された経路に沿って、スキャンする。ビームスポットをスキャンしながら、約１ｎｓ未満の期間を有するレーザパルスを生成する。
2008518273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ中に回折構造を形成するための超高速レーザ加工システムであって、
それぞれが加工エネルギーレベルと等しいパルスエネルギーおよび約１ｎｓ未満の所定のパルス幅を有する、複数のレーザ光パルスを生成するパルス化レーザ源と、
前記複数のレーザ光パルスのビーム経路内に位置決めされ、前記複数のパルスをビームスポットに集束する光学系と、
前記ビームスポットが前記光ファイバ内の目標領域に位置決めされるように、前記光ファイバを保持し制御可能に移動するファイバマウントであって、
前記光ファイバを、前記ビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの伝播方向に実質的に平行なＺ方向に移動させる第１のリニア平行移動台と、
前記光ファイバを、前記ビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの前記伝播方向に実質的に垂直かつ前記ビームスポットにおける前記光ファイバの長軸に実質的に平行なＹ方向に移動させる第２のリニア平行移動台と、
前記２つのリニア平行移動台に結合され前記光ファイバを保持するファイバホルダと、
を有するファイバマウントと、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を撮像する撮像システムと、
を備える超高速レーザ加工システム。
【請求項２】
前記パルス化レーザ源は、
Ｃｒ：ＹＡＧ固相レーザ発振器、
Ｃｒ：苦土カンラン石固相レーザ発振器、
Ｎｄ：ＹＡＧ固相レーザ発振器、
Ｎｄ：ＹＶＯ4固相レーザ発振器、
Ｎｄ：ＧｄＶＯ4固相レーザ発振器、
Ｎｄ：ＹＬＦ固相レーザ発振器、
Ｎｄ：ガラス固相レーザ発振器、
Ｙｂ：ＹＡＧ固相レーザ発振器、
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ固相レーザ発振器、
Ｔｉ：サファイア固相レーザ発振器、
Ｐｒ：ＹＬＦ固相レーザ発振器、
ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器、
ＫｒＦエキシマレーザ発振器、
ＡｒＦエキシマレーザ発振器、
Ｆ2エキシマレーザ発振器、
７−ジエチルアミノ−４−メチルクマリン色素レーザ発振器、
安息香酸，２−［６−（エチルアミノ）−３−（エチルイミノ）−２，７−ジメチル−３Ｈ−キサンテン−９−イル］−エチルエステル，モノヒドロクロリド色素レーザ発振器、
４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ-ピラン色素レーザ発振器、または
２−（６−（４−ジメチルアミノフェニル）−２，４−ネオペンチレン−１，３，５−ヘキサトリエニル）−３−メチルベンゾチアゾリウム過塩素酸塩色素レーザ発振器、
のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３】
前記パルス化レーザ源の前記所定のパルス幅は約１００ｐｓ未満である、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４】
前記パルス化レーザ源によって生成される前記複数のレーザ光パルスは所定のピーク波長を有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５】
前記パルス化レーザ源は、
前記所定のピーク波長よりも長い基本ピーク波長を有する複数の初期レーザ光パルスを生成する、パルス化レーザ発振器と、
前記複数の初期レーザ光パルスから前記複数のレーザ光パルスを生成する高調波生成結晶と、
を有する、請求項４に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項６】
前記パルス化レーザ源は、
所定の初期パルスエネルギーを有する前記複数のレーザ光パルスを生成するパルス化レーザ発振器と、
前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路内に位置決めされ、前記複数のパルスの前記パルスエネルギーを前記加工エネルギーレベルに制御する、可変アッテネータと、
を有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項７】
前記パルス化レーザ源は、
前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路に位置決めされ、前記回折構造のレーザ加工中において前記複数のパルスの透過を制御する、シャッタと、
前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路内に位置決めされ、前記超高速レーザ源によって生成される前記レーザ光パルスの偏光を制御する、偏光制御器と、
のうち少なくとも１つを有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項８】
前記光学系は、
前記レーザ光パルスを、前記ビーム経路に沿って前記パルス化レーザ源から前記保持された光ファイバの前記目標領域まで導く、導光光学系と、
前記レーザ光パルスを、前記目標領域内の実質的に回折限界のビームスポットに集束する、フォーカシング機構と、
を有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項９】
前記フォーカシング機構は、約１．５までの範囲の開口数を有する顕微鏡対物レンズを有する、請求項８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１０】
前記フォーカシング機構は、約．８ｍｍから約１．５ｍｍの範囲の作業距離を有する顕微鏡対物レンズを有する、請求項８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１１】
前記光学系は、前記ビームスポットが約１００ｎｍから約２μｍの範囲の加工径を有するように前記複数のパルスを集束し、前記加工径は、前記複数のレーザ光パルスのうち１つによって加工される前記目標領域の部分を規定している、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１２】
前記ファイバマウントは、
前記光ファイバを、前記ビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの前記伝播方向に実質的に垂直かつ前記ビームスポットにおける前記光ファイバの長軸に実質的に垂直なＸ方向に移動させる第３のリニア平行移動台、または、
前記リニア平行移動台と前記光ファイバとの間に結合され、前記光ファイバを前記ビームスポットにおける前記光ファイバの長軸のまわりに回転させる回転台、
のうち少なくとも１つをさらに有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１３】
前記撮像システムは、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を照明する光源と、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を、実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラと、
を有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１４】
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち少なくとも一方が前記目標領域を反射により撮像するように構成された、照明素子を有する、請求項１３に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１５】
前記ファイバマウントは、前記目標領域を通る視線が前記光ファイバの長軸に実質的に垂直であるように前記光ファイバを保持し、
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち一方が前記視線に沿って前記目標領域を透過により撮像するように構成された、照明素子を有する、
請求項１３に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１６】
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち前記一方が前記目標領域を反射によりさらに撮像するように構成された、別の照明素子を有する、請求項１５に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１７】
前記ファイバマウントは、２つの実質的に直交する視線が前記目標領域を通るように前記光ファイバを保持し、ここで前記２つの実質的に直交する視線は前記光ファイバの長軸に実質的に垂直であり、
前記撮像システムの前記光源は、各デジタルカメラが前記２つの実質的に直交する視線のうち対応する一方に沿って前記目標領域を透過により撮像するように構成された、２つの照明素子を有する、
請求項１３に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１８】
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち一方が前記目標領域を反射によりさらに撮像するように構成された、別の照明素子をさらに有する、請求項１７に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項１９】
前記撮像システムの前記２つのデジタルカメラのうち一方は、前記ビームスポットにおける前記ビーム経路に平行な視線に沿って前記目標領域を撮像するように構成されている、請求項１３に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２０】
インサイチューファイバモニタをさらに備える、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２１】
前記インサイチューファイバモニタは、
前記光ファイバの第１端に光学的に結合されたファイバ結合光源と、
前記光ファイバの前記第１端に光学的に結合された光反射検出器または、
前記光ファイバの第２端に光学的に結合された光透過検出器
のうち少なくとも１つと、
を有する、請求項２０に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２２】
前記ファイバ結合光源は狭帯域光源であり、
前記少なくとも１つの光検出器は総光出力を検出する、
請求項２１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２３】
前記ファイバ結合光源は広帯域光源であり、
前記少なくとも１つの光検出器は光出力スペクトルを検出する、
請求項２１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２４】
前記インサイチューファイバモニタは、
前記光ファイバの第１端に光学的に結合されたファイバ結合光源を有し、
前記２つのデジタルカメラのうち少なくとも一方が、前記回折構造の形成中において、前記回折構造の一部によって散乱された前記ファイバ結合光源からの光を撮像する、
請求項２０に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２５】
前記保持された光ファイバの前記目標領域における前記超高速レーザマイクロ加工システムの前記ビームスポットのフルエンスを制御する、フルエンス制御器をさらに備えることにより、前記レーザ光パルスのうち１つによって加工される前記目標領域の体積を制御する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２６】
前記パルス化レーザ源によって生成される前記複数のレーザ光パルスは所定のパルス繰り返しレートを有する、請求項１に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２７】
前記所定のパルス繰り返しレートは約１ＫＨｚより大きい、請求項２５に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項２８】
光ファイバ中にブラッグ格子構造を形成するための超高速レーザ加工システムであって、
それぞれが加工エネルギーレベルとおよそ等しいパルスエネルギーおよび約１ｎｓ未満の所定のパルス幅を有する、複数のレーザ光パルスを生成するパルス化レーザ源と、
前記複数のレーザ光パルスのビーム経路内に位置決めされ、各レーザ光パルスの一部が前記複数の分岐枝のそれぞれに沿って伝播するように、前記ビーム経路を複数の分岐枝に分割する、ビーム分割器と
前記ビーム経路の前記複数の分岐枝内に位置決めされ、各レーザ光パルスの前記複数の部分を、実質的に等しいフルエンスを有する複数のビームスポットに集束する光学系であって、各ビームスポットは前記複数の分岐枝のうち１つに対応している、光学系と、
各ビームスポットが前記光ファイバ内の目標領域に位置決めされるように、前記光ファイバを保持し制御可能に移動するファイバマウントであって、
前記光ファイバを、前記複数のビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの伝播方向に実質的に平行なＺ方向に移動させるリニア平行移動台と、
前記リニア平行移動台に結合され、前記光ファイバを保持するファイバホルダと、
を有するファイバマウントと、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を撮像する撮像システムと、
を備える超高速レーザ加工システム。
【請求項２９】
前記パルス化レーザ源の前記所定のパルス幅は約１００ｐｓ未満である、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３０】
前記パルス化レーザ源は、
所定の初期パルスエネルギーを有する前記複数のレーザ光パルスを生成するパルス化レーザ発振器と、
前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路内に位置決めされ、前記複数のパルスの前記パルスエネルギーを前記加工エネルギーレベルに制御する、可変アッテネータと、
を有する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３１】
前記レーザ光パルスを、前記ビーム経路に沿って前記パルス化レーザ源から前記ビーム分割器まで導く導光光学系をさらに備える、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３２】
前記ビーム分割器は、前記複数の分岐枝に対応する複数のピンホールを有するマスクを有している、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３３】
前記光学系は、約１．５までの範囲の開口数を有する顕微鏡対物レンズを有する、請求項３２に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３４】
前記光学系は、約．８ｍｍから約１．５ｍｍの範囲の作業距離を有する顕微鏡対物レンズを有する、請求項３２に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３５】
前記光学系は、約１倍から約１００倍の範囲の拡大率を有する顕微鏡対物レンズを有する、請求項３２に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３６】
前記ビーム分割器は、前記マスクの前記複数のピンホールが前記複数のレーザ光パルスによって照射されるように、前記ビーム経路の高さを拡大するビーム拡大器をさらに有する、請求項３２に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３７】
前記ビーム拡大器は、シリンドリカルレンズ、非球面レンズまたは球面レンズのうち少なくとも１つを有する、請求項３６に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３８】
前記ビーム分割器は回折光学素子を有し、
前記光学系はスキャンレンズを有する、
請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項３９】
前記スキャンレンズはテレセントリックスキャンレンズである、請求項３８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４０】
前記光学系は複数のマイクロレンズを有し、各マイクロレンズは、前記ビーム経路の前記複数の分岐枝のうち１つ内に位置決めされている、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４１】
前記複数のビームスポットは、前記光学系により、前記光ファイバの長軸に実質的に平行な直線に沿った複数の点に集束される、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４２】
前記複数のビームスポットは、前記光学系により、前記光ファイバの長軸に対して所定の角度を有する直線に沿った複数の点に集束される、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４３】
前記光学系は、前記複数のビームスポットのそれぞれが約１００ｎｍから約２μｍの範囲の加工径を有するように前記複数のパルスを集束し、前記加工径は、前記複数のレーザ光パルスのうち１つによって加工される前記目標領域の部分を規定している、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４４】
前記ファイバマウントは、
前記リニア平行移動台に結合され、前記光ファイバを、前記複数のビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの前記伝播方向に実質的に垂直かつ前記複数のビームスポットにおける前記光ファイバの長軸に実質的に垂直ななＸ方向に移動させる別のリニア平行移動台、または
前記リニア平行移動台と前記光ファイバとの間に結合され、前記光ファイバを前記複数のビームスポットにおける前記光ファイバの長軸のまわりに回転させる回転台、
のうち少なくとも１つをさらに有する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４５】
前記ファイバマウントは、前記光ファイバを、前記複数のビームスポットにおける前記複数のレーザ光パルスの前記伝播方向に実質的に垂直かつ前記複数のビームスポットにおける前記光ファイバの長軸に実質的に平行なＹ方向に移動させる、別のリニア平行移動台をさらに有する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４６】
前記撮像システムは、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を照明する光源と、
前記保持された光ファイバの前記目標領域を、実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラと、
を有する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４７】
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち少なくとも一方が前記目標領域を反射により撮像するように構成された、照明素子を有する、請求項４６に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４８】
前記ファイバマウントは、前記目標領域を通る視線が前記光ファイバの長軸に実質的に垂直であるように前記光ファイバを保持し、
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち一方が前記視線に沿って前記目標領域を透過により撮像するように構成された、照明素子を有する、
請求項４６に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項４９】
前記撮像システムの前記光源は、前記２つのデジタルカメラのうち前記一方が前記目標領域を反射によりさらに撮像するように構成された、別の照明素子を有する、請求項４８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５０】
インサイチューファイバモニタをさらに備える、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５１】
前記インサイチューファイバモニタは、
前記光ファイバの第１端に光学的に結合されたファイバ結合光源と、
前記光ファイバの前記第１端に光学的に結合された光反射検出器または、
前記光ファイバの第２端に光学的に結合された光透過検出器
のうち少なくとも１つと、
を有する、請求項５０に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５２】
前記インサイチューファイバモニタは、
前記光ファイバの第１端に光学的に結合されたファイバ結合光源を有し、
前記２つのデジタルカメラのうち少なくとも一方が、前記回折構造の形成において、前記回折構造の一部によって散乱された前記ファイバ結合光源からの光を撮像する、
請求項５０に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５３】
前記保持された光ファイバの前記目標領域における前記超高速レーザマイクロ加工システムの前記複数のビームスポットの前記実質的に等しいフルエンスを制御する、フルエンス制御器をさらに備えることにより、前記レーザ光パルスのうち１つ中において前記複数のビームスポットのそれぞれによって加工される前記目標領域の体積を制御する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５４】
前記パルス化レーザ源によって生成される前記複数のレーザ光パルスは所定のパルス繰り返しレートを有する、請求項２８に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５５】
前記所定のパルス繰り返しレートは約１ＫＨｚより大きい、請求項５２に記載の超高速レーザ加工システム。
【請求項５６】
超高速レーザ加工システムを用いて光ファイバ中に回折構造を形成する方法であって、
ａ）前記光ファイバを、前記光ファイバの長軸が前記超高速レーザ加工システムの複数のレーザ光パルスのビーム経路に対して垂直になるように、前記超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着するステップと、
ｂ）前記光ファイバの目標領域を、照明光で照明するステップと、
ｃ）前記光ファイバの前記目標領域を、実質的に直交する方向に位置決めされた２つのデジタルカメラで撮像し、前記光ファイバの前記目標領域の実質的に直交する位置決め像の対を生成するステップと、
ｄ）前記超高速レーザ加工システムのフォーカシング機構によって前記光ファイバの前記目標領域内に形成される前記複数のレーザ光パルスのビームスポットの、初期位置を決定するステップと、
ｅ）前記ビームスポットを前記光ファイバの前記目標領域内の開始位置に位置決めするステップであって、前記開始位置は、前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき部分内の、前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路が前記光ファイバの材料の最も長い長さを通って前記ビームスポットに到達するような開始位置である、ステップと、
ｆ）前記ビームスポットを、前記光ファイバの前記目標領域内の加工経路に沿ってスキャニングするステップであって、前記加工経路は、前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき部分のすべてを通り、前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路が前記光ファイバの加工済み材料を通らないように設計される、ステップと、
ｇ）ステップ（ｆ）において前記ビームスポットをスキャンしながら、約１ｎｓ未満の期間を有する前記複数のレーザ光パルスを生成して前記光ファイバの材料を加工することにより、前記回折構造を前記光ファイバ中に形成するステップと、
を包含する方法。
【請求項５７】
ステップ（ｂ）は、ステップ（ｃ）において前記２つのデジタルカメラのうち少なくとも一方が前記光ファイバの前記目標領域を反射により撮像するように、前記光ファイバの前記目標領域を照明することを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
ステップ（ｂ）は、ステップ（ｃ）において前記２つのデジタルカメラデジタルカメラのうち少なくとも一方が前記光ファイバの前記目標領域を透過により撮像するように、前記光ファイバの前記目標領域を照明することを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）光を前記光ファイバ中に結合するステップと、
ｂ２）前記回折構造の部分的に加工された部位から前記結合光を散乱することにより、前記光ファイバの前記目標領域を照明するステップと、
を包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
ステップ（ｂ）は、前記超高速レーザ加工システムの前記フォーカシング機構を介して前記光ファイバの前記目標領域を照明するように位置決めされされた光源を用いて、前記光ファイバの前記目標領域を照明することを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記複数のレーザ光パルスの前記ビームスポットから所定距離にある前記光源によって、照明スポットが形成され、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記光ファイバを前記レーザ光パルスの伝播軸に沿って移動するステップと、
ｄ２）前記光ファイバの前記目標領域の前記実質的に直交する位置決め像の対を用いて、前記照明スポットが前記光ファイバの表面に集束されるような初期ファイバ位置を決定するステップと、
ｄ３）前記照明スポットと前記ビームスポットとの間の前記所定距離に基づいて、前記初期ファイバ位置にある前記光ファイバの前記目標領域内の前記ビームスポットの前記初期位置を決定するステップと、
を包含する、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記光ファイバの前記目標領域の実質的に直交する位置決め像の各対のうち１つの像は、前記超高速レーザ加工システムの前記フォーカシング機構を介して前記光ファイバの前記目標領域を撮像するように位置決めされたデジタルカメラによって生成される、請求項５６に記載の方法。
【請求項６３】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）加工パルスエネルギーより小さいパルスエネルギーを有する複数の位置決めレーザ光パルスを生成するステップと、
ｄ２）前記光ファイバの前記目標領域の前記材料からの前記複数の位置決めレーザ光パルスの散乱光を、前記２つのデジタルカメラで撮像し、前記光ファイバの前記目標領域の実質的に直交する位置決め像の初期対を生成するステップと、
ｄ３）実質的に直交する位置決め像の前記初期対に基づいて、前記光ファイバの前記目標領域内の前記ビームスポットの前記初期位置を決定するステップと、
を包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６４】
ステップ（ｄ）は、前記光ファイバの前記目標領域内の前記ビームスポットの前記初期位置を、前記超高速レーザ加工システムの予備較正に基づいて決定することを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６５】
前記開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記超高速レーザ加工システムの前記フォーカシング機構から最も遠い点に選ばれ、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記初期位置から前記開始位置に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記加工経路に沿ってスキャニングすることを包含する、
請求項５６に記載の方法。
【請求項６６】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記光ファイバの断面上を、前記開始点から始まって前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路に垂直な走査線状に、前記ビームスポットをラスタスキャニングするステップと、
ｆ２）前記断面のラスタスキャンが完了したとき、前記断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ３）前記ビームスポットを前記断面内の前記開始位置に戻すステップと、
ｆ４）前記回折構造が加工されるまでステップ（ｆ１）、（ｆ２）、および（ｆ３）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路に対して平行でありかつ前記光ファイバの長軸を通る平面から最も遠い点に選ばれ、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記初期位置から前記開始位置に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記加工経路に沿ってスキャニングすることを包含する、
請求項５６に記載の方法。
【請求項６８】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記光ファイバの断面上を、前記開始点から始まって前記複数のレーザ光パルスの前記ビーム経路に平行な走査線状に、前記ビームスポットをラスタスキャニングするステップと、
ｆ２）前記断面のラスタスキャンが完了したとき、前記断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ３）前記ビームスポットを前記断面内の前記開始位置に戻すステップと、
ｆ４）前記回折構造が加工されるまでステップ（ｆ１）、（ｆ２）、および（ｆ３）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記光ファイバの長軸に最も近い点に選ばれ、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記初期位置から前記開始位置に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを前記光ファイバの長軸のまわりに回転させることにより、前記ビームスポットを前記加工経路に沿ってスキャニングすることを包含する、
請求項５６に記載の方法。
【請求項７０】
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記ビームスポットを前記加工経路に沿ってスキャニングすることをさらに包含する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記開始点から始まり、前記光ファイバを前記光ファイバの長軸のまわりに回転させることにより、前記ビームスポットを前記光ファイバの断面上の円に沿ってスキャニングするステップと、
ｆ２）前記断面の円が完了したとき、前記光ファイバの長軸に垂直な径方向軸に沿って前記光ファイバをステッピングするステップと、
ｆ３）前記断面のスキャンが完了したとき、前記断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ４）前記ビームスポットを前記断面内の前記開始位置に戻すステップと、
ｆ５）前記回折構造が加工されるまでステップ（ｆ１）、（ｆ２）、（ｆ３）、および（ｆ４）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記ビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
ステップ（ｅ）および（ｆ）は、前記光ファイバの前記目標領域内における前記ビームスポットの位置を、約１００ｎｍ未満の精度で制御するステップを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項７３】
ステップ（ｆ）は、前記加工経路に沿って一定のスキャンレートで前記ビームスポットをスキャニングすることを包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記複数のレーザ光パルスをある繰り返しレートで生成するステップと、
ｇ２）前記フォーカシング機構で前記複数のレーザ光パルスを前記ビームスポットに集束し、前記ビームスポット内の光のフルエンスが加工体積内の加工フルエンスを越えるように、前記複数のレーザ光パルスのパルスエネルギーを制御するステップと、
前記複数のレーザ光パルスのうち１つのパルスによって加工される前記光ファイバの前記材料の被加工部分が、前記複数のレーザ光パルスのうち直前のパルスによって加工される前記材料の加工済み部分と空間的に重なるように、前記一定のスキャンレート、前記繰り返しレート、または前記加工体積のうち少なくとも１つを選択するステップと、
を包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項７４】
ステップ（ｇ）は、前記フォーカシング機構で前記複数のレーザ光パルスを前記ビームスポットに集束し、前記ビームスポット内の光のフルエンスが所定の加工体積内の加工フルエンスを越えるように、前記レーザ光パルスのパルスエネルギーを制御するステップを包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項７５】
前記所定の加工体積は約．００１μｍ3より大きい、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記所定の加工体積は約１２５μｍ3より大きい、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
ステップ（ｇ）は、前記光ファイバの前記目標領域に入射する前記複数のレーザ光パルスの偏光を制御するステップをさらに包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項７８】
ｈ）前記光ファイバの前記目標領域の前記実質的に直交する位置決め像の対を監視し、前記超高速レーザ加工システムの位置決定装置をフィードバック制御することにより、ステップ（ｆ）において前記加工経路に沿って前記ビームスポットをスキャニングする精度を向上するステップをさらに包含する、
請求項５６に記載の方法。
【請求項７９】
ｈ）光を所定の結合パワーレベルを有する前記光ファイバ中に結合するステップと、
ｉ）前記回折構造の部分的に加工された部位によって反射された前記結合光の反射部分を検出するステップと、
ｊ）前記結合光の前記反射部分が所定の反射パワーレベルに実質的に等しいとき、前記回折構造の加工が完了したと判断するステップと、
をさらに包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項８０】
ｈ）光を所定の結合パワーレベルを有する前記光ファイバ中に結合するステップと、
ｉ）前記光ファイバを透過された前記結合光の透過部分を検出するステップと、
ｊ）前記結合光の前記透過部分が所定の透過パワーレベルに実質的に等しいとき、前記回折構造の加工が完了したと判断するステップと、
をさらに包含する、請求項５６に記載の方法。
【請求項８１】
前記回折構造は、ブラッグ格子構造、フォトニック結晶、回折レンズのうち少なくとも１つを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項８２】
複数の平行処理ビーム経路を有する超高速レーザ加工システムを用いて光ファイバ中に繰り返し回折構造を形成する方法であって、
ａ）前記光ファイバを、前記光ファイバの長軸が前記超高速レーザ加工システムの前記複数の平行処理ビーム経路に対して垂直になるように、前記超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着するステップと、
ｂ）前記光ファイバの目標領域を照明光で照明するステップと、
ｃ）前記光ファイバの前記目標領域を、実質的に直交する方向に位置決めされた２つのデジタルカメラで撮像し、前記光ファイバの前記目標領域の実質的に直交する位置決め像の対を生成するステップと、
ｄ）前記超高速レーザ加工システムのフォーカシング機構によって前記光ファイバの前記目標領域内に形成される複数のレーザ光パルスの複数のビームスポットの、初期位置を決定するステップであって、前記複数のビームスポットのそれぞれが、前記超高速レーザ加工システムの前記複数の平行処理ビーム経路のうち１つに対応している、ステップと、
ｅ）前記複数のビームスポットのうち各ビームスポットを、前記光ファイバの前記目標領域内の複数の開始位置のうち１つに位置決めするステップであって、各開始位置は、前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造の複数の部位のうち１つを形成するべき部分内の、前記複数の平行処理ビーム経路の対応するビーム経路が前記光ファイバの材料の最も長い長さを通って前記ビームスポットに到達するような開始位置である、ステップと、
ｆ）各ビームスポットを、前記光ファイバの前記目標領域内の複数の加工経路のうち１つに沿って平行にスキャニングするステップであって、各加工経路は、前記対応するビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造の前記複数の部位の前記対応する部位を形成するべき部分のすべてを通り、前記複数の平行処理ビーム経路のいずれも前記光ファイバの加工済み材料を通らないように設計される、ステップと、
ｇ）ステップ（ｆ）において前記複数の平行処理ビーム経路を平行にスキャンしながら、約１ｎｓ未満の期間を有する前記複数のレーザ光パルスを生成して前記光ファイバの材料を加工することにより、前記繰り返し回折構造を前記光ファイバ中に形成するステップと、
を包含する方法。
【請求項８３】
前記複数の開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記超高速レーザ加工システムの前記フォーカシング機構から最も遠い点に選ばれ、各開始位置は前記繰り返し回折構造の前記複数の部位のうち１つ内にあり、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の初期位置から前記複数の開始位置に平行に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の加工経路に沿って平行にスキャニングすることを包含する、
請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記光ファイバの複数の断面上を、前記複数の開始点から始まって前記複数のレーザ光パルスの前記複数の平行処理ビーム経路に垂直な走査線状に、前記複数のビームスポットをラスタスキャニングするステップと、
ｆ２）前記複数の断面のラスタスキャンが完了したとき、前記複数の断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ３）前記複数のビームスポットを前記複数の断面内の前記複数の開始位置に戻すステップと、
ｆ４）前記繰り返し回折構造が加工されるまでステップ（ｆ１）、（ｆ２）、および（ｆ３）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記複数の開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記複数のレーザ光パルスの前記複数の平行処理ビーム経路に対して平行でありかつ前記光ファイバの長軸を通る平面から最も遠い点に選ばれ、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の初期位置から前記複数の開始位置に平行に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の加工経路に沿って平行にスキャニングことを包含する、
請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記光ファイバの複数の断面上を、前記複数の開始点から始まって前記複数のレーザ光パルスの前記複数の平行処理ビーム経路に平行な走査線状に、前記複数のビームスポットをラスタスキャニングするステップと、
ｆ２）前記複数の断面のラスタスキャンが完了したとき、前記複数の断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ３）前記複数のビームスポットを前記複数の断面内の前記複数の開始位置に戻すステップと、
ｆ４）前記繰り返し回折構造が加工されるまでステップ（ｆ１）、（ｆ２）、および（ｆ３）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記複数の開始位置は、前記光ファイバの前記加工されるべき部分内の、前記光ファイバの長軸に最も近い点に選ばれ、
ステップ（ｅ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の初期位置から前記複数の開始位置に平行に移動することを包含し、
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを前記光ファイバの長軸のまわりに回転させることにより、前記複数のビームスポットを前記複数の加工経路に沿って平行にスキャニングすることを包含する、
請求項８２に記載の方法。
【請求項８８】
ステップ（ｆ）は、前記光ファイバを少なくとも１つの軸に沿ってリニアに平行移動することにより、前記複数のビームスポットを前記複数の加工経路に沿って平行にスキャニングすることをさらに包含する、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記複数の開始点から始まり、前記光ファイバを前記光ファイバの長軸のまわりに回転させることにより、前記複数のビームスポットを前記光ファイバ複数の断面上の円に沿ってスキャニングするステップと、
ｆ２）前記複数の断面の円が完了したとき、前記光ファイバの長軸に垂直な径方向軸に沿って前記光ファイバをステッピングするステップと、
ｆ３）前記複数の断面のスキャンが完了したとき、前記複数の断面を前記光ファイバの長軸に沿ってステッピングするステップと、
ｆ４）前記複数のビームスポットを前記複数の断面内の前記複数の開始位置に戻すステップと、
ｆ５）前記繰り返し回折構造が加工されるまで、ステップ（ｆ１）、（ｆ２）、（ｆ３）、および（ｆ４）を繰り返すステップと、
を包含し、
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされているとき、前記複数のレーザ光パルスの部分集合を透過して前記光ファイバの前記材料を加工するステップと、
ｇ２）前記複数のビームスポットが前記光ファイバの加工されて前記繰り返し回折構造を形成するべき前記部分内に位置決めされていないとき、前記複数のレーザ光パルスの他のパルスをブロックするステップと、
を包含する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
ステップ（ｅ）および（ｆ）は、前記光ファイバの前記目標領域内における前記複数のビームスポットの位置を、約１００ｎｍ未満の精度で制御するステップを包含する、請求項８２に記載の方法。
【請求項９１】
ステップ（ｇ）は、前記フォーカシング機構で前記複数のビームスポットを前記複数のレーザ光パルスに集束し、前記複数のビームスポットのそれぞれ内の光のフルエンスが所定の加工体積内の加工フルエンスを越えるように、前記レーザ光パルスのパルスエネルギーを制御するステップを包含する、請求項８２に記載の方法。
【請求項９２】
前記所定の加工体積は約．００１μｍ3より大きい、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記所定の加工体積は約１２５μｍ3より大きい、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
ｈ）前記光ファイバの前記目標領域の前記実質的に直交する位置決め像の対を監視し、前記超高速レーザ加工システムの位置決定装置をフィードバック制御することにより、ステップ（ｆ）において前記複数の加工経路に沿って前記複数のビームスポットをスキャニングする精度を向上するステップをさらに包含する、
請求項８２に記載の方法。
【請求項９５】
前記複数の平行処理ビーム経路は前記光ファイバの長軸の方向に実質的に等しく間隔を空けられていることにより、前記繰り返し回折構造は周期的回折構造となっている、請求項８２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光ファイバ中における構造のレーザ加工のための、システムおよび方法に関する。より詳細には、これらのシステムおよび方法は、光ファイバのコア中において、長周期ブラッグ格子、フォトニック結晶構造、および／または回折光学素子を形成するために用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
ブラッグ格子は、光導波路の実効的な吸収係数および／または実効的な屈折率の、周期的または非周期的な摂動である。より単純に言えば、ブラッグ格子は、格子に入射する光の所定の狭いまたは広い範囲の波長を反射できる一方で、その光のうちの他のすべての波長を通過させることができる。このような構造は、光導波路を進む光を操作するための望ましい手段を提供する。
【０００３】
ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）は、光ファイバ中に形成されたブラッグ格子である。ＦＢＧは、光ファイバ中におけるフォトインプリンテッド格子から形成され得る。フォトインプリンティングは、光導波路を紫外光のレーザビームで照射することにより、導波路のコアの屈折率を変化させることを包含する。周期的（または非周期的）な分布を有する集中的なパターンをファイバに照射することで、対応する屈折率摂動が、導波路のコア中に永久的に導入される。結果として、光導波路中にフォトインプリンティングされた屈折率格子が得られる。この方法は、ガラスが感光性であることを必要とする（カナダCommunications Research Centre のDr.Kenneth Hillにより1978年に発見された効果）。
【０００４】
ＦＢＧは、ファイバのコア中において、非常に選択的な空間的反射器となり得る。格子の空間的周期または屈折率における変化は、反射および透過されたスペクトルにおいて比例したシフトを引き起こす。ＦＢＧは、狭帯域および広帯域チューニング可能型フィルター；光ファイバモード変換器；波長選択フィルタ、マルチプレクサ、およびアド／ドロップマッハツェンダー干渉計(add/drop Mach-Zehnder interferometers)；長距離電気通信ネットワークにおける分散補償；エルビウムドーピングされたファイバ増幅器におけるゲイン等化および励起効率の改善；スペクトル分析器；専用化された狭帯域レーザ；ならびに橋、建物構造、エレベーター、反応炉、複合材、鉱山およびスマート構造における光歪ゲージなどの、広範な光ファイバアプリケーションにおいて注目を浴びている。
【０００５】
1995年に市場に導入されて以来、商業製品における光学ＦＢＧの使用は、主として電気通信および応力センサの分野において指数関数的に成長してきた。電気通信ネットワークにおけるより多くの帯域の必要性は、新しい光学部品やデバイス（特に波長分割マルチプレクサ（Wavelength Division Multiplexers））の開発を急速に押し進めてきた。ＦＢＧは、これら製品のうちのいくつかにおける多大な成長に貢献しており、光ファイバ通信を改善するための重要な実現テクノロジーとして認識されている。
【０００６】
フォトインプリンテッドＦＢＧは、低い挿入損失を有し得、電気通信ネットワークに用いられている既存の光ファイバと適合性がある。しかし、フォトインプリンテッドＦＢＧ中を透過される光出力が増加するにつれて、望ましくない効果が起こり得る。フォトインプリンテッドＦＢＧの一つの欠点は、光ファイバが感光性コアを有していなければならないと言う要件である。感光性材料は典型的には、高パワーアプリケーションにおいて望ましいレベルよりも高い吸収係数を有し、可能性として望ましくない非線形性（高い光出力において大きくなり得る）を有する。フォトインプリンテッドＦＢＧはまた、特にファイバコアの感光性材料が加熱されたりＵＶ照射にさらされたりした際において、時間とともに劣化しやすい。
【０００７】
Stephen J. Mihailovらは、自身の論文FIBER BRAGG GRATINGS MADE WITH A PHASE MASK AND 800-NM FEMTOSECOND RADIATION（Optics Letters，Vol.28，No.12，pgs.995-97(2003)）において、単一モードファイバ中においてフェムト秒レーザを用いて形成された１次ＦＢＧを開示している。用いられた単一モードファイバは、非感光性のＧｅドーピングされたコアを有する、標準的なＳＭＧ−２８電気通信用ファイバである。著者らは、このコアにおいて１次ブラッグ格子構造を形成することに成功している。このレーザ直接描画単一モードＦＢＧは、フォトインプリンテッドＦＢＧに比較して優位な熱安定性を有することが見出された。
【０００８】
Stephen J.Mihailovらのレーザ直接描画単一モードＦＢＧは、フォトインプリンテッドＦＢＧの欠点の多くを克服し得る。このような単一モードＦＢＧは、Stephen J.Mihailovらが開示する比較的標準的な超高速レーザ加工システムを用いて形成し得る。光ファイバ中におけるより複雑な回折構造の形成、特にマルチモード光ファイバ中に形成された３次元構造（回折結合光学系およびフォトニック結晶など）では、本発明に記載するように、監視および制御特徴を追加的に有する超高速レーザ加工システム例を用いることが有利である。本発明はまた、光ファイバ中に形成されるより複雑さの少ない回折構造においてさえも、いくつもの追加的な改良を可能にし、この結果、優位な性能（特に高いパワーレベルにおける）が増し得、また形成され得る回折構造の汎用性が増大する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態例は、光ファイバ中に回折構造を形成するための超高速レーザ加工システムである。超高速レーザ加工システムは、レーザ光パルスを生成するパルス化レーザ源と、レーザパルスのビーム経路内に位置決めされ、パルスをビームスポットに集束する光学系と、ビームスポットが光ファイバ内の目標領域に位置決めされるように、光ファイバを保持し制御可能に移動するファイバマウントと、目標領域を撮像する撮像システムとを有する。各レーザ光パルスは、加工エネルギーレベルと等しいパルスエネルギーおよび約１ｎｓ未満の所定のパルス幅を有する。ファイバマウントは、光ファイバを、レーザパルスの伝播方向に実質的に平行なＺ方向に移動させる第１のリニア平行移動台と、光ファイバを、レーザパルスの伝播方向実質的に垂直かつ光ファイバの長軸に実質的に平行なＹ方向に移動させる第２のリニア平行移動台と、２つのリニア平行移動台に結合され光ファイバを保持するファイバホルダとを有する。撮像システムは、光ファイバの目標領域を照明する光源と、保持された光ファイバの目標領域を実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラとを有する。
【００１０】
本発明の別の実施形態例は、光ファイバ中にブラッグ格子構造を形成するための超高速レーザ加工システムである。超高速レーザ加工システムは、レーザ光パルスを生成するパルス化レーザ源と、レーザ光パルスのビーム経路内に位置決めされ、ビーム経路を多数の分岐枝に分割するビーム分割器と、レーザパルスのビーム経路の分岐枝内に位置決めされ、パルスを、実質的に等しいフルエンスを有する多数のビームスポットに集束する、光学系と、各ビームスポットが光ファイバ内の目標領域に位置決めされるように、光ファイバを保持し制御可能に移動するファイバマウントと、目標領域を撮像する撮像システムとを有する。各レーザ光パルスは、加工エネルギーレベルと等しいパルスエネルギーおよび約１ｎｓ未満の所定のパルス幅を有する。各レーザ光パルスの一部は分岐枝のそれぞれに沿って伝播し、各ビームスポットはこれらの分岐枝のうち１つに対応する。ファイバマウントは、光ファイバを、レーザパルスの伝播方向に実質的に平行なＺ方向に移動させるリニア平行移動台と、リニア平行移動台に結合され光ファイバを保持するファイバホルダとを有する。撮像システムは、光ファイバの目標領域を照明する光源と、保持された光ファイバの目標領域を実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラとを有する。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態例は、超高速レーザ加工システムを用いて光ファイバ中に回折構造を形成する方法である。光ファイバを、光ファイバの長軸が超高速レーザ加工システムのレーザ光パルスのビーム経路に対して垂直になるように、超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着する。光ファイバの目標領域を照明光で照明し、目標領域を２つのデジタルカメラで撮像する。デジタルカメラは実質的に直交する方向に位置決めされ、目標領域の実質的に直交する位置決め像の対を生成する。目標領域内にある、超高速レーザ加工システムのフォーカシング機構によって形成されたビームスポットの初期位置を決定する。ビームスポットを、光ファイバの目標領域内の開始位置に位置決めする。開始位置は、光ファイバの加工されて回折構造を形成するべき部分内の、レーザパルスのビーム経路が光ファイバ材料の最も長い長さを通ってビームスポットに到達するような開始位置である。ビームスポットを、光ファイバの目標領域内の加工経路に沿ってスキャンする。加工経路は、ビームスポットが光ファイバの加工されるべき部分のすべてを通り、ビーム経路が光ファイバの加工済み材料を通らないように設計される。ビームスポットをスキャンしながら、約１ｎｓ未満の期間を有するレーザ光パルスを生成して光ファイバの材料を加工することにより、回折構造を光ファイバ内に形成する。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態例は、多数の平行処理ビーム経路を有する超高速レーザ加工システムを用いて、光ファイバ中に繰り返し回折構造を形成する方法である。光ファイバを、光ファイバの長軸が超高速レーザ加工システムのレーザ光パルスの平行処理ビーム経路に対して垂直になるように、超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着する。光ファイバの目標領域を照明光で照明し、目標領域を２つのデジタルカメラで撮像する。デジタルカメラは実質的に直交する方向に位置決めされ、目標領域の実質的に直交する位置決め像の対を生成する。目標領域内にある、超高速レーザ加工システムのフォーカシング機構によって形成された多数のビームスポットの初期位置を決定する。ビームスポットのそれぞれは、超高速レーザ加工システムの平行処理ビーム経路のうち１つに対応する。各ビームスポットを、光ファイバの目標領域内の複数の開始位置のうち１つに位置決めする。各開始位置は、光ファイバの加工されて回折構造を形成するべき部分内の、平行処理ビーム経路の対応する１つが光ファイバ材料の最も長い長さを通ってビームスポットに到達するような開始位置である。各ビームスポットを、光ファイバの目標領域内の複数の加工経路のうち１つに沿って平行にスキャンする。各加工経路は、対応するビームスポットが光ファイバの加工されて繰り返し回折構造の対応する部位を形成するべき部分のすべてを通り、平行処理ビーム経路のいずれも光ファイバの加工済み材料を通らないように設計される。平行処理ビーム経路を平行にスキャンしながら、約１ｎｓ未満の期間を有するレーザ光パルスを生成して光ファイバの材料を加工することにより、繰り返し回折構造を光ファイバ中に形成する。
【００１３】
以上の一般的説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明について例示的なものであり、限定的なものではないことが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読んだときもっともよく理解される。一般に行われるように、図面の様々な要素は縮尺通りではないことを強調しておく。逆に、明瞭さのために様々な要素の寸法を任意に拡大または縮小している。図面には以下の図が含まれる。
【００１５】
材料の超高速レーザ加工において達成し得る極端に高い強度は、材料をいくつかの態様で変化させることができる。超高速レーザ加工中において材料が変化し得る最も普通の態様は、アブレーションによって材料が表面から除去されることである。あるいは、結晶性および／または屈折率などのように、材料の様々な性質が変化され得る。これらの材料変化は、材料の表面上において起こり得、あるいは実質的に透明な材料においては、超高速パルスが材料中で集束されてこれらの変化を材料のバルク内部で起こす。これらの内部的変化は、特定のフルエンスよりも上でのみ起こり得、したがって介在する材料は超高速レーザパルスによって影響を受けないでいられる。パルスのパルスエネルギー、パルス期間、および焦点を注意深く制御することにより、シャープな境界を有する、変化された性質を持つ正確な領域を作製することが可能になり得る。
【００１６】
したがって、光ファイバにおけるブラッグ格子構造の直接描画のために超高速レーザを用いることは、屈折率を変更された部分のファイバと、その周囲の未変更部分のファイバとの間に、シャープなコントラストをもたらす利点を有し得る。
【００１７】
単一モード光ファイバは比較的小さなファイバコアを有しており、典型的には電気通信波長に対して９μｍ未満である。また、光はこれらのファイバ中において１つのモードでしか伝播しないため、これらのファイバにおいて有用であり得る回折性光学構造は比較的少ない。しかしマルチモードファイバならば、コア中において構造を形成するためのスペースを有意により多く有する。典型的なマルチモードファイバコア半径は約１０μｍから約２００μｍの範囲であり、そして２５μｍおよび３１．２５μｍが電気通信波長に対して最も普通のマルチモードファイバコア半径である。また、マルチモードファイバ中を伝播する光によって利用されるマルチ横モードは、これらのファイバ中の光を制御および監視するための多くの潜在的な構造形態につながる。
【００１８】
マルチコア光ファイバにおいても、多数のコアが横に並んでいるか同軸上にならんでいるかに関わらず、本発明の装置および方法例を用いて回折構造を形成し得る。これらの回折構造例は、マルチコアファイバの異なるコア中の光の伝播に影響を与えるか、またはコア間でモードを結合し得る。また、本発明の装置および方法例を用いて、楕円およびその他の偏光維持光ファイバ中にも回折構造を形成し得る。
【００１９】
このように、超高速レーザ加工技術をマルチモード光ファイバに応用することは、Stephen J.Mihailovらの論文に開示された１次・単一モードＦＢＧに比べ、光ファイバにおけるレーザ直接描画構造の潜在的な用途の有意な拡大をもたらす。これらの構造例には、マルチモード長周期ＦＢＧ（ＬＰＦＢＧ）；らせんＦＢＧ構造を有するマルチモード光ファイバ、一体化フォトニック結晶部、および／または回折結合光学系；クラッディング層にＦＢＧが形成された光ファイバ（高パワー・中空ファイバを含む）；ならびに波長安定化・高パワー・非冷却型レーザ源が含まれる。
【００２０】
図１および２に、本発明における、光ファイバ中に回折構造を形成するための２つの超高速レーザ加工システム例の、単純化したブロック図を示す。図１のシステム例は、超高速レーザ発振器１００と、シャッタ１０２と、可変アッテネータ１０４と、高調波生成結晶１０６と、二色性ミラー１０８および１１８と、偏光制御手段１１０と、レンズ１１２および１１４ならびにマスク１１６を有するビーム分割器と、フォーカシング機構１２０と、ファイバホルダ１２２および位置決定装置１２３を有するファイバマウントと、光源１３０、ビームスプリッタ１２８、およびデジタルカメラ１３２を有する撮像システムとを有する。システム例における光路を、点線１３４、１３６、および１３８として示している。図２のシステム例は、別のビーム分割器、フォーカシング機構、および撮像システムを有している点以外は、図１のシステム例と同様である。
【００２１】
本発明のシステム例の撮像システムは、保持された光ファイバ１２４の目標領域１２６を実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラを望ましくは有するが、図１および２のブロック図例では、それぞれ１つのデジタルカメラしか示していない。これらの図においては図面を単純にするために第２のカメラを省略している。図３Ａおよび３Ｂは、図１および２における第２のカメラの２つの可能な位置決めを示すために、２つのデジタルカメラを含む撮像システム例を示している。
【００２２】
このシステム例において、超高速レーザ発振器１００は望ましくは、超高速レーザ加工アプリケーションにおいて典型的に用いられる任意のタイプの固相利得媒体を含み得る。例えば、Ｃｒ：ＹＡＧ（ピーク基本波長、λｆ＝１５２０ｎｍ）、Ｃｒ：苦土カンラン石（λｆ＝１２３０−１２７０ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧおよびＮｄ：ＹＶＯ４（λｆ＝１０６４ｎｍ）、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４（λｆ＝１０６３ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（λｆ＝１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ）、Ｎｄ：ガラス（λｆ＝１０４７−１０８７ｎｍ）、Ｙｂ：ＹＡＧ（λｆ＝１０３０ｎｍ）、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ（λｆ＝８２６−８７６ｎｍ）、Ｔｉ：サファイア（λｆ＝７６０−８２０ｎｍ）、およびＰｒ：ＹＬＦ（λｆ＝６１２ｎｍ）である。これらの固相利得媒体は、エルビウムドーピングされたファイバレーザおよびダイオードレーザなどの標準的な光ポンピングシステムを用いて励起し得る。これらの標準的な光ポンピングシステムの出力パルスは、固相利得媒体中に直接結合されてもよく、あるいは固相利得媒体を励起するために用いられる前に、高調波生成を経てもよい。固相利得媒体（単数または複数）は、レーザ発振器、シングルパス増幅器、および／またはマルチプルパス増幅器のうち１つ以上として動作するように構成され得る。この素子はまた、レーザ光を実質的に平行化するための光学系を有し得る。
【００２３】
超高速レーザ発振器１００は望ましくは、約１ｎｓ未満の期間、典型的には５０ｐｓ未満を有するフーリエ変換限界近傍のパルスを生成する。これらのパルスは望ましくは、少なくともＫＨｚ範囲の繰り返しレートで生成される。格子構造例のより迅速な加工を可能にするため、光ファイバ中における熱の散逸を可能にするのに十分な時間がパルス間に存在するかぎりは、より高いパルス繰り返しレートが一般に望ましい。２００ＭＨｚ以上の高いパルス繰り返しレートが考えられる。
【００２４】
超高速レーザ発振器１００の出力パワーを増大するために、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、またはＦ２エキシマ増幅器（図示せず）などの、追加的な非固相のシングルまたはマルチプルパス増幅器を含めてもよい。または、超高速レーザ発振器１００は、超高速エキシマレーザシステム（例えばＸｅＣｌ、λｆ＝３０８ｎｍ、ＫｒＦ、λｆ＝２４８ｎｍ、ＡｒＦ、λｆ＝１９３ｎｍ、またはＦ２、λｆ＝１５７ｎｍ）、あるいは超高速色素レーザシステム（例えば７−ジエチルアミノ−４−メチルクマリン、λｆ＝４３５−５００ｎｍ；安息香酸，２−［６−（エチルアミノ）−３−（エチルイミノ）-２，７−ジメチル−３Ｈ−キサンテン−９−イル］−エチルエステル，モノヒドロクロリド、λｆ＝５５５−６２５ｎｍ；４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ-ピラン、λｆ＝５９８−７１０ｎｍ；または２−（６−（４−ジメチルアミノフェニル）−２，４−ネオペンチレン−１，３，５−ヘキサトリエニル）−３−メチルベンゾチアゾリウム過塩素酸塩、λｆ＝７８５−９００ｎｍ）を含み得る。
【００２５】
ビーム経路１３４内に位置決めされたシャッタ１０２は、レーザ源１００からのパルス化レーザ光レーザの透過を制御するために用いられる（すなわち加工中には開き、加工していないときは閉じてビームをブロックする）。これは、レーザ加工システム例内の他の部品の寿命を延ばし、ラスタスキャニングなどのスキャニング技術を本発明の実施形態例において使用することを可能にする。
【００２６】
可変アッテネータ１０４は望ましくは、望ましい加工エネルギーレベルを維持するための、パルスエネルギー、ひいてはビームフルエンスの微妙な制御を可能にする。可変アッテネータ１０４は、超高速レーザにともなう高いピークパワーに耐え得る、任意のタイプの制御可能な可変アッテネータであり得、例えばＰｏｃｋｅｌｓセル、Ｋｅｒｒセル、または液晶などの、制御可能な偏光回転素子の両側に設けられた一対の直線偏光子である。または、固定の直線偏光子および回転可能な偏光子を、可変アッテネータ１０４として用い得る。得られるパルスエネルギーの制御は、（可能性としてビームスポット（単数または複数）の焦点の制御と連携して）、保持された光ファイバ１２４の目標領域１２６内のビームスポット（単数または複数）におけるレーザパルスのフルエンスの微妙な制御を可能にすることにより、レーザ光パルスのうち１つ中においてビームスポットによって加工される目標領域１２６の加工体積を制御する。フルエンスの微妙な制御は、本発明のシステム例が、特定の波長の光に対して単一のパルスで達成し得る最小スポットサイズよりも大きいか小さい体積を加工することを可能にし得る。可変アッテネータ１０４はまた、より低いフルエンスの位置決めパルスの生成中においても、望ましくはレーザ源１００を一定のパルスパワーレベルで動作させながら、加工および／または位置決めに用いられるビームフルエンスを変化させるためにも用いられ得る。
【００２７】
減衰されたビームは次に高調波生成結晶１０６に入射する。この結晶は、超高速レーザ発振器１００によって生成されたレーザパルスの基本周波数を２逓倍、３逓倍、または４逓倍することにより、超高速ＵＶパルスを生成するように設計され得る。この超高速ＵＶパルスは、望ましくは約３８８ｎｍより短いピーク波長を有し、１ｎｓ未満、好ましくは５０ｐｓ未満の期間を有する。高調波生成結晶１０６における高調波生成の効率は、結晶の厚さとともに変動し得る。また、高調波生成結晶１０６の効率は、結晶に入射する基本光の強度ととも変動し得るので、可変アッテネータ１０４の所望の減衰の選択は、望ましくはこの変数をも考慮したものである。なお、高調波生成結晶は望ましくは、特定の入力基本波長および調波数について望ましい位相整合を提供するように、最適化され得ることに留意されたい。したがって、有意な範囲にわたって超高速レーザ発振器１００のピーク波長をチューニングすることも可能ではあり得るが、そのようなチューニングは高調波生成にとっては望ましくない。
【００２８】
また、本発明において望まれるような１ｎｓ未満の超高速レーザパルスにおいて、これらのパルスのフーリエ変換限界の帯域は比較的広くてよいことに留意されたい。そのような広帯域を用いた高調波生成は、高調波生成結晶１０６の出力側における基本波および高調波間の所望の位相整合条件によって、複雑となる。これらの比較的広帯域パルスについて所望の位相整合条件を達成するための１つの方法は、高調波生成結晶１０６の厚さを減らすことであるが、これは高調波生成の効率を低下させ得る。
【００２９】
なお、超高速レーザパルスの主たる加工メカニズムには、典型的には単光子吸収は関与しないことに留意されたい。したがって、超高速レーザパルスのピーク波長を減少するために高調波生成結晶１０６を用いることは、所与のフルエンスにおいて加工される材料の体積に対して、最小限の影響しか及ぼさない。むしろ、超高速レーザパルスのピーク波長を減少することの主な効果は、フォーカシング機構１２０によって達成され得る最小ビームスポットを小さくすることにある。
【００３０】
偏光制御手段１１０は、レーザパルスの偏光を望ましく制御するようにビーム経路１３４内に位置決めされ得、好ましくはその偏光を円偏光に変換する。円偏光および円形の断面を有するビームスポットを使用すると、ワークピースの本体中に、円形の断面を有し一貫して楕円体状である加工エリア（球形の加工エリアを含む）が生成されることが見出された。したがって、レーザ加工によって最も再現性の高い要素を形成するためには、円偏光が望ましくあり得る。偏光制御手段１１０に入射するレーザパルスは直線偏光であり得、その場合、偏光制御手段１１０は望ましくはレーザパルスのピーク波長について最適化された１／４波長板である。これは特に、可変アッテネータ１０４が偏光系アッテネータである場合にそうである。偏光制御手段１１０に入射するレーザパルスが偏光済みでないならば、偏光制御手段１１０は、１／４波長板の後段に直線偏光子を有していることが望ましい。レーザパルスの帯域は、波長のすべてが１／４波長板によってほぼ円偏光されるのではなく、フーリエ変換限界近傍のパルスについては、この効果を無視するためにはパルス中のエネルギーの大部分がピーク波長に十分近い波長であるべきであることを意味し得る。
【００３１】
望ましくは、ミラー１０８およびミラー１１８の両方とも、パルスの帯域全体を通じて高反射率（＞９５％）を有し、超高速レーザ発振器１００の基本波長ならびに高調波生成結晶１０６において生成され得るいかなる高調波においても望ましくは最小の吸収を有するように設計された、二色性ミラーである。二色性ミラー例はまた、短い側の波長（高調波生成結晶１０６を用いた場合の超高速レーザ発振器１００の基本波長など）、ならびに撮像システムの光源１３０のピーク波長（特に、図１のシステム例に示すように、光源１３０の光ビーム１３６がレーザ源１００の光ビーム１３４と同じ光路に沿って目標エリア１２６を照射するように位置決めされている場合）については、高透過率（＞９９％）を有することが望ましい。これらの二色性ミラーは望ましくは、レーザパルスのピーク波長程度の厚さを有する、多数の誘電体層から形成される。これらの二色性ミラーの所望の高反射率帯域が広くなるにつれ、この層状誘電体構造はより複雑になる。したがって、これらのパルスの帯域を、そのフーリエ変換限界近傍に実質的に保つことが望ましい。
【００３２】
このミラー対１０８および１１８は、光ビーム１３４の操縦を可能にし、また、基本波長あるいはレーザパルスの所望の高調波よりも低い高調波で高調波生成結晶１０６から放射され得る不要光が、光ファイバ１２４上の目標エリア１２６に達することを防止する助けとなる。また二色性ミラー１１８は望ましくは、光源１３０からの光ビーム１３６が、光ファイバ１２４を照明および撮像するために効率よく透過されることを可能にし得る。
【００３３】
図６を参照して以下に説明する本発明における別の実施形態は、ビーム経路を複数の分岐枝に分割するための、レーザ光パルスのビーム経路内に位置決めされたビーム分割器を有する、超高速レーザ加工システムを用いる。この別の実施形態は、光ファイバ１２４中において繰り返し回折構造を平行に形成することを可能にし得る。この別の実施形態例において、各レーザ光パルスの一部は、分岐枝のそれぞれに沿って伝播されることにより、光ファイバ１２４中に別々のビームスポットを形成する。これらの多数のビームスポットは望ましくは、実質的に等しいパルスエネルギーおよびフルエンスを有している。
【００３４】
図１は、マスク１１６をビーム分割器として有する超高速レーザ加工システム例を示している。マスク１１６は、分岐枝に対応する多数のピンホールを有している。これらのピンホールが実質的に平行化された光によって照射されれば、得られる分岐枝は実質的に互いに平行に伝播する。マスク１１６のピンホールは望ましくは、直線状に形成されて光ファイバ１２４の長さに沿って回折構造の平行処理を可能にしてもよく、あるいは別の所望のパターンで形成されてもよい。マスク１１６のピンホールは、フォーカシング機構１２０によって集束された際にビームスポットの所望の組を形成するように、そのサイズを決められかつ間隔を空けられている。用いられるフォーカシング機構のタイプおよびフォーカシング機構の拡大率の両方が、マスク１１６のピンホールのサイズと間隔に影響し得る。
【００３５】
マスク１１６のピンホールを光ビーム１３４のレーザ光パルスによってより均一および／または効率的に照射することを可能にするために、光ビーム１３４は、図１にレンズ１１２および１１４として示すビーム拡大器によって拡大されてもよい。例えば、２つのシリンドリカルレンズ１１２および１１４によって形成されたビーム拡大器は、幅を拡大することなしにビーム経路の高さを拡大し得る。そのようなビーム形状例は、マスク１１６に形成された直線状のピンホール群を、レーザパルスエネルギーの無駄をより少なく照射するために、望ましくあり得る。レンズ１１２および１１４は、レーザパルスの帯域内において、低い吸収率および低い色収差を望ましくは有する。あるいは、マスク１１６のピンホールを照射するためのより望ましいビーム形状を提供するために、球面または非球面レンズ型のビーム拡大器または回折光学素子ビームシェーパーを用い得る。
【００３６】
図２は、回折光学素子（ＤＯＥ）２００を有するビーム分割器例を示す。この回折光学素子は、マスク１１６よりも効率的に、光ビーム１３４のレーザパルスを実質的に等しいパルスエネルギーを持つ複数の分岐枝に分割し得る。ＤＯＥ２００によって形成される分岐枝は、図１のマスク例１１６と同様に実質的に平行にではなく、別々の方向に伝播する。ＤＯＥ２００の効率の増大とマスク１１６を用いて形成される実質的に平行な分岐枝とのトレードオフにより、所望されるアプリケーションによっては、これらのビーム分割器例のうちの１つが選択されることが当業者に理解され得る。
【００３７】
図１のシステム例において、ミラー１１８は光ビーム１３４をフォーカシング機構１２０に導くことによって、レーザ光パルスを目標領域１２６内のビームスポットに集束する。このビームスポットは、実質的に回折限界であってもよく、あるいは光ファイバ１２４中に形成される回折構造のサイズによっては、より大きくてもよい。例えば、光学系は、ビームスポットが約．００１μｍ3ないし数百μｍ3以上の加工体積を有するように、レーザパルスを集束し得る。加工体積は、複数のレーザ光パルスのうち１つによって加工される目標領域の部分を規定するものであり、ビームスポットウェストの体積とは合致しないことがある。これは、光ビームあるいはその分岐枝が集束されるためである。ビームのフルエンスは増大していずれは加工フルエンスレベルに達する。これが、光ファイバなどの実質的に透明な物体の内部において、超高速パルス化レーザシステムが材料を加工することを可能にするメカニズムである。
【００３８】
このように、フォーカシング機構１２０は望ましくは比較的高い開口数を有する。より高い開口数は、光ファイバ１２４のレーザ加工が始まる深さをフォーカシング機構１２０がより正確に制御することを可能にする。高開口数の光学系を用いて達成し得る急峻な円錐角は、ビームスポット内における、加工フルエンスが到達されるまでの伝播方向の距離を減少するために望ましくあり得る。しかし、より高い開口数はまた、フォーカシング機構１２０と光ファイバ１２４との間の作業距離を減少させる。所望の作業距離は多くのファクタに依存するが、．８ｍｍよりも大きい作業距離を有することが望ましくあり得る（これは、光ビーム１３４のサイズに応じて、約．５±．１の開口数に換算され得る）。約１．５ｍｍを越える大きな作業距離は、開口数を望ましくなく低下させてしまうが、このような作業距離を除外するものではない。
【００３９】
このように、フォーカシング機構１２０は望ましくは、約１．５までの範囲の開口数を有する顕微鏡対物レンズを含み得る。あるいは１枚レンズ、２枚レンズ、非球面レンズ、および／またはシリンドリカルレンズを含む他のレンズ系が、フォーカシング機構１２０に含まれていてもよい。急峻な円錐角を可能にするために、高開口数の油入レンズ系をフォーカシング機構１２０に用いてもよい。フォーカシング機構１２０は、望ましくは約１から１００倍の範囲の拡大率を有し得る。フォーカシング機構１２０において顕微鏡対物レンズを用いることは、単一のビームスポットを使用するレーザ加工システム例において特に望ましくあり得る。また、マスクを用いて多数の実質的に平行な分岐枝を形成するレーザ加工システム例も、顕微鏡対物レンズと組み合わせてうまく機能し得るか、あるいはマイクロレンズのアレイ（各マイクロレンズがビーム経路の分岐枝のうち１つ内に位置決めされている）を用い得る。
【００４０】
ＤＯＥ２００を含んだ図２のシステム例において、フォーカシング機構の光学系は望ましくはスキャンレンズ２０２（好ましくはテレセントリックスキャンレンズである）を含む。あるいは、マイクロレンズのアレイを図２の実施形態例におけるＤＯＥ２００とともに用い得る。なお、この別の実施形態例においてマイクロレンズの各々はスキャンレンズ群であることが望ましいことに留意されたい。
【００４１】
図４Ａ〜Ｃは、光ファイバ１２４内の加工エリア例を示す。図４Ａは、平行な分岐枝４０８の伝播方向に対して垂直な方向における光ファイバ１２４の側面図である。これらの３つの分岐枝は、クラッディング層４０２を介して、ファイバコア４００中のビームスポット４０６に集束される。図４Ａに示すように分岐枝４０８の３つのビームスポット４０６を同じ深さに集束することが望ましいが、必須ではない。図４Ｂおよび４Ｃは、分岐枝４０８の伝播方向から見た（すなわち図４Ａに対して垂直な）ビームスポット４０６の２つの配置例を示す。図４Ｂにおいて、ビームスポットは光ファイバ１２４の長軸４０４に対して平行に位置決めされ、一方図４Ｃにおいては、ビームスポットは長軸４０４に対してある角度で傾いた直線４１０に沿って位置決めされる。なお、図４Ａ−Ｃにおける３つの分岐枝の使用は、図示目的のみで選択されたものであり、限定的なものではないことに留意されたい。また、ビームスポット４０６はすべてファイバコア４００内に配置されているように示しているが、分岐枝４０８をクラッディング層４０２内で集束することにより、ファイバコア４００に加えてあるいはファイバコア４００の代わりにクラッディング層を改変するようにしてもよいことに留意されたい。
【００４２】
図１および２に戻って、ファイバマウントが、ビームスポット（単数または複数）が光ファイバ内の目標領域１２６に位置決めされるように、光ファイバ１２４を保持しかつ制御可能に移動する。ファイバマウントは、位置決定装置１２３と位置決定装置１２３に結合されたファイバホルダ１２２とを有する。位置決定装置１２３は少なくとも２つのリニア移送台を有している。第１のリニア移送台は、光ファイバ１２４を、ビームスポットにおけるレーザ光パルスの伝播方向に実質的に平行なＺ方向に移動させる。第２のリニア平行移動台は、光ファイバを、ビームスポットにおけるレーザ光パルスの伝播方向に実質的に垂直かつビームスポットにおける光ファイバ１２４の長軸に実質的に垂直なＸ方向に移動させる。Ｚ方向は図４Ａにおける左右方向であり、Ｘ方向は図４Ｂおよび４Ｃにおける左右方向である。光ファイバ１２４をＹ方向に移動させるための第３のリニア平行移動台がまた、特に回折構造の加工のために単一のビームスポットのみを用いるようなシステム例において、所望であり得る。Ｙ方向は、ビームスポットにおける光ファイバ１２４の長軸に実質的に平行、すなわち図４Ａ−Ｃにおける上下方向である。なお、光ファイバ１２４は、図１、２、３Ａ、３Ｂ、および４Ａ−Ｃにおいてはファイバホルダ１２２によって垂直位置に保持されるように示しているが、光ファイバ１２４は、水平または任意の他の角度で保持され得ることが当業者には理解され得ることに留意されたい。
【００４３】
これらのリニア平行移動台は望ましくは、組み合わせＸＹまたはＸＹＺ移送台の、マイクロメートル分解能を持つコンピュータ制御移送台（例えばＢｕｒｌｅｉｇｈ製のミクロン分解能）であり得る。またナノメートル分解能を持つコンピュータ制御の圧電移送台（例えばＱｕｅｅｎｓｇａｔｅ製の圧電ＸＹ移送台）を有してもよい。このような組み合わせ平行移動台において、コンピュータ制御移送台は、レーザ加工システム例のビームスポットを光ファイバ１２４の目標領域１２６に位置決めするために用い得、マイクロメートル分解能移送台が粗い位置決定を提供し、圧電移送台が微妙な位置決定を提供する。
【００４４】
また、ファイバマウントは、位置決定装置１２３のリニア平行移動台と光ファイバ１２４との間に結合された、ビームスポットにおいて光ファイバ１２４をその長軸のまわりに回転させる回転台を有し得る。この回転台は望ましくは、ファイバホルダ１２２を回転させることなく光ファイバ１２４を回転させるように、結合され得る。回転台は望ましくは、度分解能以上を有するコンピュータ制御移送台であり得る。
【００４５】
図１および２の超高速レーザ加工システム例の素子のうちのいくつかの順番を、システムの機能的を変更することなく並べ替え得ることが、当業者には理解され得る。例えば、高調波生成結晶１０６を可変アッテネータ１０４および／またはシャッタ１０２の前段に配置し、可変アッテネータ１０４をシャッタ１０２の前段に配置し、偏光制御手段１１０を二色性ミラー１０８の前段に配置し、シャッタ１０２を現在の位置からフォーカシング機構１２０の直前までの加工レーザビームのビーム経路上の任意の位置に配置してもよい。
【００４６】
図１および２のシステム例はまた、保持された光ファイバの目標領域を撮像するための撮像システムを含む。これらの撮像システム例は望ましくは、超高速レーザ加工システムの位置決めおよび処理の進行を監視するために、保持された光ファイバ１２４の目標領域１２６を照明する光源と、目標領域１２６を２つの実質的に直交する方向から撮像するように位置決めされた２つのデジタルカメラとを有する。２つのデジタルカメラを実質的に直交する方向に用いることにより、操作者が光ファイバ１２４の目標領域１２６の３次元ビューを得ることが可能になる。この目標エリア１２６の立体図は、ビームスポット（単数または複数）を光ファイバ内に適切に配置するために望ましい。光ファイバ１２４内で加工されている材料の３次元的位置を決定する能力が無いと、光ファイバ内に複雑な回折構造を製造することは困難となり得る。しかし、より単純な回折構造を形成して目標エリア１２６の２次元ビューのみを得ることも考えられる。
【００４７】
図１および２はそれぞれ、単純のため、これらのデジタルカメラのうち一方だけを示している。これらのシステム例の両方において、デジタルカメラは、フォーカシング機構をカメラに対するレンズとして用いて、目標エリア１２６を光ビーム１３４に平行に撮像するように示している。図１は、目標エリア１２６を反射により撮像するように構成された光源１３０およびデジタルカメラ１３２を示している。光源１３０からの光の光ビーム１３６は、ビームスプリッタ１２８から反射され、二色性ミラー１１８およびフォーカシング機構１２０を通過することにより、目標エリア１２６を照明する。反射された光ビーム１３８はフォーカシング機構１２０、二色性ミラー１１８、およびビームスプリッタ１２８を通過し、デジタルカメラ１３２によって捉えられる。光源１３０からの撮像光は、含まれているレンズ系（別個には示していない）によって実質的に平行化されてもよい。この像の潜在的な色収差を減少するために、撮像光は望ましくは狭いスペクトルを有する。したがって、光源は発光ダイオードまたはダイオードレーザであることが望ましいが、フィルタリングされた広スペクトル光源を用いてもよい。加工ビームと撮像ビームとを組み合わせるために図１における二色性ミラー１１８を用いることは、これらの光ビームが異なる波長を有することを要求するが、フォーカシング機構１２０が両ビームを同様に集束できるように２つの光源が同様な波長を有することが望ましい。照明波長およびレーザ源１００のピーク波長における顕微鏡の対物レンズの焦点距離の差は、デジタルカメラ１３２の光学系および／またはビームスプリッタ１２８とデジタルカメラ１３２との間のさらなる光学系（図示せず）によって補償され得る。
【００４８】
図２は、目標エリア１２６を透過により撮像するように構成された光源２０４およびデジタルカメラ１３２を示す。光源２０４からの光の光ビーム２０６は、レーザパルスの光ビーム１３４の反対方向から直接目標エリア１２６を照明する。透過した光ビーム１３８は光ファイバ１２４、フォーカシング機構２０２、および二色性ミラー１１８を通過し、デジタルカメラ１３２によって捉えられる。なお、図２および３Ｂのようにデジタルカメラの一方または両方が目標エリアを透過により撮像する撮像システム例では、光ファイバ１２４の長軸に実質的に垂直な目標領域１２６を通る視線が存在するように、光ファイバ１２４がファイバホルダ１２２によって保持されなければならないことに留意されたい。
【００４９】
処理中における位置決定装置１２３のフィードバック制御を可能にするように光ファイバの被加工部分を監視するためには、透過撮像が望ましくあり得る。これは、これらの屈折率を変更された領域は、反射撮像における被加工部分からの反射の差よりも、透過撮像において観察される被加工部分によって屈折される光の差によって識別する方が容易であるためである。あるいは、透過および反射撮像の組み合わせが好ましくあり得る。これは、一方のデジタルカメラが目標エリアを反射により撮像しながら他方のデジタルカメラが目標エリアを透過により撮像するか、あるいは、各観察モードについて異なる照明素子を切り替えることにより、両方のデジタルカメラが順に反射および透過により目標エリアを撮像してもよい。
【００５０】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施形態例に用いられ得る、ファイバホルダ１２２周囲のデジタルカメラおよび光源の配置例を示す。図３Ａは、両方のデジタルカメラ１３２および３０２が光ファイバ１２４の目標エリア（上方より示す）をを反射により撮像するように構成された撮像システム例を示す。この配置例は、両方のデジタルカメラについて単一の光源を用いている。光源は単一の照明素子３００を有している。この照明素子は、それぞれデジタルカメラ１３２および３０２によって観察される直交する光路１３８および３０６に、４５°の角度で、光路３０４に沿って光を照らす。
【００５１】
図３Ｂは、デジタルカメラ３０８が光ファイバ１２４の目標エリアを反射により撮像するように構成され、デジタルカメラ３１２が目標エリアを透過により撮像するように構成された、撮像システム例を示す。なお、この配置例におけるいずれのデジタルカメラも、光路１３４に対して共線的な光路に沿って観察するようには位置決めされていないことに留意されたい。また、この配置例は、各デジタルカメラにつき１つの照明素子を用いている。照明素子３１６は、光路３２０に沿ってビームスプリッタ３１８から光を照らすことにより、光ファイバ１２４の目標エリアを照明する。光の一部が光路３１０を戻って反射され、デジタルカメラ３０８によって観察される。照明素子３２２は、光路３２４に沿って光を照らし、目標エリアを照明する。この光の少なくとも一部は光路３１４に沿って光ファイバ１２４を通り、デジタルカメラ３１２によって観察される。
【００５２】
図１、２、３Ａ、および３Ｂにおけるデジタルカメラおよび照明素子の様々な配置例だけに限られないことに留意されたい。また、これらのデジタルカメラおよび照明素子の配置例を組み合わせて、さらなる配置例を形成し得ることが、当業者には理解され得る。
【００５３】
本発明の方法例に用い得る超高速レーザ加工システム例はまた、加工中における回折構造の性質を測定するために、図７Ａおよび７Ｂに示したものなどのようなインサイチューファイバモニタ例を含み得る。このインサイチューファイバモニタ例は、光ファイバ１２４の一端に光学的に結合されたファイバ結合光源７００を有し得、また光ファイバ１２４に光学的に結合された１つ以上の光検出器７０２および／または７０４を有し得る。光検出器（単数または複数）は、ビームスプリッタ７０６などの手段を介してファイバ結合光源７００と同じ側の光ファイバの端部に光学的に結合された光反射検出器７０４（図７Ｂに示す）、および／または光ファイバの他端に光学的に結合された光透過検出器７０２（図７Ａに示す）を有し得る。ファイバ結合光源７００が狭帯域光源である場合、光検出器（単数または複数）は回折構造によって透過または反射された光の総光出力を検出し得る。広帯域光源を用いた場合、光検出器（単数または複数）は、回折構造によって透過または反射された光の光出力スペクトルを検出するために用い得る。
【００５４】
あるいはインサイチューファイバモニタリングは、回折構造の形成中において回折構造の一部によって散乱されたファイバ結合光源からの光を撮像するように、デジタルカメラの一方または両方を用いてもよい。
【００５５】
図５は、図１のシステム例などの、超高速レーザ加工システムを用いて光ファイバにおける回折構造を形成する方法例を示す。光ファイバ内に形成される回折構造は、１つ以上のブラッグ格子構造、フォトニック結晶、または回折レンズを含み得る。
【００５６】
光ファイバを超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着する（ステップ５００）。光ファイバは、光ファイバの長軸が超高速レーザ加工システムのレーザ光パルスのビーム経路に垂直であるように装着される。
【００５７】
光ファイバの目標領域を照明光で照明する（ステップ５０２）。目標領域は、図２Ａおよび２Ｂに示すように、２つのデジタルカメラデジタルカメラのうち少なくとも一方が光ファイバの目標領域を反射により撮像し、および／または２つのデジタルカメラデジタルカメラのうち少なくとも一方が光ファイバの目標領域を透過により撮像するように、光源によって照明され得る。光源は、図２Ｂに示すように（照明素子２２２）、超高速レーザ加工システムのフォーカシング機構を介して光ファイバの目標領域を照明するように位置決めされた素子を有し得る。あるいは、目標エリアは、インサイチューモニタからの散乱光によって照明されてもよい。この別の実施形態において、光は光ファイバ中に結合され、回折構造の部分的に加工された部位から散乱されることにより、光ファイバの目標領域を照明する。なお、この別の照明方法は、初期ビームスポット位置を決定するためよりもむしろ、回折構造の進行を監視するために位置決め像を生成するために望ましくあり得ることに留意されたい。
【００５８】
光ファイバの目標領域を、実質的に直交する方向に位置決めされた２つのデジタルカメラで撮像する（ステップ５０４）。これにより、光ファイバの目標領域の、実質的に直交する位置決め像の対が生成され、これらを、光ファイバ中における３次元での回折構造（ならびに可能性としてビームスポット）の位置を正確に識別するために用い得る。図１および２Ｂに示すように、デジタルカメラのうち一方を、フォーカシング機構を介して目標領域を撮像するように位置決めしてもよい。なお、２つのデジタルカメラを、超高速レーザ加工システムの位置決定装置中のリニア平行移動台のうち２つの軸に沿って位置決めすることが望ましくあり得ることに留意されたい。この位置決め例により、光ファイバ内におけるビームスポットの位置決めに関連する計算を単純化し得る。
【００５９】
光ファイバの目標領域内におけるビームスポットの初期位置を決定する（ステップ５０６）。いくつかの方法例を用いてこの位置を決定し得る。位置決定装置およびファイバホルダが予め較正されているならば、この決定はわずかなことであり、単に移送台の位置決定装置中における設定を読みとるだけで済む。これらの部品が予め較正されていない場合や所望の精度を有していない場合は、位置決め像を用いた直接測定を用い得る。
【００６０】
光源がフォーカシング機構を介して目標領域を照明するように位置決めされている場合、光源によって照明スポットが形成される。この照明スポットおよびレーザパルスのビームスポットは、それぞれのピーク波長に基づいた所定距離だけ離されている。光ファイバの目標領域の実質的に直交する位置決め像の対を用いて観察したときの照明スポットが光ファイバの表面に集束されるまで、光ファイバをレーザパルスおよび照明光の伝播軸に沿って移動する。この位置（初期ファイバ位置と呼ぶ）を用いて、照明スポットとビームスポットとの間の所定距離に基づき、目標領域内におけるビームスポットの初期位置を決定し得る。
【００６１】
あるいは、実質的に直交する位置決め像の対を用いて、光ファイバを通るレーザパルスのビーム経路を直接撮像してもよい。この別の実施形態において、加工パルスエネルギーより小さいパルスエネルギーを有する複数の位置決めレーザ光パルスを生成することが望ましい。この低めのパルスエネルギーは、光ファイバの材料を、位置決め中において尚早に加工されてしまうことから保護する。位置決めパルスからの散乱光を２つのデジタルカメラによって撮像し、得られた実質的に直交する位置決め像の初期対に基づいて、ビームスポットの初期位置を決定する。
【００６２】
ビームスポットの初期位置がわかれば、ビームスポットを光ファイバの目標領域内の開始位置に位置決めする（ステップ５０８）。開始位置は望ましくは、光ファイバの加工されて回折構造を形成する部分内にある。さらに開始位置は望ましくは、加工されるべき部分内の、レーザパルスのビーム経路が光ファイバ材料の最も長い長さを通ってビームスポットに到達しなければならなくなるような点である。１つより多くの点が開始位置の条件に適合する場合は、それらの点のうち任意のものを選択し得る。この点の選択は、レーザパルスは光ファイバ材料の被加工部分を異なった伝播の仕方をするため、望ましい。このことは、未加工の光ファイバ材料のみを透過されたときの方がレーザパルスのふるまいを予測することが容易であることを意味している。すなわち、ファイバの背面（すなわちフォーカシング機構から最も遠い点）から開始して前に進む（あるいは中心から開始して外側に向かう）ことが望ましい。
【００６３】
あるいは、開始位置を光ファイバの一方側に配置し、そちら側から他方側へと加工を進めてもよい。この開始位置は、加工されるべき部分において、レーザパルスのビーム経路に対して平行でありかつ光ファイバの長軸を通る平面から最も遠い点である。
【００６４】
レーザ光パルスが生成され光ファイバ材料を加工しながら（ステップ５１２）、光ファイバの目標領域内の加工経路に沿ってビームスポットをスキャンする（ステップ５１０）。レーザ光パルスは望ましくは約１ｎｓ未満の期間を有する。レーザパルスは望ましくは、フォーカシング機構によってビームスポットに集束され、そのパルスエネルギーは、ビームスポット中の光のフルエンスが所定の加工体積を有する領域中の光ファイバの加工フルエンスレベルを越えるように制御される。この加工体積のサイズは、回折構造を形成するために必要な要素サイズに依存する。微細な要素が望ましくあり得るが、より小さな加工体積を使用することは、回折構造を加工するために必要なレーザパルスの数を増加させる。これらの競合する問題が、所望の加工体積の選択におけるトレードオフとなる。加工体積は典型的には、約．００１μｍ3より大きく、しばしば約１２５μｍ3を越え得る。また、非円偏光の使用は、個々のレーザパルスによって加工される領域の形状を変更してしまい得ることに留意されたい。したがって、光ファイバの目標領域に入射するレーザ光パルスの偏光を制御することが望ましくあり得る。
【００６５】
ステップ５０８に関して上記したように、レーザパルスは未加工の光ファイバ材料のみを通過することが望ましい。したがって、加工経路は、ビームスポットが光ファイバの加工されるべきすべての部分を通り、複数のレーザ光パルスのビーム経路が光ファイバの加工済み材料を通らないように設計される。
【００６６】
加工経路に沿ってビームスポットをスキャニングする間、レーザ光パルスは望ましくは一定の繰り返しレートで超高速レーザ加工システムにより生成される。また、加工体積が実質的に一定となるように、レーザパルスのパルスエネルギーおよびそれらが集束されるビームスポットのサイズは、実質的に一定を維持することが望ましい。またビームスポットは望ましくは、一定のスキャンレートで光ファイバの材料中をスキャンされる。複数のレーザ光パルスのうち１つのパルスによって加工される光ファイバの材料の被加工部分が、複数のレーザ光パルスのうち直前のパルスによって加工された材料の加工済み部分と空間的に重なるように、一定のスキャンレート、繰り返しレート、および加工体積を選択することが望ましい。これらのパラメータの選択は、回折構造の完全な加工を可能にするために望ましい。
【００６７】
加工経路は、ビームスポットが光ファイバの加工されるべき部分内にとどまるように設計されるか、あるいはビームスポットが加工されるべき部分を含む光ファイバのより大きな領域を通ってスキャンされるように設計され得る。２番目のタイプの加工経路は、スキャニングを行うために必要な位置決定装置の制御を簡素化し得るが、ビームスポットが光ファイバの加工されるべき部分内にあるか否かに応じてレーザパルスを透過したり透過をブロックしたりするためにシャッタが必要であり得ることを意味する。
【００６８】
いずれの方法が用いられる場合も、回折構造の品質を改善するために、光ファイバの目標領域内におけるビームスポットの位置を、スキャニング中において約１００ｎｍ未満の精度で制御することが望ましくあり得るが、より長い波長用に設計された回折構造については、より低い公差を用いても特に効果はわからないことに留意されたい。
【００６９】
開始位置が光ファイバの背面または光ファイバの一方側に配置される場合は、ラスタスキャンパターンを用いて、ビームスポットを光ファイバの加工されるべき部分を通ってスキャンし得る。このパターンを用い、光ファイバの断面上を、開始点から始まって一連の走査線状にビームスポットをラスタスキャンする。開始位置が光ファイバの背面である場合には、走査線はレーザパルスのビーム経路に対して垂直であり、スキャニングは走査線に沿って一方向に行われるか両方向に行われてもよい。開始位置が光ファイバの一方側である場合には、走査線はレーザパルスのビーム経路に対して平行であり、スキャニングは望ましくは走査線に沿って背面から前面に行われる。現在の断面のラスタスキャンが完了すれば、光ファイバを移動し、断面を光ファイバの長軸に沿って新しい位置にステッピングし得る。次にビームスポットを断面内の開始位置に戻し、ビームスポットのラスタスキャニングを新しい断面について繰り返す。このスキャニングおよびステッピング処理を、回折構造が完了されるまで継続する（ステップ５１４）。
【００７０】
開始位置が光ファイバの中心に配置される場合、円形のスキャンパターンを用いてビームスポットを光ファイバの加工されるべき部分を通ってスキャンしてもよい。このパターンを用い、光ファイバの断面上を、開始点から始まって一連のスキャン円状にビームスポットをスキャンする。光ファイバの長軸の周りの円が完了すれば、光ファイバの長軸に垂直な径方向軸に沿って光ファイバをステッピングし得る。これを現在の断面の最外郭の円が完了するまで継続する。次に光ファイバを移動し、断面を光ファイバの長軸に沿って新しい位置にステッピングし得る。ビームスポットを断面内の開始位置に戻し、ビームスポットをこの新しい断面上の新しい円の組に通す。このスキャニングおよびステッピング処理は、回折構造が完了されるまで継続する（ステップ５１４）。
【００７１】
光ファイバの目標領域の実質的に直交する位置決め像の対をステップ５１０および５１２のあいだ監視することにより、超高速レーザ加工システムの位置決定装置のフィードバック制御を提供してもよいことに留意されたい。このフィードバック制御は、加工経路に沿ってビームスポットをスキャニングする精度を向上し、したがって得られる回折構造の品質を向上するために望ましくあり得る。
【００７２】
さらに、インサイチューモニタをステップ５１４の一部として用いることにより、回折構造が完成したときを判断してもよい。この別の実施形態において、光は所定の結合パワーレベルを有する光ファイバ中に結合される。結合光のうち回折構造の部分的に加工された部位によって反射された部分、または結合光のうち光ファイバを透過された部分（またはその両方）を検出する。検出された光が所定のパワーレベルと実質的に等しいときに、回折構造は完了したとして判断される。
【００７３】
図６は、複数の平行処理ビーム経路または分岐枝を有する超高速レーザ加工システムを用いて、光ファイバ中に繰り返し回折構造を形成する方法例を示す。この方法例は、図５の方法例に同様である。図６の方法例によって作製される回折構造は、必ず繰り返し型であることに留意されたい。平行処理ビーム経路が光ファイバの長軸の方向に実質的に等しく間隔を空けられている場合、繰り返し回折構造は周期的回折構造であるが、平行処理ビーム経路が実質的に等しく間隔を空けられていない場合、得られる回折構造は必ずしも周期的ではない。
【００７４】
光ファイバを超高速レーザ加工システムのファイバマウントに装着する（ステップ６００）。光ファイバは、光ファイバの長軸が超高速レーザ加工システムのレーザ光パルスの平行処理ビーム経路に垂直であるように装着される。
【００７５】
図５の方法例におけるように、光ファイバの目標領域を照明光で照明し（ステップ６０２）、光ファイバの目標領域を実質的に直交する方向に位置決めされた２つのデジタルカメラで撮像する（ステップ５０４）。
【００７６】
光ファイバの目標領域内における、複数の平行処理ビーム経路に対応したビームスポット初期位置を決定する（ステップ６０６）。ビームスポットの相対位置は望ましくは既知である。したがって、１つの初期ビームスポット位置の決定を用いて他を決定し得る。図４の方法例におけるように、複数の方法例を用いてこの位置を決定し得る。
【００７７】
ビームスポットの初期位置がわかれば、ビームスポットがそれぞれ光ファイバの目標領域内の開始位置に位置決めする（ステップ６０８）。やはり、ビームスポットの相対位置は望ましくは既知であるため、１つのビームスポットをその初期位置に位置決めすることにより、すべてのビームスポットが位置決めされることになる。
【００７８】
レーザ光パルスが生成され、多数の平行処理ビーム経路を透過されて光ファイバ材料を加工しながら（ステップ６１２）、光ファイバの目標領域内の加工経路に沿ってビームスポットを平行にスキャンする（ステップ６１０）。各加工経路は、対応するビームスポットが、そのビームスポットにより加工されて繰り返し回折構造の複数の部位のうちの対応する部位を形成するべき光ファイバの部分のすべてを通るように、設計される。加工経路はまた望ましくは、材料がその平行処理ビーム経路に対応するビームスポットによって加工されたか別の平行処理ビーム経路によって加工されたかに関わらず、いずれの平行処理ビーム経路も光ファイバの加工済み材料を通らないように、設計されることに留意されたい。
【００７９】
スキャニング処理は、加工経路が完了し繰り返し回折構造が完成するまで継続する（ステップ６１４）。なお、何百周期以上をも有するブラッグ格子構造などの特定の繰り返し回折構造については、加工経路は、各ビームスポットが格子の一周期を形成するようなパターンで多数のビームスポットをスキャンすることが望ましいことに留意されたい。これにより、平行処理ビーム経路の数に等しい周期数を有する格子構造が形成される。平行処理ビーム経路の数は、格子構造において所望である周期数よりも有意に小さいであろうことから、ファイバは、その長軸に沿って加工済みの格子構造に隣接するファイバの未加工部分まで移動され、そして加工経路を繰り返すことにより別の格子周期の組が形成する。この処理を、所望の数の格子周期が形成されるまで繰り返し得る。
【００８０】
特定の具体的な実施形態について上記に図示および説明したが、本発明は示された詳細に限定されるものではない。むしろ、請求項の均等物の範疇・範囲内において、本発明から逸脱することなく、詳細について様々な改変をなし得る。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による超高速レーザ加工システム例を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明による別の超高速レーザ加工システム例を示す概略ブロック図である。
【図３Ａ】図１または２の超高速レーザ加工システム例における、保持された光ファイバの目標領域を撮像するための、撮像システム例を示す上面概略図である。
【図３Ｂ】図１または２の超高速レーザ加工システム例における、保持された光ファイバの目標領域を撮像するための、別の撮像システム例を示す上面概略図である。
【図４Ａ】光ファイバ中におけるビームスポット位置例を示す側面図（本発明による多分岐超高速レーザ加工システム例のビーム経路に対して垂直な方向から見た）である。
【図４Ｂ】光ファイバにおける２つの別のビームスポット位置例を示す側面図（本発明による多分岐超高速レーザ加工システム例のビーム経路方向から見た）である。
【図４Ｃ】光ファイバにおける２つの別のビームスポット位置例を示す側面図（本発明による多分岐超高速レーザ加工システム例のビーム経路方向から見た）である。
【図５】本発明による、光ファイバ中において回折構造をレーザ加工する方法例を示すフローチャートである。
【図６】本発明による、光ファイバ中において繰り返し回折構造をレーザ加工する方法例を示すフローチャートである。
【図７Ａ】本発明によるインサイチューファイバモニタ例を示す概略ブロック図である。
【図７Ｂ】本発明によるインサイチューファイバモニタ例を示す概略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
2008518273.tif 000011
【図７Ａ】
2008518273.tif 000012
【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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2008518273.tif 000015
2008518273.tif 000016
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