(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管に収容された光導波路の内部に回折格子を刻み込む装置であって、
感光性光導波路と、
管と、を備えており、前記光導波路が前記管の長手方向軸に沿って前記管の内部に収容されるようになっており、前記管は、前記導波路の少なくとも一部に融接されており、前記装置は、さらに、
前記管に隣接して配置された境界媒体と、
前記境界媒体と前記管との間に配置された流動性または柔軟性のある中間材料と、
前記導波路内部にブラッグ回折格子を描くことが可能な所定波長を有する一対の描込みビームを発生させる手段と、を備えており、
前記描込みビームが、前記境界媒体の表面に投射され、前記境界媒体の一部、前記中間材料、および前記管を透過し、前記導波路の所定の領域で交差して干渉するようになっており、前記境界媒体の前記表面が光学的に平坦とされていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記中間材料が、前記描込みビームの波長に対して実質的に透過性であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記中間材料の屈折率が、前記管および前記境界媒体の屈折率と実質的に整合されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記中間材料が、油からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記中間材料が、ポリマからなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記描込みビームのビーム幅が、前記中間材料の幅よりも大きくないことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記境界媒体が、光学的に平坦な窓からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記導波路が、光ファイバからなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記描込みビームの波長が、紫外光領域内にあることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記描込みビームが焦点距離Ｌｆの円筒状集光レンズで集束されたビームであり、前記ファイバにおける前記描込みビームの強度がブラッグ回折格子を描くことが可能なビーム強度の最小値Ｉｍｉｎｉｍｕｍよりも大きく、かつ前記境界媒体の厚さＴが、前記境界媒体の前記表面における前記描込みビームの強度が表面損傷を回避するために許容できるビーム強度の最大値Ｉｍａｘｉｍｕｍよりも小さくなるような大きさとされており、前記境界媒体の厚さＴ＝Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｍａｘｉｍｕｍ−Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｍｉｎｉｍｕｍ−（ファイバの半径＋管の半径＋中間材料の厚さ）であり、ここで、Ｉ１は、円筒状集光レンズに入射するビームのビーム強度であり、前記管の中心にファイバの中心が配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記のビーム強度の最小値Ｉｍｉｎｉｍｕｍが、約５００ｍＪ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記管が、前記回折格子が描かれるべき光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記管が、前記回折格子が描かれるべき領域のそれぞれ反対側の軸方向側部で前記光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記管が、細い中心部分および太い外側部分を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
管に収容されたブラッグ回折格子の形成方法であって、
管を形成するステップと、感光性光導波路を前記管の長手方向軸に沿って前記管の内部に収容するステップと、前記管を前記導波路の少なくとも一部に融接するステップと、
前記管に隣接して境界媒体を配置するステップと、
前記境界媒体と前記管との間に流動性または柔軟性のある中間材料を配置するステップと、
前記導波路、前記管、前記中間材料および前記境界媒体を、同時に、所定波長を有する２つの描込みビームに露出させることによって、前記描込みビームを、前記導波路の所定の領域で交差させかつ干渉させて前記導波路内部にブラッグ回折格子を描くステップと、を有し、前記描込みビームが、前記境界媒体、前記中間材料および前記管を透過し、前記境界媒体の前記表面が、光学的に平坦とされていることを特徴とする形成方法。
【請求項１６】
前記中間材料が、前記描込みビームの波長に対して実質的に透過性であることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項１７】
前記中間材料の屈折率が、前記管および前記境界媒体の屈折率と実質的に整合されていることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項１８】
前記中間材料が、油からなることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項１９】
前記中間材料が、ポリマからなることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２０】
前記描込みビームのビーム幅が、前記中間材料の幅よりも大きくないことを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２１】
前記境界媒体が、光学的に平坦な窓からなることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２２】
前記導波路が、光ファイバからなることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２３】
前記描込みビームの波長が、紫外光領域内にあることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２４】
前記描込みビームが焦点距離Ｌｆの円筒状集光レンズで集束されたビームであり、前記ファイバにおける前記描込みビームの強度がブラッグ回折格子を描くことが可能なビーム強度の最小値Ｉｍｉｎｉｍｕｍよりも大きく、かつ前記境界媒体の厚さＴが、前記境界媒体の前記表面における前記描込みビームの強度が表面損傷を回避するために許容できるビーム強度の最大値Ｉｍａｘｉｍｕｍよりも小さくなるような大きさとされており、前記境界媒体の厚さＴ＝Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｍａｘｉｍｕｍ−Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｍｉｎｉｍｕｍ−（ファイバの半径＋管の半径＋中間材料の厚さ）であり、ここで、Ｉ１は、円筒状集光レンズに入射するビームのビーム強度であり、前記管の中心にファイバの中心が配置されていることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２５】
前記のビーム強度の最小値Ｉｍｉｎｉｍｕｍが、約５００ｍＪ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２６】
前記管が、前記回折格子が描かれるべき光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２７】
前記管が、前記回折格子が描かれるべき領域のそれぞれ反対側の軸方向側部で前記光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【請求項２８】
前記管が、細い中心部分および太い外側部分を有することを特徴とする請求項１５記載の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願とのクロスリファレンス】
同時係属中の「管に収容されたファイバ回折格子圧力センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００３６号）、「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００７８号）、「管に収容されたファイバ回折格子温度センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２８号）、「管に収容された圧縮同調式ファイバ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２８号）、「高強度光によりブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１３１号）は、全て、本願と同時に出願され、本願に開示された内容を含むものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ回折格子に関し、特に、管に収容されたブラック回折格子の形成に関する。
【０００３】
【背景技術】
光ファイバの技術分野では、ブラッグ回折格子（光ファイバの屈折率の周期的ばらつきもしくは非周期的ばらつき）が、所定の波長反射プロファイルを有することが知られている。周知のように、ファイバブラッグ回折格子は、フォトリフラクティブ効果により得られるものである。特に、感光性の（例えば、ゲルマニア(germania)がドープされた）光ファイバが、所定の波長領域内の紫外線に露出された場合に、屈折率の永久的な変化が生じる。屈折率の変化量は、入射光の強度および露出時間に関連する。
【０００４】
周知のように、ファイバに沿った回折格子が望まれる位置で、コヒーレントでかつ公称的に平面波である２つの光をファイバコア内部で干渉させることによって、ブラッグ回折格子が光ファイバのコアに刻み込まれる（もしくは埋め込まれるか、描かれるか、印される）。結果として生じる干渉パターンは、ファイバの長手方向軸に沿った定常波となるが、その強度にはばらつきがあるため、これに対応して、ファイバの長手方向軸に沿った屈折率の空間的に周期的なばらつき、もしくは非周期的なばらつきが生じる。周期的なばらつきが生じる場合は、回折格子のピーク反射波長が、空間的間隔（つまり回折格子の間隔）の２倍値に関するものとなる。屈折率のこのような空間的周期性もしくはこれ以外の空間的ばらつき、およびこの結果生じる反射率プロファイルは、入射する２つの描込みビームの波長、振幅および／または位相、および／またはファイバ内部でこれらが交差する角度に相関する。
【０００５】
上述した技術は、グレン等に付与された「光ファイバ内部に回折格子を刻む方法」という名称の米国特許第４，８０７，９５０号および米国特許第４，７２５，１１０号、グレンに付与された「光ファイバ内部に非周期的回折格子を形成する装置および方法」という名称の米国特許第５，３８８，１７３号に開示されている。
【０００６】
ファイバ内部に埋め込まれたブラッグ回折格子を、パラメータ検出もしくは波長のフィルタリングつまり同調装置に利用できることも知られている。さらに、管に収容された回折格子（すなわち、光ファイバ内部に回折格子が設けられ、この回折格子およびファイバが、ガラス製管の少なくとも一部に収容され、かつ融接されているもの）は、多くの用途に利用することができる。これらの用途の例としては、本発明の出願人が所有する同時係属中の、「管に収容されたファイバ回折格子圧力センサ」という名称の米国特許出願（シドラ明細書ＣＣ−００３６号）、「管に収容されたファイバ回折格子温度センサ」という名称の米国特許出願（シドラ明細書ＣＣ−０１２８号）、「管に収容されたファイバ歪み同調式ファイバ回折格子」という名称の米国特許出願（シドラ明細書ＣＣ−０１２９号）、に開示されたものが挙げられる。これらは、全て、本願と同時に出願されたものである。このような場合、出願人が所有する同時係属中の「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、管を加熱し、この管を加熱してこれをファイバに融接することによって、ファイバが管に収容される。このような管に収容された回折格子が利用される場合、製造を容易にするため、回折格子への加熱工程および融接工程の影響を防止するため、もしくは他の理由のために、光ファイバが管に収容された後で光ファイバ内部に回折格子を描くことが望ましい。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、管に収容された光導波路の内部にブラッグ回折格子を描くための方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明によると、管に収容された光導波路の内部に回折格子を刻み込むための装置が、感光性光導波路と、長手方向軸に沿ってこの光導波路を収容する管と、を備えており、前記管が前記導波路の少なくとも一部に融接されている。前記装置は、さらに、管に隣接して配置された境界媒体と、前記媒体と前記管との間に配置された中間材料と、前記導波路内部にブラッグ回折格子を描くことが可能な所定波長を有する一対の描込みビームを発生させる手段と、を備えており、前記描込みビームが、境界媒体の一部の表面に投射され、境界媒体のこの部分と、前記中間材料と、前記管と、を透過する。前記ビームは、前記導波路の所定の領域で交差して干渉する。前記境界媒体の表面は光学的に平坦とされている。
【０００９】
本発明によると、中間材料が、描込みビームの波長に対して実質的に透過性であるものである。本発明によると、さらに本発明によると、中間材料の屈折率が、管および境界媒体の屈折率と実質的に整合されている。さらに本発明によると、中間材料が油からなる。さらに本発明によると、描込みビームのビーム幅が中間材料の寸法より大きくならないように設定される。
【００１０】
本発明の第２の形態によると、管に収容されたブラッグ回折格子の形成方法には、管を形成するステップと、この管の長手方向軸に沿って感光性光導波路を収容するステップと、この管を前記光導波路の少なくとも一部に融接するステップと、前記管に隣接して境界媒体を配置するステップと、前記媒体と前記管との間に中間材料を配置するステップと、前記導波路、前記管、前記中間材料および境界媒体を、所定波長を有する２つの描込みビームに露出させるステップと、が含まれる。前記導波路における所定の領域で前記ビームが交差して干渉することによって、この導波路内部にブラッグ回折格子が描かれる。前記描込みビームは、前記境界媒体、前記中間材料および管を透過する。前記境界媒体の表面は、光学的に平坦とされている。
【００１１】
本発明の第２の形態によると、中間材料が、描込みビームの波長に対して実質的に透過性とされる。さらに本発明の第２の形態によると、中間材料の屈折率が、管および境界媒体の屈折率と整合されている。さらに本発明の第２の形態によると、描込みビームのビーム幅が、中間材料の寸法よりも大きくならないように設定される。
【００１２】
本発明は、管を通して光ファイバ内部にブラッグ回折格子を描くための方法および装置を提供する。前記光ファイバは、毛管の少なくとも一部に収容され、かつ融接されている。このような管として、ガラスファイバを収容するためにガラス材料からなるものを利用することができる。さらに、前記管は、回折格子領域および／または回折格子領域のそれぞれ反対側の軸方向側部に融接されている。本発明は、製造を容易とするため、加熱工程および融接工程の影響が回折格子に及ぶことを防止するため、もしくは他の理由のために、管が加熱されて光ファイバに融接された後に、前記管を通して回折格子を光ファイバ内部に描くことを可能にする。所望により、回折格子を描く前に、管に収容されたファイバに水素を導入することによって、反射率を増大させ、かつ／または描込み時間を短くすることもできる。
【００１３】
本発明の上述した目的および他の目的、特徴および利点は、実施例についての以下の詳細な説明によってより明確となるだろう。
【００１４】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照すると、ブラッグ回折格子４０を光ファイバ２８内部に描くための従来技術の構成は、レーザ光源１０（例えば、パルスレーザや連続波レーザ）を備えており、このレーザ光源１０から、紫外光（ＵＶ）領域の波長（例えば、約１９３〜３３０ｎｍ）を有する光源ビーム１２が発生するようになっている。光源ビーム１２は、円筒状レンズ１４に入射され、円筒状レンズ１４からビーム１６が発生する。ビーム１６は、ビームスプリッタ１８に入射され、ここで入射光１６のうちの所定の比率（例えば５０％）の光が透過されて透過光２０となり、残りの光は、反射光２２となる。透過光２０は、鏡２４に投射され、ここで反射されて描込みビーム２６となる。描込みビーム２６は、感光性（photosensitive）の光ファイバ（例えば、ゲルマニア（germania)がドープされたシリカからなるコアを有するファイバ）２８の領域３０に投射される。反射ビーム２２は、鏡３２に投射され、ここで反射されて描込みビーム３４となる。描込みビーム３４もまた、光ファイバ２８の領域３０に投射される。ビーム２６，３４が光ファイバ２８の領域３０において交差して干渉することにより、光ファイバ２８の長手方向軸に沿って、定常波の干渉パターンが領域３０に生じる。この干渉パターンにおいては、強度に所定のばらつきが存在するため、上述したような、光ファイバ２８のコアの対応した屈折率の永久的なばらつき（すなわち、ブラッグ回折格子４０）が生じる。これについては、上述した米国特許第４，８０７，９５０号、米国特許第４，７２５，１１０号および米国特許５，３８８，１７３号にも記載されている。他の技術や装置を用いて、２つのコヒーレント描込みビーム２６，３４を発生させることもできる。
【００１５】
周期的なばらつきが生じる場合、回折格子４０のピーク反射波長は、空間的周期（つまり回折格子の間隔）の２倍値に関するものとなる。光ファイバ２８の屈折率のこのような空間的周期性もしくは別の空間的ばらつき、およびこの結果として生じる反射率プロファイルは、２つの入射光２６，３４の波長、振幅（つまり強度）および／または位相、および／または、光ファイバ２８内部において入射光２６，３４が交差する角度に相関する。
【００１６】
光ファイバ２８としては、感光性で、かつ伝搬する光を案内するものであれば、いかなる光ファイバもしくは光導波路を用いることもできる。例えば、ゲルマニア（germania)がドープされたシリカからなるコアを有し、外側のクラッディング６２の直径が約１２５ミクロンであり、コア６０の外径が約９ミクロンである単一モードのファイバを用いることができる。所望により、光ファイバもしくは光導波路１０の材料および寸法を、別のものにすることもできる。例えば、光ファイバ２８として、いかなるガラス（例えば、シリカ、リン酸塩ガラスなど）からなるものを利用することもでき、ガラスおよび樹脂からなるもの、もしくは樹脂のみからなるものを利用することもできる。さらに、ファイバの外径を、８０ミクロンもしくは他の大きさにすることもできる。
【００１７】
さらに、光ファイバの代わりに、感光性の光導波路（例えば、所定の強度および所定の波長を有する光に露出された場合にその屈折率が変化する材料からなる導波路）を利用することもできる。また、所望により、多モード(multi-mode)導波路、複屈折性(birefringent)導波路、偏光を維持する(polarization maintainning)導波路、偏光(polarization)導波路、複数のコアを有する導波路、複数のクラッディングを有する光導波路、平形導波路、プレーナ型光導波路（矩形形状の導波路）もしくは他の光導波路を利用することもできる。本願では、「ファイバ」という用語には、上述した光導波路が含まれる。
【００１８】
円筒状レンズ１４は、ビーム１６，２０，２６をライン３６に集光させ、かつビーム１６，２２，３４をライン３８に集光させるために、任意で利用される。
【００１９】
本発明の図２を参照すると、ガラス製の円筒状毛管の少なくとも一部分に、光ファイバ２８が収容されているとともに融接されている。上述した同時係属中の米国特許出願に開示されている方法、もしくは他の方法（例えば、ダック等に付与された「光ファイバの収容方法」という名称の米国特許第５，７４５，６２６号、および／または、ベーキーに付与された「一体型の精密な連結ウェルを備えたファイバカプラの形成方法」という名称の米国特許第４，９１５，４６７号に開示されている方法）によって、このような管１２０にファイバ２８を収容してこれを融接することができる。上記の特許出願および特許は、この点について開示している。
【００２０】
管１２０の外径ｄ１を約３ｍｍ、長さＬ１を約１０ｍｍとすることができる。描かれるべき回折格子１１２の長さは、約５ｍｍとすることができる。代わりの実施例として、例えば回折格子を長くするか、もしくは管を短くすることによって、管１２０の長さＬ１を回折格子１１２の長さとほぼ同じにすることもできる。管１２０および回折格子１１２の寸法および長さを、別の大きさにすることもできる。さらに、管２０の断面を円形以外の形状（例えば、正方形、矩形、楕円形、クラムシェル形など）とすることもでき、側方からみた断面を方形以外の形状（例えば、円形、正方形、楕円形、クラムシェル形など）とすることもできる。また、光ファイバ２８を管１２０の中心部に融接する必要はなく、管１２０のどの部分に融接することもできる。また、管１２０の全長に亘ってファイバ１０を溶融する必要はない。さらに、ファイバ２８および／または回折格子１１２は、管１２０内部で所望の方向に向けることができ、例えば、長手方向、横方向（つまり径方向）、円周方向に向けることができ、もしくは、傾けたり、湾曲させたりすることもできる。さらに、ファイバ２８に予め初期歪み（圧縮もしくは引張り）を加えた状態でこれを管１２０に収容することもでき、もしくは初期歪みを加えない状態でこれを収容することもできる。
【００２１】
管１２０は、描込みビーム２６，３４の波長に対して実質的に透過性のガラス材料からなる。このようなガラス材料の例として、天然水晶、合成水晶、溶融シリカ、シリカ（ＳｉＯ２）、コーニング（Corning）社製のパイレックス（登録商標）（ホウ珪酸）、コーニング社製のバイコール（登録商標）（９５％のシリカおよび５％の他の構成要素（例えば、酸化ホウ素）からなる）などが挙げられる。描込みビーム２６，３４の波長を実質的に透過させるものであれば、他のガラスもしくは材料を、管１２０に用いることができる。管１２０の透過度（つまり光の減衰量）は、管１２０の厚さＴおよび材料特性によって決まる。許容可能な透過度は、所定の用途に対して許容できる光の減衰量によって決まる。管１２０の屈折率をファイバ２８の屈折率にほぼ整合させることもできる。管１２０の屈折率の整合を行う必要はないが、これが行われない場合、描込みビーム２６，３４が管１２０からファイバ２８へと通過する際に、これらの角度が変化するため、回折格子の描込み工程中にこのことを考慮する必要がある。
【００２２】
ガラス材料からなる管１２０の代わりに、他の材料からなる管１２０を用いることもできる。但し、管１２０の内径とファイバ２８の外径との間に間隙が生じない（すなわち、管１２０の内径が、ファイバ１０のクラッディングと区別されず、その一部となる）ように、管１２０（つまり、管１２０に設けられた孔の内側面）を光ファイバ２８の外側表面（つまりクラッディング）に融接する（分子結合を形成する、すなわち共に溶融させる）ことができる材料でなければならない。
【００２３】
ファイバ１０に融接することができるものであれば、他の材料からなる管２０を、ガラス材料からなる管２０の代わりに用いることもできる。例えば、光ファイバが合成樹脂（plastic)からなる場合には、合成樹脂材料からなる管を用いることができる。
【００２４】
上述した同時係属中の、「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、ファイバ２８を管１２０に収容するために、管１２０を加熱して回折格子１１２に融接させることができる。この特許出願は、この点について開示している。他の技術によって、管２０を壊してファイバ１０に融接することもできる。このような技術の例として、ダック等に付与された「光ファイバの収容方法」という名称の米国特許第５，７４５，６２６号、および／または、ベーキーに付与された「一体型の精密な連結ウェルを備えたファイバカプラの形成方法」という名称の米国特許第４，９１５，４６７号に開示されているものが挙げられる。これらの特許出願は、この点について開示しており、本発明もしくは他の技術を理解するために参照することができる。
【００２５】
図３および図４を参照すると、管１２０を通して回折格子１１２を描くために上述されたような一般的な回折格子描込み技術を用いられる場合、管１２０の（長手方向軸に沿った）上方面１２１は、回折格子１１２を描くことができるほど光学的に平坦ではない。これは、製造（例えば、加熱工程、融接工程、機械的グラインディング、エッチング、レーザー加工、研磨など）が不完全なこと、もしくは他の原因による。従って、描込みビームが投射される、管１２０の上方表面１２１の外形にばらつき（波長スケールでの）が僅かに存在することによって、描込みビーム２６，３４のそれぞれ異なる部分（つまり光線）が、ファイバのコアに沿って干渉しなかったり、もしくはそれぞれ異なる入射角度でコアに沿って干渉することとなり、これによって、回折格子の特性（例えば、反射波長、回折格子の反射率など）が、一貫性のない、予想不可能な、望ましくないものとなる。
【００２６】
このような問題を軽減するために、本発明は、光学的に平坦な境界媒体１２２を提供し、これを管１２０に隣接させるか、もしくは接触させる。より具体的には、媒体１２２は、光学的に平坦な上方表面１２６（これに描込みビーム２６，３４が投射される）を有しているとともに、描込みビーム２６，３４の波長（例えば、紫外（ＵＶ）光）に対して実質的に透過性の材料からなる。このような材料として、シリカＳｉＯ2（例えば、溶融シリカ、合成溶融シリカ、溶融水晶、合成水晶）もしくはこれと同様なもの（例えば、ＣＶＩ社製の光学的に平坦な窓（製品番号ＰＷ−０６４３−ＵＶ））が挙げられる。描込みビーム２６，３４の波長に対して実質的に透過性のものであれば、他のガラスもしくは材料を、媒体１２２に用いることもできる。媒体１２２の長さＬは約０．５〜２．０ｃｍであり、厚さＴは約１ｍｍであり、幅Ｗｍ（側方からみた幅）は約１ｃｍである（図３）。媒体１２２の寸法を別の大きさにすることもできる。
【００２７】
管１２０に関して上述したように、媒体１２２の透過度（つまり光の減衰量）は、媒体１２２の厚さＴおよび材料特性によって決まる。許容可能な透過度は、所定の用途に対して許容できる光の減衰量によって決まる。
【００２８】
媒体１２２の屈折率を管１２０の屈折率にほぼ整合させることもできる。管１２２の屈折率の整合を行う必要はないが、これが行われない場合、描込みビーム２６，３４が媒体１２２から管１２０へと通過する際に、これらの角度が変化するため、回折格子の描込み工程中にこのことを考慮する必要がある。
【００２９】
媒体１２２は、図３に示されるように管１２０の表面１２１と接触させるか、もしくは、図４に示されるように離間させることができる。さらに、媒体１２２の下方（管側）表面１２３は、光学的に平坦とする必要はない（以下でより詳細に説明される）。
【００３０】
さらに、中間材料１２４が媒体１２２と管１２０との間に配置され、かつこれらに接触させられることによって、媒体１２２と管１２０との間の空隙が塞がれる。このような中間材料１２４は、描込みビーム２６，３４の波長に対して実質的に透過性であるとともに、管１２０および媒体１２２とほぼ同等の屈折率を有するものである。このような材料の例として、ＵＶ透過性の屈折率整合油もしくはＵＶ透過性の屈折率整合ジェル（例えば、カージル（Cargile）社製の油（商品番号５０３５０））もしくは柔軟性ＵＶポリマ（例えば、デュポン（Dupont）社製のテフロン（登録商標）ＡＦ）が挙げられる。従って、材料１２４によって、媒体１２２と管１２０との間の境界が、描込みビーム２６，３４に対して実質的に透過性となる。さらに、上述したように、許容可能な透過度は、所定の用途に対して許容できる光の減衰量によって決まる。
【００３１】
また、中間材料１２４の屈折率を、媒体１２２の屈折率もしくは管１２０の屈折率と整合する必要はない。しかし、管１２０の面が粗いほど、中間材料１２４の屈折率を管１２０の屈折率に厳密に整合させる必要がある。媒体１２２の底面１２３が光学的に平坦である場合は、媒体１２２の屈折率を中間材料１２４もしくは管１２０の屈折率に整合させる必要はない。しかし、媒体１２２の底面１２３が光学的に平坦でない場合は、媒体１２２、中間材料１２４および管１２０の屈折率を、互いに整合させる必要がある。このような場合、管１２０に関して説明したように、必要となる屈折率整合量は、２つの面１２１，１２３の粗さに依存する。つまり、面１２１もしくは面１２３が粗いほど、屈折率を厳密に整合させる必要がある。
【００３２】
図５を参照すると、ビーム２６，３４の側方からみた幅Ｗｂが管１２０の直径とほぼ同じである場合、光線群１２８より外側にある光線が、管１２０の湾曲した面によって屈折し、管２０の下方（つまり後方）表面上の小さな領域１５２に集束することがわかる。このような場合、この集光領域１５２における光の強度が非常に大きいため、その電界強度によって、この集光領域１５２もしくはその付近に管１２０の表面損傷が起こる。このような表面損傷は、消耗（すなわち、溶融、蒸発もしくは粒子の放出）といった形で起こる。例えば、２４８ｎｍの波長を有する２０ナノ秒の単一パルスが利用され、管１２０の上方面における光強度がガラスに対する最大強度を下回る場合に、このような屈折作用によって集光領域１５２に消耗が起こることがわかっている。このことは、集光領域１５２における光強度が少なくとも１〜２ジュール／ｃｍ2であることを示している（表面損傷の激しさに基づく）。
【００３３】
図６を参照すると、ビーム２６，３４の幅Ｗｂが、中間材料１２４（例えば、透過性屈折率整合油）の幅Ｗｏｉｌよりも小さく設定されている場合には、管１２０の消耗が起こらないことがわかる。
【００３４】
代わりの実施例を示す図７を参照すると、ビーム２６，３４の幅を減少させる代わりに、側方からみた媒体１２２の形状が、光学的に平坦な上方面１２６と、下方面における半円形湾曲部１７４と、を有するカラー形状（collar shape）とされている。湾曲面１７４は、管１２０の形状とほぼ合致させることができるとともに、管１２０の外径と接触させることができる。代わりの実施例として、中間材料１２４を用いて、湾曲面１７４と管１２０との間の空隙を埋めることもできる。このような実施例では、ビーム２６，３４の光線が、管１２０に焦点を形成することなく、カラー形状の媒体１２２および管１２０を真っ直ぐに通過する。代わりの実施例として、管１２０の外形と合致する湾曲部１７４を有する下方部分１７６を媒体１２２とともに用いることによって、クラムシェル型構成とすることもできる。また、湾曲部１７４からなるとともに管１２０が挿入される孔を備えた単一部材である下方部１７６を、媒体１２２に設けることもできる。
【００３５】
図８を参照すると、円筒状集光レンズ１４が利用される場合、上述したように、描込みビーム２６，３４がライン３６，３８に集束する。強度が大きい干渉パターン、ひいては反射率が大きい回折格子を得るために、描込みビーム２６，３４をファイバ２８上もしくはこの近傍に集束させることができる。しかし、このような場合、空気−ガラス境界部における電界強度が大きくなるため、ガラス表面の消耗が起こる。本願と同時に出願され、本願の出願人が所有する「高強度光によりブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００３１号）に記載されているように、空気−ガラス境界部１２６と管１２０の上方面との間の、媒体１２２の厚さＴが十分大きい場合は、空気−ガラス境界部１２６における描込みビーム２６，３４の強度Ｉｓｕｒｆａｃｅが、境界部１２６における消耗を回避できるほど低い。上記特許は、この点について開示している。
【００３６】
特に、媒体１２２の厚さＴは、レンズ１４の焦点距離Ｌｆ、入射ビーム１２の強度、ファイバ２８において望まれる描込みビーム２６，３４の強度Ｉｆｉｂｅｒ、および空気−ガラス境界部１２６において望まれる描込みビーム２６，３４の強度Ｉｓｕｒｆａｃｅによって決まる。
【００３７】
概して、焦点から所定距離Ｄにある集束ビームの強度ＩDの等式は、以下のとおりである。
【００３８】
ＩD＝Ｉ１*Ｌｆ／Ｄ
式１
ここで、Ｌｆはレンズの焦点距離であり、Ｉ１は集光レンズに入射するビームのレーザ強度（エネルギ／面積）であり、Ｄは焦点面からの任意の距離であり、ＩＤは、集束ビームに沿った位置Ｄにおける集束ビームの強度である。
【００３９】
以下のように、式１から、所定の強度ＩDが存在する、ビームの焦点からの距離Ｄが得られる。
【００４０】
Ｄ＝Ｉ１*Ｌｆ／ＩD
式２
従って、ファイバ２８において望まれるビーム２６，３８の強度Ｉｆｉｂｅｒを得るための、焦点（つまりライン）２６，３８からファイバ２８の中心部までの距離Ｄｆｉｂｅｒと、空気−ガラス境界１２６において望まれるビーム２６，３４の強度Ｉｓｕｒｆａｃｅを得るための、焦点２６，３８から空気−ガラス境界部１２６までの距離Ｄｆｉｂｅｒと、を以下のように決定することができる。
【００４１】
Ｄｆｉｂｅｒ＝Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｆｉｂｅｒ
式３
Ｄｓｕｒｆａｃｅ＝Ｉ１＊Ｌｆ／Ｉｓｕｒｆａｃｅ
式４
従って、ファイバ２８の上方面から空気−ガラス境界部１２６までの、媒体１２２の厚さＴは、以下の関係式から決定することができる。
【００４２】
Ｔ＝Ｄｓｕｒｆａｃｅ−Ｄｆｉｂｅｒ−Ｒ
式５
ここで、Ｒは、小さな値であるファイバ２８の半径（約６３ミクロンである）に、管１２０の半径（例えば約１．５ｍｍ）、および中間材料１２４の厚さを加算した値である。
【００４３】
光ファイバを高強度の光に露出させて回折格子を形成する場合の１つの例を挙げると、ファイバ２８におけるビーム強度Ｉｆｉｂｅｒの最小値が、約８００ｍＪ／ｃｍ2である。さらに、表面の損傷を回避するために空気−ガラス境界５６において許容できる強度Ｉｓｕｒｆａｃｅの最大値は、約６００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００４４】
従って、レンズ１４へのレーザの入射パワーＩ１が３００ｍＪ／ｃｍ2、焦点距離Ｌｆが５０ｃｍ、Ｉｆｉｂｅｒ＝８００ｍＪ／ｃｍ2、およびＩｓｕｒｆａｃｅ＝６００ｍＪ／ｃｍ２である場合に、焦点２６，３８からファイバ２８の中心部までの距離Ｄｆｉｂｅｒと、焦点２６，３８から空気−ガラス境界部１２６までの距離Ｄｓｕｒｆａｃｅと、を以下のように、式４、５から決定することができる。
【００４５】
Ｄｆｉｂｅｒ＝３００*５０／８００＝１８．７ｃｍ
Ｄｓｕｒｆａｃｅ＝３００*５０／６００＝１８．７ｃｍ
媒体１２２の厚さＴは、以下のように、式５から決定される。
【００４６】
Ｔ＝２５−１８．７−０．１５＝６．１５ｃｍ
図９を参照すると、毛管１２０の形状を、用途によって変えることが可能となっている。例えば、上述した、本発明の出願人が所有する同時係属中の米国特許出願（ＣＣ−００７８）に記載されているように、管１２０の形状を、細い中心部１９２および太い外側部分１９０を有する「ドッグボーン（dogbone)」形状とすることができる。細い部分１９２の直径ｄ２は約２ｍｍ（０．０７９インチ）であり、長さＬ２は約１２ｍｍ（０．４７２インチ）である。太い部分１９０の直径ｄ３は約４ｍｍ（０．１５７インチ）であり、長さＬ３は約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）である。これらの部分１９０，１９２の長さおよび直径を別の大きさにすることもできる。さらに、管１２０の形状を、上述した同時係属中の米国特許出願（ＣＣ−００７８）に記載されているような他の形状にすることもできる。
【００４７】
このような場合、媒体１２２は、細い部分１９２に嵌合しかつ接触する突出部１９４を備えている。代わりの実施例として、中間材料１２４によって部分１２４と部分１９４との間の空隙を埋めることもできる。代わりの実施例として、突出部１９４を設ける代わりに、媒体１２２と細い部分１９２との間の領域に、上述したような材料１２４を埋めることも可能である。
【００４８】
図１０を参照すると、代わりの実施例として、上述した米国特許出願（ＣｉＤＲＡ明細書ＣＣ−００３６号）に開示されているように、回折格子１１２のそれぞれ反対側の軸方向側部で、管１２０をファイバ２８に融接することが可能となっている。このような場合、管１２０の領域２００がファイバ２８に融接され、回折格子１１２を取り囲んでいる中心部２０２は、ファイバ２８に融接されない。このような場合、回折格子１１２の周囲における領域２０２には、空気が充満されており、管１２０の上方内側表面２０４は、光学的に平坦とされている。代わりの実施例として、面２０４を光学的に平坦とする代わりに、実質的に透過性の屈折率整合接着剤（例えば、エポキシ）や他の充填材料（例えば、ポリマ、シリコン、油）、もしくは他の材料（例えば、中間材料１２４のために以上で挙げられた材料）により領域２０２を埋めることもできる。所望により、管１２０の内径ｄ６を、小さくする（例えば、光ファイバ２８の直径よりも約０．０１〜１０ミクロンだけ大きい１２５．０１〜１３５ミクロンとする）ことも可能であり、著しく大きくすることも可能である。
【００４９】
図１１および図１２を参照すると、代わりの実施例として、少なくとも１つの回折格子１１２，２５２をそれぞれ備えた２本以上のファイバ２８，２５０を、管１２０に収容することが可能となっている。このような場合、管１２０の孔は、管１２０の加熱および融接の前には、両ファイバ２８，２５０を収容できるほど大きくされている。また、この孔の形状を、円形以外の形状（例えば、正方形や三角形など）とすることもできる。また、ファイバ２８，２５０を、管１２０の中心線に沿って中心に配置する必要はない。図１３を参照すると、代わりの実施例として、図１１に示されたようにファイバ２８，２５０を互いに接触させる代わりに、管１２０内部でこれらのファイバ２８，２５０を所定距離だけ離間させることもできる。ファイバ２８，２５０の間の距離は、所望の距離にすることができ、管１２０の外径の範囲内でどの方向に延びるようにすることもできる。複数の回折格子を、管１２０内部のファイバ２８に描くこともできることは認識すべきである。
【００５０】
さらに、本願で説明された実施例では、ファイバ２８を管１２０に貫通させる代わりに、ファイバ２８が一方の端部のみ有するように、つまりファイバ２８の一方の端部のみが管１２０から出るようにすることもできる。このような場合、ファイバ２８の一端が、ファイバ２８が管１２０から出る位置もしくはこれより前の部分に存在する。さらに、「管」という用語は、本願では、本願に記載された特性を有する材料からなるブロックをも意味する。
【００５１】
アトキンス等に付与された「光ファイバを備えた部材の形成方法」という名称の米国特許第５，２３５，６５９号に開示されているように、所望により、回折格子を描く前に、管に収容されたファイバ１２０に水素を導入することによって、反射率を増大させ、かつ／または描込み時間を短くすることもできる。代わりの実施例として、ファイバ２８の感光性を向上させることにより（例えば、ファイバのコアにゲルマニウムをドープすることにより）、同様な効果を得ることもできる。しかし、水素を導入することおよびファイバの感光性を向上させることは、いずれも、本願に従って管１２０を通してファイバ２８内部に回折格子１１２を描くためには必要ではない。
【００５２】
本願には記載しなかったが、特定の実施例に関して説明された特徴、特性、変更および改善を、本願に記載された他の実施例に、適用したり、利用したり、導入することができることは理解されるべきである。さらに、付随の図面は、一定の縮尺で示されていない。
【００５３】
本発明は、実施例に関して説明および図示が行われたが、上述した変更および省略、他の変更および省略を、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光ファイバ内部に回折格子を描くための従来技術の構成を前方から示すブロック図。
【図２】  管に収容された光ファイバの内部に回折格子を描くための本発明の構成を前方から示すブロック図。
【図３】  本発明に関する図２の一部を示す拡大図。
【図４】  本発明の他の実施例に関する図２の一部を示す拡大図。
【図５】    本発明において大きな幅を有する描込みビームを利用した場合の図１の一部を示す側面図。
【図６】    本発明において小さな幅を有する描込みビームを利用した場合の図１の一部を示す側面図。
【図７】    本発明においてカラー形状を有する境界媒体を利用する場合の図１の一部を示す側面図。
【図８】  本発明において光ビームが光ファイバに集束される場合の図１の一部を示す側面図。
【図９】  本発明において他の形状を有する管が利用される場合の図１の一部を示す図。
【図１０】  本発明において管が回折格子のそれぞれ反対側の軸方向端部に融接される場合の図１の一部を示す図。
【図１１】  内部に複数のファイバが収容された管を通して回折格子を描く場合の図１の一部を示す図。
【図１２】  本発明に関する図１１の端面図。
【図１３】  本発明においてファイバが離間される場合の図１１の端面図。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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