(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ上に格子を刻印するための製造方法であって、
屈折率ｎｓｕｒｒｏｕｎｄを有する材料で前記光ファイバを取り囲むステップと、
オフセット・セグメント上に格子を書き込むステップと、
を含み、
前記光ファイバが、
軸中心と、
前記軸中心から計測される外半径（Ｒｆｉｂｅｒ）と、
ファイバ屈折率（ｎｆｉｂｅｒ）と、
前記光ファイバの軸方向に沿った螺旋状軌跡であって、該螺旋状軌跡が、
ツイスト周期と、
前記光ファイバの前記軸中心からオフセット距離Ｒｏｆｆｓｅｔだけ偏位するオフセット・セグメントと、
を備える、螺旋状軌跡と、
前記螺旋状軌跡をたどるコアと、
を含み、
前記格子が、
前記ツイスト周期の十分の一（１／１０）よりも大きい格子長と、
最大格子強度と、
最小格子強度と、
前記最小格子強度と前記最大格子強度の比
【数１】
0006521875.tif 000003
と、を有し、上式で
η＝ｎｆｉｂｅｒ／ｎｓｕｒｒｏｕｎｄ、
ｎｆｉｂｅｒ≠ｎｓｕｒｒｏｕｎｄ、
ρ＜１／η、および
ρ＝Ｒｏｆｆｓｅｔ／Ｒｆｉｂｅｒである、
格子と、
を備える、光ファイバ上に格子を刻印するための製造方法。
【請求項２】
ＲｏｆｆｓｅｔがＲｆｉｂｅｒの４０パーセント（％）よりも大きく、
前記格子が、２０センチメートル（ｃｍ）よりも長く、
前記格子が、前記ツイスト周期にわたって約３デシベル（ｄＢ）未満の強度変動を有する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
Ｒｏｆｆｓｅｔが、Ｒｆｉｂｅｒのρｍａｘ＝１／η倍よりも大きい、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記格子が、前記ツイスト周期全体にわたって約１０デシベル（ｄＢ）未満の格子強度変動を有する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記格子が１センチメートル（ｃｍ）よりも長い、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記格子が１５センチメートル（ｃｍ）よりも長い、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記格子が１メートル（ｍ）よりも長い、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記格子が、前記ツイスト周期全体にわたって約２デシベル（ｄＢ）未満の屈折率変調の変動を有する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記光ファイバを取り囲む材料の屈折率が、クラッディング屈折率および被覆屈折率の平均と整合する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記光ファイバを取り囲む材料の屈折率が、
クラッディング屈折率、
被覆屈折率、
コア屈折率とクラッディング屈折率の組合せ、
クラッディング屈折率と被覆屈折率の組合せ、または
コア屈折率、クラッディング屈折率、および被覆屈折率の組合せ、
に整合する、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全体が記述されているかのように本明細書に組み込まれる、「Ｉｎｄｅｘ  Ｍａｔｃｈｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｉｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ」という名称の２０１３年２月２１日出願の米国仮特許出願第６１／７６７２７０号の特典を主張する。
【０００２】
本開示は、一般には光ファイバに関し、より詳細には光ファイバ格子刻印に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバでは、しばしば、紫外線（ＵＶ）光などの化学（Ａｃｔｉｎｉｃ）放射に、コアなどの光ファイバの感光領域を露出することによって格子が刻印される。具体的には、例えばインターフェログラムまたは他の周知の技法を使用することにより、化学放射から干渉縞が生成される。
【０００４】
光ファイバの円筒形状により、ＵＶ光が円筒軸を横切る方向から光ファイバを照射するとき、光ファイバの曲率により、ＵＶ光が集束する。レンズ効果（ｌｅｎｓｉｎｇ）と呼ばれるこの現象の結果、光ファイバ内の望ましくない輝度変動が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】Ｐｕｔｎａｍ他、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｌｉｇｈｔ」、米国特許第６２４９６２４号（「Ｐｕｔｎａｍ」）
【特許文献２】Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ」、米国特許第６９５８０９６号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｌａｉ等、「Ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｉｎ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  ３１、２５５９〜２５６１頁（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この欠点を考えると、格子刻印技法について改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下の図面を参照すると、本開示の多くの態様をより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも原寸に比例せず、その代わりに本開示の原理をはっきりと示す強調が置かれる。さらに、図面では、いくつかの図全体にわたって、同様の参照番号は対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】レンズ効果現象を示す上面模式図である。
【図１Ｂ】レンズ効果現象を示す側面模式図である。
【図２Ａ】光ファイバの表面上の欠陥によって引き起こされる散乱効果を示す上面模式図である。
【図２Ｂ】光ファイバの表面上の欠陥によって引き起こされる散乱効果を示す側面模式図である。
【図３Ａ】レンズ効果現象を緩和するシステムの一実施形態を示す側面模式図である。
【図３Ｂ】レンズ効果現象を緩和するシステムの一実施形態を示す断面模式図である。
【図４Ａ】レンズ効果現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す側面模式図である。
【図４Ｂ】レンズ効果現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す断面模式図である。
【図５Ａ】表面欠陥によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態を示す側面模式図である。
【図５Ｂ】表面欠陥によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態を示す断面模式図である。
【図６Ａ】屈折率整合材料を用いるシステムの一実施形態を示す側面模式図である。
【図６Ｂ】屈折率整合材料を用いるシステムの一実施形態を示す断面模式図である。
【図７】屈折率整合材料と、長い格子を作成するためのリールツーリール・ファイバ・フィードとを用いるシステムの別の実施形態を示す模式図である。
【図８】屈折率整合材料を用いる刻印システムの一実施形態を示す模式図である。
【図９】屈折率整合材料を用いる刻印システムの別の実施形態を示す模式図である。
【図１０】屈折率整合材料を用いる刻印システムのさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図１１Ａ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す側面模式図である。
【図１１Ｂ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す正面模式図である。
【図１２Ａ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す側面模式図である。
【図１２Ｂ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す正面模式図である。
【図１３Ａ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す側面模式図である。
【図１３Ｂ】屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す正面模式図である。
【図１４】溝の中に位置する屈折率整合材料を用いる容器の一実施形態を示す模式図である。
【図１５】屈折率整合材料を用いる容器の別の実施形態を示す模式図である。
【図１６】屈折率整合材料を用いる容器のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図１７】オフセット・コアを有する光ファイバの断面を示す図である。
【図１８】入射化学線の屈折を示す図である。
【図１９】最小−最大光線輝度の比を正規化コア・オフセットの関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
しばしば、化学放射（例えば紫外線（ＵＶ）光）の干渉縞に、コアなどの光ファイバの感光領域を露出することによって格子が光ファイバ上に刻印される。図１Ｂに示すように、光ファイバはしばしば円筒形である。したがって、化学線ビームが、図１Ａおよび１Ｂに示されるような円筒軸を横切る方向から光ファイバを照射するとき、図１Ｂに示されるように、光ファイバの曲率により、ＵＶ光が集束する。レンズ効果として知られるこの現象の結果、光ファイバ内の望ましくない輝度変動が生じる。例えば、図１Ｂに示されるように、化学線ビーム２４が多心ファイバ１４を照射するとき、多心ファイバ１４内のコアの構成に応じて、化学線ビーム２４は、レンズ効果のために、一部のコア１８を照射するが、他のコア１９を完全に避けることがある。理解できるように、円形断面を有さないファイバではレンズ効果はさらに複雑となる可能性がある。
【００１１】
光ファイバ１４が図２Ａおよび２Ｂに示されるような表面欠陥４５を有するとき、レンズ効果現象に関連する欠点は悪化する。図２Ａおよび２Ｂに示されるように、表面欠陥４５により、化学線ビーム２４が欠陥４５の地点で散乱し、それによって刻印プロセス中に追加の不完全性が引き起こされる。
【００１２】
レンズ効果および散乱に敏感な応用分野には以下が含まれる。（ａ）傾斜した平面を有する格子であり、格子がレンズ効果によってひずみ、その結果平面はもはやまっすぐではなくなる。（ｂ）非一様な表面を有するファイバであり、非一様性は、意図的な直径変動、化学エッチングによるファイバ表面のフロスティング（ｆｒｏｓｔｉｎｇ）、非円形ファイバ、および不完全性を有する被覆を含む。（ｃ）内部微細構造を有するファイバであり、微細構造はレンズ効果を悪化させる。（ｄ）オフセット・コアを有するツイスト・ファイバであり、１つまたは複数のオフセット・コアの位置の変動のために刻印強度に固有の変動が存在する。（ｅ）しばしば外径の急激な減少を有するテーパー・ファイバ。（ｆ）大きなコアを有するファイバ（例えば、マルチモードまたは高次モード（ＨＯＭ）ファイバ）であり、非対称格子プロファイルが存在する可能性がある。（ｇ）ファイバの軸に沿う非ツイスト型とツイスト型の両方の多心ファイバ。（ｈ）他のレンズ効果に敏感なシナリオのホスト。そのような応用分野では、化学線ビームが、非一様性、微細構造、および他のファイバ特性によってひずむ。このひずみの結果、不完全な格子が得られ、ある場合には、全く格子が得られない。したがって、理解できるように、レンズ効果および散乱の緩和により、刻印プロセスを大いに改善することができる。
【００１３】
Ｌａｉ他、「Ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｉｎ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  ３１、２５５９〜２５６１頁（２００６）（「Ｌａｉ」）は、油の中に浸されるファイバに向けられる、密に集束したビームを開示する。Ｌａｉ方式は、密な集束の非線形プロセスに依拠する刻印技法に対して適切であるが、Ｌａｉ方式は、インターフェログラムを使用する刻印方式に対しては適切ではない。具体的には、Ｌａｉ方式は、（ａ）線形の非常に感光性の高い媒質を利用する刻印方式、（ｂ）位相マスクを使用する刻印方式、または（ｃ）非常に長い格子（例えば、１０００周期超）を書き込むように意図された刻印方式、特に、例えばリールツーリール・ファイバ格子刻印システムによってファイバがインターフェログラムに対して並進するほどに長い格子に対しては不適切である。さらに、集束が密であるとき、Ｌａｉのフェムト秒レーザ・パルスがシリカの屈折率変化を刻印する範囲で、Ｌａｉ刻印プロセスは、（ａ）点ごとでなければならず、（ｂ）低速であり、（ｃ）書込みレーザの走査を必要とし、それによって格子の長さが限定される。言い換えれば、Ｌａｉ技法は、刻印プロセス中のファイバの著しい並進を可能にせず、具体的には、ファイバの非常に長い変位（例えば、１０センチメートル（ｃｍ）を超える変位）を可能にしない。さらに、Ｌａｉの屈折率整合装置から来る多くの反射から生じるどんな迷光も、その輝度が低いために、Ｌａｉでの屈折率にほとんど影響を及ぼさない。逆に、図３Ａから図１６に示されるような、インターフェログラムおよび非常に感光性の高い媒質を使用する技法は通常、不適切な露光を低減するために、迷光の管理または除去を必要とする。したがって、図３Ａから１６に示される実施形態は、単にＬａｉ技法では達成不可能な格子の刻印を可能にする。
【００１４】
Ｐｕｔｎａｍ他、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｌｉｇｈｔ」、米国特許第６２４９６２４号（「Ｐｕｔｎａｍ」）は、デュアル高輝度ビームを使用して光ファイバの表面に対する摩耗を回避する格子刻印手法を開示する。具体的には、Ｐｕｔｎａｍは、２つの高輝度ビームの交点で生成される干渉縞に依拠する、位相マスクを使用しない位相刻印を教示する。表面摩耗問題が高輝度ビームの環境内のみで生じる範囲において、位相マスク（または任意の他のタイプの干渉計）をＰｕｔｎａｍの屈折率整合界面媒質への一体化は、Ｐｕｔｎａｍのデュアル高輝度ビーム構成に関する動作原理を覆す。言い換えれば、当業者は通常、位相マスクをＰｕｔｎａｍのデュアル・ビーム干渉計と一体化することを避ける。これは、デュアル・ビームと同一の干渉縞を生成する位相マスクが、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成によって生成される干渉縞を無効にするためである。あるいは、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成とは異なる干渉縞を生成する位相マスクを使用する場合、得られる干渉縞は、デュアル・ビーム干渉と位相マスク干渉の複雑な畳み込みとなる。したがって、Ｐｕｔｎａｍのデュアル・ビーム構成を利用するものは、位相マスクを使用しない。
【００１５】
ＬａｉまたはＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される実施形態は、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことによってレンズ効果および散乱を緩和するシステムおよび方法を提供し、開示される構成により、屈折率整合材料を保持する容器に一体化されるマスクまたは干渉計の使用が可能となる。言い換えれば、容器の外部で干渉縞が生成されるＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される干渉計は、容器自体の中で一体化される。
【００１６】
また、ＬａｉおよびＰｕｔｎａｍとは異なり、開示される実施形態は、刻印プロセスが展開するときに、屈折率整合材料の劣化または枯渇によるどんな損失も受けることなく、長い長さのファイバを屈折率整合材料の中を通すことを可能にする。さらに、本明細書で示される実施形態は、ファイバが屈折率整合材料内に入れられるとき、またはファイバが屈折率整合材料を出た後、ファイバおよび／またはその被覆に不完全性が導入される可能性を低減する。
【００１７】
本発明の概念の広さは、屈折率の原理の適切な理解がある場合にのみ理解することができる。具体的には、２つの媒質が異なる屈折率を有するとき、２つの媒質の界面で光が屈折するので、レンズ効果現象が生じる。これは、光が異なる媒質を異なる速度で伝播し、伝播速度は各媒質の屈折率に依存するからである。したがって、ファイバの曲率、および空気とファイバとの間の屈折率の違いが与えられたとすると、ファイバに照射する化学線ビームが、空気−ファイバ界面で屈折し、それによってレンズ効果現象が生じる。
【００１８】
さらに、屈折の程度は、２つの接する媒質の間の屈折率の違いの程度に依存する。したがって、両媒質間の屈折率がかなり異なる場合、屈折の程度はより大きい。逆に、両媒質間の屈折率がほぼ同様である場合、屈折は少ない。したがって、２つの接する材料の屈折率を完璧に整合させることができる範囲で、屈折を完全になくすことができる。
【００１９】
「屈折率整合材料」という語句は、文脈に基づいて何らかの異なるものを意味することがある。言い換えれば、屈折率整合材料は、特定の応用分野での屈折に関する所望の公差に基づいて異なることがある。例えば、絶対的に屈折のないことを必要とする応用分野では、屈折率整合材料は、厳密に同一の屈折率を有するものとなる。逆に、ある程度の屈折を許容する応用分野では、屈折率整合材料は単に、その公差レベル未満に屈折を低減するものとなる。ファイバがファイバ・クラッディングまたはコアと同じではない屈折率の被覆を有することも可能である。この場合、屈折率整合材料は、例えば、被覆と整合し、又はクラッディングと整合し、又はその２つの平均と整合し、又はこれらの屈折率の何らかの他の所望の組合せに整合してよい。一般には、ファイバが空気で取り囲まれたとした場合よりもファイバ内部の輝度変動が低くなるように、屈折率整合材料の屈折率を設定されるべきである。この場合、材料を、屈折率整合材料、またはファイバにほぼ屈折率整合され、または単に屈折率整合された、と呼ぶ。異なる屈折率整合材料の例が、図３Ａから図１６を参照しながら以下で与えられる。特定の応用分野に対して必要な公差の程度を当業者は理解するであろうと言うだけにとどめておく。したがって、本開示は、「屈折率整合材料」を、その対応する応用分野に対して必要な範囲で屈折率の違いを低減するもの、と明白に定義する。
【００２０】
この屈折率の理解と共に、開示されるシステムおよび方法は、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことによってレンズ効果現象を緩和する。屈折率整合材料は、光ファイバ内の化学放射の輝度変動を低減するのに十分な屈折率を有する。許容できる公差に応じて、輝度変動の低減は、わずかな低減から大幅な低減まで及ぶことがある。屈折率整合材料は、一体化された干渉計と共に容器内に保持される。格子が光ファイバに書き込まれている間、容器が、屈折率整合材料で光ファイバを取り囲むことを可能にし、容器自体に一体化されたマスク（例えば、位相マスク、振幅マスクなど）を有する限り、任意の方式で容器を構成することができる。
【００２１】
この大まかな説明から転じて、次に、レンズ効果および散乱を緩和する様々な実施形態のより細かい説明を与える図３Ａから図１９を参照する。いくつかの実施形態がこれらの図面と関連して説明されるが、本明細書で開示される実施形態（複数可）に本開示を限定する意図はないことを理解されたい。それどころか、すべての代替実施形態、修正形態、および均等物を包含するものとする。
【００２２】
図３Ａおよび図３Ｂは、レンズ効果現象を緩和するシステムの一実施形態を示す模式図である。具体的には、図３Ａは、屈折率整合材料２０ａを保持する容器２２の側面図を示し、図３Ｂは、容器２２の断面図を示す。図が見やすいように、化学線ビームの方向は、図３Ａと図３Ｂの間で異なる。しかし、ファイバの方向に対して非平行である任意の角度で化学線ビームを導入できることを理解されたい。
【００２３】
図３Ａに示されるように、屈折率整合材料２０ａを保持する容器２２は、ここでは多心ファイバ１４として示される光ファイバ１４用の通路を備える。この通路により、光ファイバ１４が通路内に位置するとき、屈折率整合材料２０ａで光ファイバ１４を取り囲むことが可能となる。したがって、光ファイバ１４を通過する任意の化学放射２４は、必然的に屈折率整合材料２０ａを通過する。屈折率整合材料２０ａが光ファイバ１４と同一の屈折率を有する範囲で、化学放射２４は、光ファイバ１４と屈折率整合材料２０ａの境界で屈折を受けない。図３Ｂの多心ファイバ１４では、屈折率整合材料２０ａにより、化学放射２４は、レンズ効果なしに多心ファイバ１４の断面を通過し、それによって多心ファイバ１４内のコアのすべてを一様に照射する。厳密には、被覆を有する光ファイバでは、このことは、任意のガラス−被覆界面で無視できる屈折があることを仮定する。
【００２４】
図４Ａおよび４Ｂは、レンズ効果現象を緩和するシステムの別の実施形態を示す模式図である。光ファイバ１４の屈折率と厳密に整合し、したがって境界での屈折を解消する屈折率整合材料２０ａを示す図３Ａおよび３Ｂとは異なり、図４Ａおよび４Ｂの実施形態は、光ファイバ１４の屈折率とほぼ整合し、それによって屈折を完全に解消するのではなく、境界での屈折を低減するだけである屈折率整合材料２０ｂを示す。したがって、図４Ａおよび４Ｂの実施形態では、コアは一様な照射を受けない。しかし、いくつかのコア１９がレンズ効果のために照射を完全に回避する図１Ａおよび１Ｂのファイバとは異なり、図４Ｂのコアは、屈折率の違いが低減されるために、化学線ビーム２４によって照射される。理解できるように、コアのすべてを単に照射することが目標である場合、屈折率整合材料は、光ファイバの屈折率と完全に整合する必要はなく、コアのすべての照射を達成するのに十分な屈折の低減が必要なだけである。
【００２５】
次に図５Ａおよび５Ｂを参照すると、図２Ａおよび２Ｂで示されるような表面欠陥４５によって引き起こされる散乱を緩和するシステムの一実施形態に関する模式図が本明細書で示される。図５Ａおよび５Ｂの実施形態では、屈折率整合材料２０ｃは、水、油などの液体であり、或いは、光ファイバとほぼ整合する屈折率を有する他の適切な液体であり、ファイバが被覆を有する場合はファイバの被覆の屈折率とほぼ整合する屈折率を有する他の適切な液体である。したがって、光ファイバが液体屈折率整合材料２０ｃによって取り囲まれるとき、液体屈折率整合材料２０ｃは表面欠陥を充填し、それによって、欠陥４５によって引き起こされる可能性のある散乱を改善する。散乱緩和の程度は、屈折率が整合する程度に依存する。したがって、屈折率の厳密な整合の結果、表面欠陥による散乱を解消することができ、実質的な整合の結果、散乱が低減される。
【００２６】
図６Ａおよび６Ｂは、容器６２が毛管作用を介して容器６２内に液体屈折率整合材料２０ｃを保持するシステムの一実施形態を示す模式図である。具体的には、図６Ａは側面図を示し、図６Ｂは断面図を示す。図６Ａに示されるように、容器６２は、フロント・プレート６４ａおよびバック・プレート６４ｂを備え、いくつかの実施形態では、フロント・プレート６４ａおよびバック・プレート６４ｂは水晶プレートである。２つのプレート６４ａ、６４ｂ（総称して６４）は、毛管力を介してギャップ内に液体屈折率整合材料２０ｃを維持することが可能となるように十分に小さいギャップで分離される。図６Ｂに示されるように、２つのプレート６４間のギャップはスペーサ６６によって維持される。
【００２７】
図７は、リールツーリール・ファイバ・フィード（ｒｅｅｌ−ｔｏ−ｒｅｅｌ  ｆｉｂｅｒ−ｆｅｅｄ）・システムを可能にする屈折率整合システムの別の実施形態を示す模式図である。図６Ａおよび６Ｂを参照しながら論じたように、液体屈折率整合材料２０ｃが毛管作用を介して容器６２内に維持される場合、リールツーリール・ファイバ・フィード・システム７８を使用して、ギャップを通じて光ファイバ１４を導くことができる。このタイプのリールツーリール・システムは、光ファイバ１４がギャップを通過するときに複数の格子の刻印を可能にする。想像できるように、図７のシステムは、光ファイバ１４がギャップを通過するときに液体屈折率整合材料２０ｃが光ファイバ１４に付着する場合、容器６２からの液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇の影響を受けやすい。液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇を緩和する１つの方法は、図１５を参照して示されるように、液体屈折率整合材料２０ｃを補充することによるものである。
【００２８】
図１５は、光ファイバ１５１６が容器１５０２を通過するときに液体屈折率整合材料１５６０の補充を可能にする容器１５０２の一実施形態の断面図を示す模式図である。具体的には、容器１５０２は、Ｌｉｎｄｈｏｌｍ、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ」、米国特許第６９５８０９６号による被覆容器と同様である。したがって、線引き塔（ｄｒａｗ  ｔｏｗｅｒ）が液体屈折率整合材料を保持する容器を組み込むように、線引き塔上に補充システムを実装できることを理解されよう。そのような実施形態では、液体屈折率整合材料が少なくとも２つの特性、すなわち被覆を形成するように硬化できること、および屈折率に整合できることを有することを理解されたい。図１５に示されるように、容器１５０２は、チャンバ１５３２の上に位置決めされるオープン・カップ１５３０を備える。カップ１５３０の上部が上部容器開口１５１４を形成することがわかるであろう。カップカップ１５３０とチャンバ１５３２が、入口開口１５３４によって互いに連結される。入口開口１５３４とは反対側のチャンバ１５３２の底部に、出口開口１５３６が設けられる。
【００２９】
カップ１５３０、入口開口１５３４、チャンバ１５３２、および出口開口１５３６が共に液体経路１５３８を画定し、液体経路１５３８を沿って、液体によって取り囲まれるファイバ１５１６が容器１５０２内に移動し、容器１５０２を通じて移動し、容器１５０２の外に移動する。矢印１５５４で示されるように、液体屈折率整合材料１５６０が、入力ポート１５２２を通じてチャンバ１５３２に注入される。ニップルなどの適切な入力継手１５５０が、ポート１５２２内に取り付けられている。入口開口１５３４は、ファイバ１５１６が液体経路１５３８を下方に移動するとき、入口開口１５３４でファイバ１５１６の周りに十分なクリアランスがあり、液体屈折率整合材料１５６０がカップ１５３０内に上方に流れることが可能となるような寸法に作られる。矢印１５６２で示されるように、過剰な液体屈折率整合材料１５６０は、ドレイン・ポート１５２４を通じてカップ１５３０の外に流出する。図１５に示されるように、適切な出力継手１５５２が出力ポート１５２４内に取り付けられる。過剰な液体屈折率整合材料１５６０を、入力ポート１５２２に再び注入するために再循環することができる。
【００３０】
入口開口１５３４は、容器１５０２内のカップ１５３０とチャンバ１５３２との間に形成される第１の開口１５４２内に取り付けられる入口金型１５４０を使用して実装される。出口開口１５３６は、容器１５０２の外部に通じるチャンバ１５３２の底部の第２の開口１５４６内に取り付けられる形削り金型１５４４を使用して実装される。金型１５４０及び１５４４を使用せずに、入口開口１５３４および出口開口１５３６を容器１５０２内に直接的に形成することも可能となることに留意されたい。しかし、金型１５４０及び１５４４は、いくつかの理由で有用である。第１に、金型１５４０及び１５４４は、必要に応じて異なるサイズの開口１５３４、１５３６を使用することを可能にするので、柔軟性をもたらす。加えて、取外し可能な金型を使用することにより、容器１５０２の内部へのアクセスが実現され、それにより、洗浄または他の保守操作が容易となる。
【００３１】
矢印１５５６で示されるように、一定の量の液体屈折率整合材料１５６０が下方に流れ、出口開口１５３６を通じて外に流れ、ファイバ１５１６の周りを流れ、そこで液体屈折率整合材料１５６０は液体１５２０を形成する。矢印１５５８は、入口開口１５３４を通じて上方に流れ、ファイバ１５１６の周りを流れ、カップ１５３０内に流れる液体屈折率整合材料１５６０の逆流を示す。カップ１５３０の充填レベルは、容器１５０２の様々な要素の寸法、使用される液体屈折率整合材料１５６０の粘性、および液体屈折率整合材料１５６０がチャンバ１５３２内に導入される圧力を含むいくつかのパラメータに応じて変化することがある。
【００３２】
光ファイバ１５１６を化学線ビーム２４に露出するために、容器１５０２は、コンジット１５９６の内部端に位相マスク１５９８を有するビーム導管１５９６を備える。したがって、光ファイバ１５１６は容器１５０２を通じて移動すると、入射化学線ビーム２４からインターフェログラムが位相マスク１５９８によって生成され、当該入射化学線ビーム２４により、その光ファイバ１５１６に刻印することができる。図１５に示されるような補充システムを備える実施形態では、位相マスク以外の機構を使用して干渉縞を生成できることを理解されたい。例えば、ビーム導管は２つのビームを収容し、当該２つのビームはお互いの間にある角度を持って移動し、容器内部でインターフェログラムを形成することができる。
【００３３】
チャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０は、大気圧より高い所定の誘導圧力を有する。チャンバ１５３２の適切な加圧は、液体屈折率整合材料１５６０がチャンバ１５３２内に注入されるとき、入口開口１５３４で流れに対する十分な抵抗があり、所望の静水圧がチャンバ１５３２内で増大することが可能となるように、入口開口１５３４に関する直径を選ぶことによって達成される。チャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０が加圧されるが、カップ１５３０内の液体屈折率整合材料１５６０の乱流が、管理できるレベルを超えないことが判明していることに留意されたい。
【００３４】
比較的大きい入口開口１５３４を使用することができ、したがってチャンバ１５３２内に含まれる液体屈折率整合材料１５６０の静水圧の増大が比較的小さいことに留意されたい。ファイバ１５１６が開口１５３４を自由に通過することを可能にし、液体屈折率整合材料１５６０内の乱流を最小限に抑え、より小さい入口開口１５３４に関連して生じることのあるどんなセンタリング問題も回避するために、大きい入口開口１５３４が望ましいことがある。
【００３５】
光ファイバ１５１６が容器１５０２を通過するときに液体屈折率整合材料１５６０を補充することにより、格子刻印中に光ファイバ１５１６が液体屈折率整合材料１５６０によって取り囲まれることを確実にすることができる。さらに、図１５の容器１５０２を使用することにより、光ファイバ１５１６が引き出されているときに格子を刻印することが可能となることがある。
【００３６】
図１５と類似の補充システムを本発明の他の実施形態のいずれでも使用できることに留意されたい。
【００３７】
毛管作用によって屈折率整合液体を保持する容器に適した別の補充システムが、注入器（ｓｙｒｉｎｇｅ）または点滴器（ｄｒｏｐｐｅｒ）を採用して、屈折率整合液体を容器内に導入する。過剰な屈折率整合液体は、重力によって容器から出る。
【００３８】
液体屈折率整合材料２０ｃの枯渇を改善する別の手法が、図１６を参照して示される。具体的には、図１６は、液体屈折率整合材料２０ｃ用のコンテナを共に形成する４つの側壁１６０４および底部１６１０を有する垂直容器１６０２を含む。底部１６１０は位相マスク溝１６１２を備え、側壁１６０４は、光ファイバ１４が通過する入口穴１６０６および出口穴１６０８を備える。図１６の実施形態では、化学放射２４が、底部１６１０の位相マスク溝１６１２を通じて導入される。図が見やすいように、マスク後の回折ビームは図示されていない。液体レベルが所定のしきい値未満に降下したとき、容器１６０２を単に充填することによって液体屈折率整合材料２０ｃを補充することができる。容器が頂部壁１６２０をも有する場合、液体の上の真空力によって液体を定位置に保持することができる。頂部壁を有する実施形態では、液体屈折率整合材料を容器内に導入または補充するための機構１６３０、１６４０を考案することもできる。図１６は水平に位置する位相マスクを示すが、位相マスクは垂直に位置することも可能であることに留意されたい。図８から図１０のように、溝は、容器の中および外に面することができ、その屈折率変動を維持するためにカバー・スリップを有することができる。
【００３９】
図８は、一体化された位相マスク８１ａを有する容器８２の一実施形態を示す模式図である。図８に示されるように、容器８２は、バック・プレート８３および位相マスク８１ａを備え、液体屈折率整合材料２０ｃを好ましくは毛管作用によって保持するギャップ８５で互いに分離される。いくつかの実施形態では、位相マスク８１ａとバック・プレート８３はどちらも、光ファイバ１４または光ファイバ１４の被覆が存在する場合は被覆に対する実質的な損傷を伴わずにギャップ８５内の光ファイバ１４の移動を容易にする、面取りした縁部８６を有する。図８の実施形態では、位相マスク８１ａは、ギャップ８５の外側に面する歯（または溝）８７を備える。好ましくは、（ａ）位相マスク８１ａ上の歯８７が光ファイバ１４に接近し、（ｂ）位相マスク８１ａの厚さによる減衰またはひずみが最小となり、（ｃ）ビーム・コヒーレンスの損失が最小限に抑えられ、（ｄ）位相マスクの＋１次と−１次の両方ではなく、一方だけによって露光されるファイバの長さが最小限に抑えられるように、位相マスク８１ａは薄くあるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、位相マスク８１ａの厚さは、約０．１ｍｍから約５ｍｍの間である。
【００４０】
歯８７を光ファイバ１４に近づける１つの方法は、図９の実施形態に示されるように、歯８７をギャップ８５に対向させることによるものである。具体的には、図９は、一体化された位相マスク８１ｂを有する容器９２の一実施形態を示す模式図であり、位相マスク８１ｂの歯がギャップ８５に面し、液体屈折率整合材料２０ｃと接触する。歯をギャップ８５（図８）の外側にするのではなく、ギャップ８５（図９）に対向させることにより、歯と光ファイバ１４との間の距離がさらに短縮される。しかし、図９の構成が適切に機能するためには、位相マスク８１ｂと液体屈折率整合材料２０ｃとの間の屈折率の違いがあるべきであるということを理解することができる。
【００４１】
図１０は、一体化された位相マスク８１ｃを有する容器１００２の一実施形態の模式図を示し、位相マスク８１ｃの歯がギャップ８５に面するが、歯が、薄いＵＶ透過性カバー・プレート１００４によって液体屈折率整合材料２０ｃから分離される。図１０に示されるように、液体屈折率整合材料２０ｃは、カバー・プレート１００４とバック・プレートとの間に位置する。位相マスク８１ｃの歯の中に液体屈折率整合材料２０ｃが偶発的に漏れることを防止するために、位相マスク８１ｃをわずかに偏位させる（ｏｆｆｓｅｔ）ことができる。加えて、いくつかの実施形態では、反射防止被膜をカバー・プレート１００４に付着させることができる。さらに、後方反射をファイバから遠ざけるように、バック・プレートまたはフロント・プレート（あるいはその両方）に角度を付けることができる。
【００４２】
位相マスク自体に目を向けると、位相マスクにカバー・プレートを接着し、したがって溝（または歯）を完全に封止することも可能である。溝を封止することにより、次いで、封止済み位相マスクを液体屈折率整合材料に浸し、それでもなおインターフェログラムを生成する能力を維持することができる。その理由は液体屈折率整合材料がもはや位相マスクの溝を充填することができないからである。
【００４３】
代替実施形態では、プレートの表面の下に空洞または他の屈折率変調を形成することにより、封止済み位相マスクを製造することができる。例えば、プレートの表面を貫通し、プレート内の定義済み領域に影響を及ぼすことのできるフェムト秒ＩＲレーザ・パルスを使用して、これらの空洞または他の屈折率変調を形成することができる。そのような方法の結果、位相プレートの表面は大部分が依然として外乱を受けないと共に、位相マスクの屈折率の非一様性（例えば、溝、空洞、または他の屈折率変動）が位相プレートの表面の下で生成され、それによって封止済み位相マスクが作成される。一般には、封止済み位相マスクは、封止済み位相マスクの外面と同一の屈折率を有する材料内に配置されたときであっても、入力ビームからインターフェログラムを生成することになる。
【００４４】
図１１Ａおよび１１Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの一実施形態を示す模式図である。具体的には、図１１Ａは、化学放射２４が容器１１０２の頂部から入る容器１１０２の側面図を示し、図１１Ｂは、化学放射２４が容器１１０２の側部から導入される容器１１０２の正面図を示す。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態では、液体屈折率整合材料２０ｃが容器１１０２内に保持され、光ファイバ１４が、プーリ・システム３０ａ、３０ｂ（総称して３０）を介して容器１１０２を通過する。プーリ・システムの目的は単に、ファイバを容器内に送ることができるようにファイバ軸の方向を変更することであることに留意されたい。当業者は理解するであろうが、異なる実施形態は、異なる数のプーリを採用することができる。別の実施形態では、プーリの代わりにロッドまたはクランプを使用することができる。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態では、インターフェログラム生成機構１１５０が、容器１１０２の外部に配置される。したがって、光ファイバ１４が容器１１０２を通過するとき、化学放射２４によって生成されるインターフェログラムが、ファイバ上に格子を刻印する。
【００４５】
図１２Ａおよび１２Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムの別の実施形態を示す模式図である。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態とは異なり、図１２Ａおよび１２Ｂの実施形態は、容器１２０２内に位相マスク１２４０を位置させることによって容器１２０２に一体化される位相マスク１２４０を備え、それによって位相マスク１２４０が、刻印中の光ファイバ１４に近づけられる。図１１Ａおよび１１Ｂを参照してプーリ３０を説明する範囲で、プーリ・システムのより詳しい議論はここでは省略する。位相マスク１２４０が沈められる実施形態では、上述のように、封止済み位相マスクを使用することが好ましい。この場合も、溝の上にカバー・プレートを接着することにより、あるいはプレートの表面の下に溝または他の屈折率変調を作成することにより、封止済み位相マスクを製造することができる。
【００４６】
図１３Ａおよび１３Ｂは、屈折率整合材料を用いるプーリ・ベースのシステムのさらに別の実施形態を示す模式図である。図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、および１２Ｂの実施形態とは異なり、図１３Ａの実施形態は、容器壁の一部を形成する位相マスク１３５０を示す。位相マスク１３５０を容器１３０２に直接的に一体化することにより、図１３Ａの実施形態は、図８から１０の実施形態と同様に機能する。図８から１０を参照して刻印機構を説明した範囲で、および図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、および１２Ｂを参照してプーリ・システムを説明した範囲で、図１３Ａを参照してのこうした機構のより詳しい議論は省略する。
【００４７】
図１３Ｂは、図１３Ａのシステムの側面図を示すが、化学線ビームが側部から導入される。理解できるように、図１３Ｂの実施形態では、位相マスク１３５０が、頂部パネル上ではなく側壁に一体化されるべきである。
【００４８】
図１４は、屈折率整合材料１２４が容器１４０２内の溝１２２の中に位置する、容器１４０２の一実施形態の断面図を示す模式図である。容器１４０２および屈折率整合材料１２４の屈折率を光ファイバ１４の屈折率に整合させることにより、光ファイバ１４と屈折率整合材料１２４との間の境界、および屈折率整合材料１２４と容器１４０２との間の境界での反射または屈折を賢明に低減または除去することができる。
【００４９】
図３から図１６は干渉計を通過する化学線ビームを示すが、化学線ビームに振幅マスクを通過させることも可能であることにも留意されたい。そのようなマスクでは、ビームの空間変調を形成するために、化学線ビームがマスクの一定部分においてブロックされる。この空間変調は、位相マスクからのインターフェログラムが格子を刻印するのとちょうど同様に、ファイバ・コア（複数可）内の格子を刻印することができる。例えば、格子の周期が化学線ビーム波長と比べて非常に長い場合、振幅マスクを使用して、ファイバ・コア内の長周期格子を刻印することができる。したがって、化学放射の周期は１ミクロン未満でよく、長周期格子（ＬＰＧ）の周期は１００ミクロンよりも長くてよい。そのような場合、振幅マスクは格子刻印に対してより効果的であることがあるが、それでもなお、ファイバ内部の輝度変動を低減する本明細書で教示される方法は、ＬＰＧを刻印する以前の方法に対する改良となる。
【００５０】
ファイバのコア（複数可）で非一様な露光またはゆっくりと変動する露光が望まれることもある。例えば、そのようなゆっくりと変動する露光または非一様な露光を使用して、ブラッグ格子を平滑化（ａｐｏｄｉｚｅ）し、あるいは所与のコア内の光の伝播を修正することができる。この場合も、特にオフセット・コア、非常に大きいコア、ツイスト・コア、または一般には複数のコアがあるとき、ファイバ断面にわたって輝度変動を低減することがやはり有用となろう。
【００５１】
この点で、好ましくは屈折率整合材料が、結合された被覆とファイバの界面のひずみを最大の量だけ低減する屈折率を有するべきであることに留意することには価値がある。あるいは、屈折率整合材料は、空気によって取り囲まれているファイバによって引き起こされるひずみよりもなにがしか小さいひずみまで、ひずみ全体を低減すべきである。実際には、このことは、化学線ビームを表す光線が可能な限り平行に近くなることを意味し、同様に、ビームの輝度プロファイルがファイバ全体にわたって可能な限り一様となることを意味する。したがって、（ファイバの断面にわたる）輝度変動が、屈折率整合材料を用いない場合よりも低くなるべきである。あるいは、化学インターフェログラムの輝度コントラストの変動が、屈折率整合材料を用いない場合よりも低くなるべきである。
【００５２】
実際には、被覆の屈折率がファイバ・クラッディングとは異なる場合、被覆とクラッディングの２つの屈折率の平均に等しい屈折率を有する屈折率整合材料を選ぶことができる。あるいは、ファイバ・クラッディングの屈折率に等しい屈折率を有する屈折率整合材料を選ぶことができる。さらに別の代替実施形態では、被覆とクラッディングのどちらの方が厚いかに応じて、または２つのうちのどちらが化学線ビームのより大きい屈折を引き起こすかに応じて、２つのうちのどちらかに整合するように屈折率整合材料を選ぶことができる。
【００５３】
何らかの制御された量の液体屈折率整合材料が容器の後にファイバ上にとどまることが可能であることにも留意されたい。そのような場合、液体屈折率整合材料用に選択される材料に応じて、液体屈折率整合材料をファイバ被覆としてさらに硬化させることができる。液体屈折率整合材料がファイバ上に被覆されるときに液体屈折率整合材料が容器からゆっくりと枯渇するような容器では、容器内の屈折率整合材料を補充することが望ましい。
【００５４】
これらの実施形態のうちのいくつかでは、容器の前または後あるいはその両方でファイバを洗浄するプロセスを設けることが望ましいことがあるということに留意すべきである。ファイバが屈折率整合材料と共に容器から出る場合、例えば、溶媒を伴う一対の（または一連の）吸収パッドを使用して、この材料を洗浄することができる。他の実施形態では、屈折率整合材料を保持する容器とほぼ同様に、洗浄物質（例えば、溶媒など）の容器を介して光ファイバを引くことができ、場合によっては、超音波処理または熱処理を通じて光ファイバを引くことができる。
【００５５】
図３Ａから図１６の説明を念頭に置いて、図１７、図１８、および図１９は、レンズ効果を改善するために屈折率整合材料が使用されるときの、光ファイバ内の化学線ビームの挙動を示す。具体的には、図１７は、ファイバ半径Ｒｆｉｂｅｒを有する光ファイバと、横方向位置（Ｒｏｆｆｓｅｔ，θ）に位置するコア半径Ｒｃを有するオフセット・コアの断面を示す図である。ファイバの屈折率（ｎｆ）および周囲の屈折率整合材料の屈折率（ｎｓまたはｎｓｕｒｒｏｕｎｄ）も示されている。上記で説明したように、本明細書で開示される格子刻印方法は、ファイバが従来の方法を用いて書き込まれた場合よりも、コアの横方向位置に応じたその輝度の変動が少ない、長いファイバ格子の製造を可能にする。横方向位置は、図１７に示されるように、半径Ｒｏｆｆｓｅｔおよびファイバ・コアの方位角θによって決定される。
【００５６】
一実施形態では、ツイスト・マルチコア・ファイバでの格子刻印を考慮する。ツイスト・マルチコア・ファイバは、ファイバの中心から偏位（ｏｆｆｓｅｔ）する少なくとも１つのコアを有し、ファイバが引き出されるときにファイバが撚られ、その結果、このオフセット・コア（複数可）が、ファイバ軸に沿った螺旋状の軌跡をたどり、したがって１つのツイスト周期ですべての方位角θにわたって移動すると共に、固定の半径方向位置Ｒｏｆｆｓｅｔが維持される。紫外線（ＵＶ）側部露光を使用してそのようなファイバに格子が刻印されるとき、コアは、露光ウィンドウ内のある範囲の方位角にわたって移動し、したがってファイバ内のＵＶ輝度の変動のために、ある範囲のＵＶ露光線量を受ける。格子強度はＵＶ線量に依存するので、書込みビーム（複数可）輝度がファイバの長さに沿って一様であるときであっても、そのようなツイスト・マルチコア・ファイバ格子は、ファイバ軸に沿って様々な強度を有する。しかし、上記で開示したように、屈折率整合材料がファイバの周りに配置されるとき、輝度（またはＵＶ線量）変動が低減し、格子強度変動も低減し、ファイバの軸に沿ってのファイバ格子強度が一段と均一となる。以下では、コア表面でのレンズ効果から生じる格子強度の変動を推定する。この推定を基準線として取ると、次いで、以下で計算するものよりも低い格子強度変動で、開示される実施形態が常に格子を生成することが理解される。
【００５７】
ファイバ内の強度変動の計算を理解するために、光線追跡を使用して円筒形ファイバ表面でのレンズ効果を示す図１８を参照する。化学線ビームは図１８の左側から入射し、ファイバ軸に垂直に入射する。その地点では、光線の密度は光の輝度に比例する。輝度は、ファイバの外側で一様であり、ファイバ幾何形状の結果として生じるレンズ効果のために、ビームがファイバ内に伝播するにつれてますます強くなる。図１８に示されるように、ファイバの断面が、Ｒｍａｘ（化学放射を受けるファイバの中心からの最大半径）およびＲｆｉｂｅｒ（ファイバの半径）によって画定される２つの半径方向領域に分割される。コアがＲｏｆｆｓｅｔ＞Ｒｍａｘを有し、且つ、右上または右下領域にコアを配置する方位角にコアが位置する場合、コアは１次入力ビームによって照射されず、１次入力ビームおよび他の迷光の反射によって照射されるだけである。そのようなコアにおいては、方位角に応じた最小輝度は０またはほぼ０になる。Ｒｏｆｆｓｅｔ＜Ｒｍａｘでは、最小および最大輝度はビーム軸上で生じ、すなわち、コア位置１（θ＝１８０°）で最大輝度、およびコア位置２（θ＝０°）で最小輝度となる。図が見やすいように、ファイバを越える光線経路は図示していない。
【００５８】
こうした説明を念頭に置いて、次に、ファイバ界面でのレンズ効果から生じる最小および最大輝度を推定する。本発明者らの推定では、垂直入射を仮定し、輝度を推定するために光線追跡を使用する。最小および最大輝度は、図１８に示されるように、コアがビーム軸上にあるときに生じるので、近軸または薄型レンズの式を使用することができる。次いで、正規化パラメータを使用して、最小輝度と最大輝度（またはＵＶ線量）の比を表すことができる。
【数１】
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【００５９】
上式で、ρ＝Ｒｏｆｆｓｅｔ／Ｒｆｉｂｅｒ、η＝ｎｆｉｂｅｒ／ｎｓｕｒｒｏｕｎｄであり、Ｒｏｆｆｓｅｔはコア中心のオフセットであり、ｎｓｕｒｒｏｕｎｄは、ファイバを取り囲む材料（例えば、空気または屈折率整合材料）の屈折率である。ｎｓｕｒｒｏｕｎｄ≦ｎｆｉｂｅｒを仮定することに留意されたい。ｎｓｕｒｒｏｕｎｄ＞ｎｆｉｂｅｒでは、最小位置と最大位置が逆転する。
【００６０】
図１８に示されるように、式１は、限界半径ρｍａｘ＝１／ηまで有効である。コアがこの半径よりもさらに偏位するとき、図１８に示されるファイバの右上半分または右下半分までコアが回転するときに最小輝度が生じる。レンズ効果により、化学放射がこれらの領域に到達することが防げられるので、これらの領域では、輝度は０に低下し、得られる格子強度も同様である。
【００６１】
これらの２つの領域を一緒に取り挙げる場合、ファイバ半径に対して正規化されたコア・オフセットの関数としてファイバ内の最小−最大輝度の比をプロットすることができる。この場合も、ファイバ軸の周りで測定したオフセット・コアの方位角θの関数として最小値および最大値を計算することに留意されたい。ツイスト・ファイバでは、θは、１つの格子内で０から３６０度までのすべての値を取ることができ、したがって最小値から最大まで変化する格子強度を示す。正規化されたコア・オフセットの関数としての最小−最大光線輝度の比のプロットが、図１９に示されている。図１９のプロット中の線は、空気によって取り囲まれるシリカ・ファイバ内に書き込まれたすべての従来型格子が位置する場所を示す。屈折率整合材料によって取り囲まれるファイバで刻印された格子は、単一直線により近い場所、すなわち図１９に示される線の上方に位置する。単一直線での格子は、方位角の関数として格子強度の変動を示さず、または同等には、ツイスト・ファイバでは、ファイバ長に沿って格子強度の変動を示さない。
【００６２】
特に興味深いケースは、ρｍａｘ＝１／ηを超えるコアを有するファイバに関係する。従来型格子（空気によって取り囲まれるファイバでの刻印）では、方位角の向きが図１８のファイバの右手上方および下方の領域内にコアを置く場合、そのようなコアは線量を受けず、したがって格子がない。しかし、屈折率整合材料を使用すると、書込みビームに対するそのようなコアの向きに関わらず、そのようなコアに格子を書き込むことが可能である。したがって、例えば、従来の方法を使用してツイスト・ファイバに長い格子を書き込むと、強度が０または０近くになる格子の領域が必然的に存在することになる。一方、屈折率整合材料は、０または０近くの強度のどんな領域も伴わずにツイスト・マルチコア・ファイバでの刻印を可能にする。
【００６３】
図１９は、ファイバ表面でのレンズ効果から生じる格子強度変動のみを指すことにも留意されたい。例えばあるコアを別のコアの影で覆うことによる、別の変動は、この変動には含まれない。そのような特徴は通常、ツイスト周期よりも小さいので、それらの平均を取り、主にファイバ表面でのレンズ効果を反映する平滑化格子強度を得ることができる。ツイスト・ファイバの場合、通常は、ツイスト周期の１／１０の長さにわたる移動平均の適用により、そのような特徴が十分に平滑化され、図１８と同様にレンズ効果によって主に決定される格子強度変動が得られる。例として、ファイバの一実施形態は、２０センチメートル（ｃｍ）よりも長い格子を備え、光ファイバの半径の約４０％を超えて光ファイバの中心から偏位するオフセット・コアを有し、１ツイスト周期にわたって３デシベル（ｄＢ）未満の格子強度変動を有する。
【００６４】
いくつかの他の点は注目に値する。第１に、従来の方法は、図１９の線の上方にある短い格子を生成することができるが、従来の方法は、図１９の線の上方にある長い格子を生成することはできない。そのような格子は、屈折率整合材料の中および外へのファイバの移動を必要とし、すべての従来の手法で、屈折率整合材料を除去または劣化させるプロセスである。したがって、本明細書で開示される格子に関する典型的な長さは１ｃｍよりも長いものとなり、格子は１５ｃｍ、１ｍ、またはさらに長い尺度に達する。
【００６５】
第２に、本発明者らの例は、ツイスト・マルチコア・ファイバ格子で生じる変動を考慮するが、ファイバがマルチコアではない場合、またはツイスト型ではない場合であっても、開示される方法は、ファイバの中心から偏位した領域に書き込まれる格子の強度の変動をやはり低減することは明らかであろう。したがって、例えば、いくつかの格子が、図１７に示されるようなオフセット・コアを有する非ツイスト・ファイバの連続する長さに亘って書き込まれ、これらのファイバがファイバ軸の周りにランダムに配向される場合、低減された強度変動が、ある格子から別の格子への低減された強度変動の形でやはり観測される。
【００６６】
第３に、図１９は非常に小さいコア直径を仮定する。大きいコア直径では、曲線、具体的にはρｍａｘでの急激な低下が平滑化される。
【００６７】
第４に、格子強度が、格子の屈折率変調として定義される。多くの場合、化学線ビーム（ＵＶなど）によって誘発される屈折率変調が、所与の露光時間にわたって平均された線量、または等価的には化学線ビーム輝度、に線形に依存することは事実である。したがって、図１９のプロットは、屈折率変化または格子強度の良好な推定となる。
【００６８】
第５に、他の効果などを含むように本発明者らの近似計算を拡張することができる。他の効果として、例えば位相マスクを出て行く２つのビームからの非垂直化学線ビーム入射、あるいは有限要素法または他の方法を使用する完全な電場計算、あるいはファイバ表面およびコアでの反射／屈折、さらには非円形横方向プロファイルを有するファイバなどを含むように本発明者らの近似計算を拡張することができる。そのような変更により、図１９の曲線が修正される。しかし、曲線は同様のものとなり、屈折率整合方法の結果、１により近い変動（ファイバ長に沿ったより高い一様性）を有する格子が得られる。
【００６９】
より一般には、これらのケースのすべてについて、ファイバが空気によって取り囲まれること、および化学線ビームが単一の方位角の向きから入射することという仮定の下で横方向位置の関数として格子強度の変動を計算することができる。次いで、開示される格子は、空気で取り囲まれるファイバからの強度変動よりも小さい強度変動を有し、同様に、屈折率整合材料を使用する格子が、空気で取り囲まれるファイバからの格子よりも１に近い最小−最大強度の比を有する。
【００７０】
格子が側部露光で単一の方位角の向きで書き込まれると言うとき、位相マスク、干渉計、振幅マスク、および直接書込み方法を含む従来の側部露光技法を指している。
【００７１】
最後に、図１９のプロットは単一の界面を仮定して計算されるが、ファイバが、マルチコア領域内のコアを取り囲むクラッディング材料とは異なる屈折率を有する被覆または他の同心ガラス層を有することも可能である。この場合、図１９の曲線の計算は、同心被覆層（複数可）および他のガラス層間の各界面での屈折を考慮に入れなければならない。この場合、単純な式ρｍａｘ＝１／ηが、屈折率の違いのすべてを考慮に入れる式に置き換えられる。それでも、図１９と同様に、露光なしを示す領域がやはり存在することがある。屈折率整合材料の使用により、この領域の範囲をやはり緩和することができる。
【００７２】
例示的実施形態を図示および説明したが、記載の開示に対するいくつかの変更、修正、または改変を行えることは当業者には明らかであろう。例えば、位相マスクが干渉計の特定の実施形態として示されるが、容器に一体化することのできる他の干渉生成機構も干渉計という用語の中で企図されていることを理解されたい。加えて、例えば直接書込みシステム、振幅マスク・システム、超短パルス・レーザを使用することにより、様々な機構によって格子刻印を達成できることを理解されたい。すなわち、様々な実施形態で現れる位相マスクを振幅マスクで置き換えることができる。さらに、屈折率整合材料について水などの液体が開示されるが、屈折率整合材料を水、さらには液体に限定する必要はなく、ゲルまたは他の固体を含むことができることを理解されたい。したがって、材料が２つの媒質の境界で屈折を十分に低減する限り、屈折率整合材料について任意の材料を使用できることを理解されたい。さらに、液体屈折率整合材料は、ファイバの表面をぬらす材料でよく、その材料は、ファイバの表面中の欠陥がある場合にそれを取り囲むのに有用であることがある。あるいは、液体屈折率整合材料は、表面を全くぬらさない材料でよく、それによって、光ファイバの表面上に屈折率整合材料を残すことなく、屈折率整合材料を通じてファイバを引き寄せることが可能となる。加えて、ＵＶ放射が化学放射の一形態として列挙されるが、材料に応じて、化学放射は、材料の変化を引き起こす任意のタイプの放射でよいことを理解されたい。したがって、材料に応じて、化学放射は赤外線光、さらには可視光を包含することができる。したがって、すべてのそのような変更、修正、および改変は、本開示の範囲内にあるものとみなされるべきである。
【図１Ａ】
0006521875.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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