(57)【要約】本発明は光ファイバー・デバイスの作成方法を提供する。この方法は、波長λのレーザー出力を得るための極短サブピコ秒パルス・レーザーを提供するステップ、レーザー出力を集束するための空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが１開口数以下のレーザー出力集束レンズを提供するステップ、光ファイバー・デバイス用の酸化物バルクガラス体を収容する制御可能な位置決め並進ステージを提供するステップ、波長λにおける透明度が少なくとも９０％/ｃｍの酸化物バルクガラス体を提供するステップ、酸化物バルクガラス体をステージに収容し、ステージによってガラス体の位置決めをするステップ、レーザー出力をレーザー出力集束レンズによって集束し、酸化物バルクガラス体の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点を結ぶステップ、サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点に対し酸化物バルクガラスを平行移動することにより、レーザー焦点によって酸化物バルクガラス体を貫通して穴の先駆軌跡パターンを線引きするステップ、酸化物バルクガラス体を攪拌加熱酸浴槽によって酸エッチング処理し、レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを光ファイバー収容穴にエッチングするステップ、エッチングされた光ファイバー収容穴を有する酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体を洗浄するステップ、および光ファイバーを光ファイバー収容穴に挿入して光ファイバーを収容した穴を作成するステップを含んでいる。
2004534269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー・デバイスを作成する方法であって、
波長λ、パルス幅がサブピコ秒のレーザー出力を得るための極短パルス・レーザーを提供するステップ、
前記レーザー出力を集束するための空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが１開口数以下のレーザー出力集束レンズを提供するステップ、
酸化物バルクガラス体を収容するための制御可能な位置決め並進ステージを提供するステップ、
波長λにおける透明度が少なくとも９０％/ｃｍの酸化物バルクガラス体を提供するステップ、
前記酸化物バルクガラス体を前記ステージに収容し、該ステージによって前記ガラス体の位置決めをするステップ、
前記レーザー出力を前記レーザー出力集束レンズによって集束し、前記酸化物バルクガラス体の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点を結ぶステップ、
前記サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点に対し前記酸化物バルクガラスを平行移動することにより、前記レーザー焦点によって前記酸化物バルクガラス体を貫通して穴の先駆軌跡パターンを線引きするステップ、
前記酸化物バルクガラス体を攪拌加熱酸浴槽によって酸エッチング処理し、前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを光ファイバー収容穴にエッチングするステップ、
前記エッチングされた光ファイバー収容穴を有する酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体を洗浄するステップ、および
光ファイバーを前記光ファイバー収容穴に挿入し、光ファイバーを収容した穴を作成するステップ
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が１００ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が５０ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が５０ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が４０ｆｓ以下のレーザー出力を得るためのパルス幅が４０ｆｓ以下のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力を得るための５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記酸エッチング処理を施すステップが、前記酸浴槽の超音波攪拌を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記酸エッチング処理を施すステップが、前記酸浴槽を少なくとも５０℃まで加熱することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記酸エッチング処理を施すステップが、フッ化水素酸浴槽の提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記酸浴槽がＨＦ５体積パーセントを超える水溶液であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、波長λにおける透明度が９５％/ｃｍ以上の酸化物バルクガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが１０００ｎｍ未満のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが８００±１００ｎｍの範囲のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記波長λが約８００ｎｍを中心とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体が、５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸ガラス未焼成体の提供を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸リチウムガラス未焼成体の提供を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、感光性有核ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記感光性有核ガラスが、ケイ酸リチウム微結晶相を形成することを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、負の熱膨張特性を有する結晶化ガラス体に結晶化できることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、バッチ溶融ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
請求項１記載の方法によって作成される光ファイバー・デバイス。
【請求項２６】
前記酸化物ガラス体を貫通する前記穴の先駆軌跡パターンが、前記酸エッチングにより前記酸化物ガラス体から分離され、前記光ファイバー収容穴が形成されるレーザーが照射されない中央ガラス塊を囲む穴の先駆輪郭軌跡から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２７】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、円形断面を有することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、非円形断面を有することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記穴の先駆輪郭軌跡の断面が変化することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記提供した酸化物バルクガラス体が、第一表面、第二表面、および該第一表面と第二表面との間に厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が、少なくとも前記表面の１つの近傍の第一断面から前記厚さの中央近傍のより広い拡大断面に向けて拡大する拡大断面を有することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記ガラス体が厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が前記厚さの中央部に膨らみを有していることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３２】
光ファイバー・ホルダーを作成する方法であって、
波長λ、パルス幅がサブピコ秒のレーザー出力を得るための極短パルス・レーザーを提供するステップ、
前記レーザー出力を集束するための空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが１開口数以下のレーザー出力集束レンズを提供するステップ、
酸化物バルクガラス体を収容するための酸化物バルクガラス収容ステージを提供するステップ、
波長λにおいて透明性を有する酸化物バルクガラス体を提供するステップ、
前記酸化物バルクガラス体を前記ステージに収容し、該ステージによって前記ガラス体の位置決めをするステップ、
前記レーザー出力を前記レーザー出力集束レンズによって集束し、前記酸化物バルクガラス体の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点を結ぶステップ、
前記サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点によって、前記酸化物バルクガラス体を貫通して穴の先駆軌跡パターンを線引きするステップ、
前記酸化物バルクガラス体を超音波ＨＦ酸浴槽によって酸エッチング処理し、前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを光ファイバー収容穴にエッチングするステップ、および
前記エッチングされた光ファイバー収容穴を有する酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体を洗浄・乾燥し、光ファイバー・ホルダーを作成するステップ
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が１００ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が５０ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が５０ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が４０ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が４０ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力を得るための５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３７】
前記酸エッチング処理を施すステップが、前記酸浴槽を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
前記酸浴槽が約１５％のＨＦ水溶液であることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項３９】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、波長λにおける透明度が９０％/ｃｍ以上の酸化物バルクガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４０】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが１０００ｎｍ未満のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４１】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが８００±１００ｎｍの範囲のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４２】
前記波長λが約８００ｎｍを中心とすることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４３】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４４】
前記ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体が、５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４６】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４７】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項４８】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸ガラス未焼成体の提供を含むことを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸リチウムガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、感光性有核ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項５１】
前記感光性有核ガラスが、ケイ酸リチウム微結晶相を形成することを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、負の熱膨張特性を有する結晶化ガラス体に結晶化できることを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項５３】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、バッチ溶融ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項５４】
前記酸化物ガラス体を貫通する前記穴の先駆軌跡パターンが、前記酸エッチングにより前記酸化物ガラス体から分離され、前記光ファイバー収容穴が形成されるレーザーが照射されない中央ガラス塊を囲む穴の先駆輪郭軌跡から成ることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【請求項５５】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、円形断面を有することを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、非円形断面を有することを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５７】
前記穴の先駆輪郭軌跡の断面が変化することを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５８】
前記提供した酸化物バルクガラス体が、第一表面、第二表面、および該第一表面と第二表面との間に厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が、少なくとも前記表面の１つの近傍の最小断面から前記厚さの中央近傍の最大断面に向けて拡大する拡大断面を有することを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５９】
請求項３２記載の方法によって作成される光ファイバー・ホルダーから成る光ファイバー・デバイス。
【請求項６０】
前記ガラス体が厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が前記厚さの中央部に膨らみを有していることを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項６１】
バルク酸化物ガラス体を貫通する複数の精密穴を作成する方法であって、
波長λ、パルス幅がサブピコ秒のレーザー出力を得るための極短パルス・レーザーを提供するステップ、
前記レーザー出力を集束するための空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが０．５開口数以下のレーザー出力集束レンズを提供するステップ、
酸化物バルクガラス体を収容するための酸化物バルクガラス収容ステージを提供するステップ、
波長λに対し透明性を有する厚さが少なくとも０．２５ｍｍの酸化物バルクガラス体を提供するステップ、
前記酸化物バルクガラス体を前記ステージに収容し、該ステージによって前記ガラス体の位置決めをするステップ、
前記レーザー出力を前記レーザー出力集束レンズによって集束し、前記酸化物バルクガラス体の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点を結ぶステップ、
前記サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点によって、前記酸化物バルクガラス体の前記少なくとも０．２５ｍｍの厚さを貫通して穴の先駆軌跡パターンを線引きするステップ、
前記酸化物バルクガラス体を超音波ＨＦ酸浴槽によって酸エッチング処理し、前記少なくとも０．２５ｍｍのバルクガラス体の厚さを貫通して前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを精密穴にエッチングするステップ、および
前記酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体を洗浄・乾燥し、該酸化物バルクガラス体の少なくとも０．２５ｍｍの厚さを貫通する精密穴を作成するステップ
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。
【請求項６２】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が１００ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が５０ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が５０ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６４】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、パルス幅が４０ｆｓ未満のレーザー出力を得るためのパルス幅が４０ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６５】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力を得るための５μＪ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６６】
前記酸エッチング処理を施すステップが、前記酸浴槽を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６７】
前記酸浴槽が約１５％のＨＦ水溶液であることを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６８】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、波長λにおける透明度が９０％/ｃｍ以上の酸化物バルクガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６９】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが１０００ｎｍ未満のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７０】
前記極短パルス・レーザーを提供するステップが、波長λが８００±１００ｎｍの範囲のレーザーの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７１】
前記波長λが約８００ｎｍを中心とすることを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７２】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７３】
前記ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体が、５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項７２記載の方法。
【請求項７４】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７５】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７６】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項７７】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸ガラス未焼成体の提供を含むことを特徴とする請求項７６記載の方法。
【請求項７８】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、アルミノケイ酸リチウムガラス体の提供を含むことを特徴とする請求項７７記載の方法。
【請求項７９】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、感光性有核ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項７７記載の方法。
【請求項８０】
前記感光性有核ガラスが、ケイ酸リチウム微結晶相を形成することを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項８１】
前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供するステップが、負の熱膨張特性を有する結晶化ガラス体に結晶化できることを特徴とする請求項７８記載の方法。
【請求項８２】
前記酸化物バルクガラス体を提供するステップが、バッチ溶融ガラスの提供を含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項８３】
前記酸化物ガラス体を貫通する前記穴の先駆軌跡パターンが、前記酸エッチングにより前記酸化物ガラス体から分離され、前記ガラス体を貫通する前記精密穴が形成されるレーザーが照射されない中央ガラス塊を囲む穴の先駆輪郭軌跡から成ることを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項８４】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、円形断面を有することを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、非円形断面を有することを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８６】
前記穴の先駆輪郭軌跡の断面が変化することを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８７】
前記提供した酸化物バルクガラス体が、第一表面、第二表面、および該第一表面と第二表面との間に厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が、少なくとも前記表面の１つの近傍の最小断面から前記厚さの中央近傍の最大断面に向けて拡大する拡大断面を有することを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項８８】
請求項６１記載の方法によって作成される少なくとも１つの精密穴を有するバルク酸化物ガラス体から成る光ファイバー・デバイス。
【請求項８９】
前記穴の先駆輪郭軌跡が、第一端部および末端第二端部を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が前記第一端部と前記第二端部との間に膨らみを有していることを特徴とする請求項８３記載の方法。
【請求項９０】
バルク酸化物ガラス精密穴先駆プレフォーム体であって、レーザーによって線引きされている中央部に膨らみを有し、前記バルク酸化物ガラス体を横断する少なくとも１つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを備えるバルク酸化物ガラス体から成ることを特徴とするプレフォーム体。
【請求項９１】
バルク酸化物ガラス精密穴先駆プレフォーム体であって、第一表面、第二末端表面、および該第一表面と第二表面との間に厚さの中央を有し、レーザーによって線引きされている前記表面の少なくとも１つの近傍の最小断面から、前記厚さの中央近傍の最大断面に向けて徐々に拡大する拡大断面を有する少なくとも１つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを含むバルク酸化物ガラス体から成ることを特徴とするプレフォーム体。
【請求項９２】
前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンが、前記第一表面近傍にファンネル・テーパー部を有し、前記最小断面が前記第二末端表面近傍にあることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９３】
前記最大断面が前記最小断面より少なくとも３０％大きいことを特徴とする請求項９１記載の方法。
【請求項９４】
前記第一表面と前記末端第二表面との間の厚さが少なくとも０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９５】
前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンが精密穴に酸エッチングできることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９６】
前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンの拡大断面が円形であることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９７】
前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンの拡大断面が楕円形であることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９８】
前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンの拡大断面が、辺が直線である形状を成していることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項９９】
前記バルク酸化物ガラス体がＴｉＯ２を含有するシリカガラス体から成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１００】
前記バルク酸化物ガラス体が９９重量パーセント未満のＳｉＯ２を含有するシリカガラス体から成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１０１】
前記バルク酸化物ガラス体が少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラス体から成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１０２】
前記バルク酸化物ガラス体が結晶化ガラスから成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１０３】
前記バルク酸化物ガラス体がアルミノケイ酸ガラス未焼成体から成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１０４】
前記バルク酸化物ガラス体がアルミノケイ酸リチウム未焼成ガラスから成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【請求項１０５】
前記バルク酸化物ガラス体がバッチ溶融シリカガラスから成ることを特徴とする請求項９１記載のプレフォーム体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００１年７月６日に出願したN.F. Borrelli、J.F. Schroeder、A. Streltsov、およびE.F. Murphyによる”METHOD OF MAKING OPTICAL FIBER DEVICES AND DEVICES THEREOF”と題する米国仮特許出願第60/303,765号の特典を主張するものであり、前記引用により前記仮出願が本出願に組み込まれたものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は光ファイバー・デバイスに関するものであり、具体的には光ファイバー・デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバーおよび光学デバイスを用いた光通信分野においては、光ファイバーを光学器具に正確に保持・配置することが望ましい。多くの場合、光通信用デバイスは、例えば、光ファイバー・フェルールのような器具によって光ファイバーを正確に保持する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様は、光ファイバーを保持するための光ファーバー・デバイスの製造に関連している。
【０００５】
本発明は光ファイバー・デバイスの製造方法を含んでいる。
【０００６】
本発明には、波長λ、パルス幅がサブピコ秒のレーザー出力を得るための超短パルス・レーザーの提供が含まれている。前記方法には、レーザー出力を集束するためのレーザー出力集束レンズの提供が含まれている。前記方法には、酸化物バルクガラス体を収容するためのコンピュータ制御可能な位置決め並進ステージの提供が含まれている。前記方法には、酸化物バルクガラス体を提供し、前記ステージに収容し、前記ステージによって前記ガラス体の位置決めをすることが含まれている。前記方法には、前記レーザー出力をレーザー出力集束レンズによって集束し、前記酸化物バルクガラス体の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点を結ぶことが含まれている。前記方法には、前記サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点に対し前記酸化物バルクガラスを平行移動することにより、前記酸化物バルクガラス体を貫通して穴の先駆軌跡パターンを線引きすることが含まれている。前記方法には、前記酸化物バルクガラス体を攪拌加熱酸浴槽によって酸エッチング処理し、前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを光ファイバー収容穴にエッチングすることが含まれている。前記方法には、前記エッチングされた光ファイバー収容穴を有する酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体を洗浄することが含まれている。前記方法には、光ファイバーを前記光ファイバー収容穴に挿入し、光ファイバーを収容した穴を作成することが含まれている。
【０００７】
本発明はバルク酸化物ガラス光ファイバー・ホルダーの作成方法を含んでいる。
【０００８】
本発明は厚いバルク酸化物ガラス体を通して複数の精密穴を作成する方法を含んでいる。
【０００９】
本発明は、レーザーによって線引きされた中央部に膨らみを有し、バルク酸化物ガラス体を横断する少なくとも１つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを有するバルク酸化物ガラス体から成るバルク酸化物ガラス精密穴先駆プレフォーム体を含んでいる。
【００１０】
本発明の各種実施の形態の更なる特徴および効果は次の詳細説明に述べてあり、当業者が詳細説明を読むか、または詳細説明、特許請求の範囲、および図面を含む本明細書に従って本発明を実行することにより、ある程度容易に理解することができる。
【００１１】
これまで説明してきた概要および次の詳細説明において、本発明の実施の形態が公開されている。これらの実施の形態は、特許請求の範囲に記載の本発明の本質および特徴を理解する上において必要な概要およびフレームワークを提供するためのものである。添付図面は本発明の理解を更に深めるためのものであり、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。前記図面は本発明の各種実施の形態を示しており、前記説明と共に本発明の原理および効果を説明するためのものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態について説明する。好ましい実施の形態の例が添付図面に示してある。
【００１３】
本発明は光ファイバーを保持するための光ファイバー・デバイスの作成に関するものである。本発明は、光ファイバー・フェルールを含む光ファイバーを保持するための光ファイバー・デバイスの作成に関するものである。本発明は光ファイバー・デバイスの作成方法を含んでいる。図１Ａ〜１Ｃに示すように、前記方法には、波長λ、サブピコ秒パルス幅のレーザー出力３２を得るための極短パルス・レーザー３０の提供が含まれている。前記方法には、レーザー出力３２を集束するための、空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが１開口数以下、更に好ましくはＮＡが０．５開口数以下のレーザー出力集束レンズ３４の提供が含まれている。レーザー出力集束対物レンズ３４の作動距離は３ｍｍ〜３０ｍｍ、開口数ＮＡが約０．２６〜０．５の範囲であることが好ましく、０．２８〜０．５の範囲であることが更に好ましい。前記方法には、酸化物バルクガラス体３８を収容するためのコンピュータ制御可能な位置決め並進ステージ３６の提供が含まれている。前記方法には、波長λにおける透明度が少なくとも９０％/ｃｍの酸化物バルクガラス体３８を提供し、ステージ３６に収容し、前記ステージによって前記ガラス体の位置決めをすることが含まれている。前記方法には、レーザー出力３２をレーザー出力集束レンズ３４によって集束し、酸化物バルクガラス体３８の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点４０を結ぶことが含まれている。前記方法には、サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点４０に対し酸化物バルクガラス体３８を平行移動することにより、酸化物バルクガラス体３８を貫通して穴の先駆軌跡パターン４２を線引きすることが含まれている。図２および３が示すように、前記方法には酸化物バルクガラス体３８を超音波攪拌加熱酸浴槽４４によって酸エッチング処理し、前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターン４２を光ファイバー収容穴４６にエッチングすることが含まれている。前記酸浴槽は少なくとも摂氏５０度に加熱されることが好ましい。図４が示すように、前記方法には、エッチングされた光ファイバー収容穴４６を有する酸エッチング処理が施された酸化物バルクガラス体３８を、例えば、洗浄水槽４８で洗浄した後、乾燥させるなどの洗浄処理が含まれている。図５および５Ａが示すように、前記方法には、光ファイバー５０を光ファイバー収容穴４６に通し、光ファイバーを収容した穴５２を作成することが含まれている。
【００１４】
好ましい実施の形態において、極短パルス・レーザー３０の提供には、１００フェムト秒（ｆｓ）未満のパルス幅を有するレーザー出力３２を得るための１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供が含まれている。レーザー３０が、５０ｆｓ未満のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための５０ｆｓ未満のパルス・レーザーであることが更に好ましく、４０ｆｓ以下のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための４０ｆｓ以下のパルス・レーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において、５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーを提供することが好ましく、１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが更に好ましく、１５μJ以上、特に約１６μJ（１６±１μJ）のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において、波長λが１０００ｎｍ未満の極短パルス・レーザー出力３２を得るためのλが１０００ｎｍ未満のレーザー３０を提供することが好ましく、λが８００±１００ｎｍのレーザー出力が更に好ましく、λが約８００ｎｍを中心とすることが最も好ましい。
【００１５】
軌跡パターン４２を有する酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、酸浴槽４４を超音波攪拌することが好ましい。前記エッチングにおいて、酸浴槽４４を加熱して所定温度の酸浴槽４４を提供することが好ましい。この場合、少なくとも５０℃に加熱することが好ましく、５５±５℃の温度範囲まで加熱することが最も好ましい。酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、フッ化水素（ＨＦ）酸浴槽４４を提供することが好ましい。この場合、ＨＦ酸浴槽４４が、ＨＦ５体積パーセントを超える水溶液であることが好ましく、ＨＦ１０体積パーセント以上であることが更に好ましく、ＨＦ体積パーセントが約１５％（１５％±５％）であることが最も好ましい。また、前記においてガラス体３８を約３０分間（３０±１５分間）酸エッチング処理することが好ましく、約１時間を超えない範囲で酸エッチング処理することが最も好ましい。
【００１６】
酸化物バルクガラス体３８の提供において、波長λにおける透明度が９５％/ｃｍ以上、吸収率が５×１０−２ｃｍ−１未満の酸化物バルクガラス体３８を提供することが好ましい。
【００１７】
本発明の１つの実施の形態において、酸化物バルクガラス体３８は、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体である。好ましい実施の形態において、ＴｉＯ２二酸化珪素シリカガラス体は５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有しており、ＴｉＯ２シリカガラスが１００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが好ましく、５００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが更に好ましい。前記シリカガラスは、実質的にＳｉＯ２およびＴｉＯ２から成る直接析出ガラスであることが好ましい。特に好ましい実施の形態において、ＴｉＯ２二酸化珪素溶融シリカガラス体は６〜８重量パーセント、更に好ましくは６．５〜７．５重量パーセント、最も好ましくは約７重量パーセントのＴｉＯ２を含有している。６〜８重量パーセントのＴｉＯ２を含有する二酸化珪素溶融シリカガラス体の熱膨張率は、５℃〜３５℃の温度範囲において、−３０ｐｐｂ/℃〜３０ｐｐｂ/℃である。別の実施の形態において、ＴｉＯ２を含有するシリカガラスは、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスである。酸化物バルクガラス体３８の提供において、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが好ましく、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが更に好ましく、少なくとも８００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが最も好ましい。好ましい実施の形態において、ＯＨを含有するシリカガラスは直接析出高純度溶融シリカガラスである。別の実施の形態において、前記シリカガラス体は９９％未満のＳｉＯ２を含有するバッチ溶融ガラスである。１つの実施の形態において、前記シリカガラス体はバッチ溶融ホウケイ酸塩ガラスであり、少なくとも１％の酸化ホウ素を含有していることが好ましく、少なくとも３％の酸化ホウ素を含有していることが更に好ましい。１つの実施の形態において、前記シリカガラス体はバッチ溶融ソーダ石灰ガラスであり、少なくとも１％のＮａ２Ｏおよび１％のＣａＯを含有していることが好ましく、少なくとも３％のＮａ２Ｏおよび３％のＣａＯを含有していることが更に好ましい。１つの実施の形態において、前記シリカガラス体はバッチ溶融延伸平面ガラス部材であり、例えば、重量パーセントで、約５０（±５）％のＳｉＯ２、１５（±５）％のアルミナ、７．５（±２）％のＢ２Ｏ３、および１４（±５）％のアルカリ土類を含有するフラットパネル・ディスプレイ・ガラスのようなＢ２Ｏ３アルミナ・シリカガラスであることが好ましい。１つの実施の形態において、酸化物バルクガラス体３８が、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスであることが好ましい。前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスは、酸エッチングを施す前に、穴の先駆軌跡パターンを結晶化して結晶質を生成することが好ましい。前記酸エッチングを施す前に、結晶化加熱処理による結晶質を生成する実施の形態において、酸化物バルクガラス体３８が感光性有核ガラスであることが好ましく、ケイ酸リチウム微結晶相を形成する感光性有核ガラスであることが最も好ましく、重量パーセントで約７９（±１）％のＳｉＯ２、９．４（±１）％のＬｉ２Ｏ、１．６（±１）％のＮａ２Ｏ、４（±１）％のＫ２Ｏ、４（±１）％のＡ���２Ｏ３、１（±０．５）％のＺｎＯ、０．４（±０．２）％のＳｂ２Ｏ３、０．０１５（±０．００５）％のＣｅＯ２、０．００３（±０．００３）％のＳｎＯ２、０．００１（±０.０００５）％のＡｕ、および０．１（±０．０５）％のＡｇから成るフォト成形アルミノケイ酸リチウムのようなアルミノケイ酸リチウムガラスであることが好ましい。別の実施の形態において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスは、酸エッチングを施した後に結晶化される。好ましい実施の形態において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラス体３８は、アルミノケイ酸ガラス未焼成体である。１つの実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスは、アルミノケイ酸リチウムガラス体である。１つの実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスはＴｉＯ２を含有している。１つの実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスはＴｉＯ２およびＺｒＯ２を含有している。好ましい実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラス体は、負の熱膨張特性を有する基材に結晶化できるアルミノケイ酸リチウムガラス体であり、−４０℃〜８５℃の温度範囲において−２０×１０-７/℃〜−１００×１０-７/℃の熱膨張率を有することが好ましく、Ｌｉ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比の範囲が１：１：２〜１：１：３であることが更に好ましく、重量パーセントで８〜１２％のＬｉ２Ｏ、３０〜４５％のＡｌ２Ｏ３、４０〜６０％のＳｉＯ２、３〜６％のＴｉＯ２、０〜３％のＢ２Ｏ３、および０〜４％のＰ２Ｏ５から成ることが最も好ましい。好ましい実施の形態において、前記結晶化ガラスの原ガラス体は、約２０×１０−７/℃未満の低平均熱膨張率（０〜１０００℃）を有する結晶化ガラスに結晶化できるアルミノケイ酸リチウムガラス体であり、３〜８重量パーセントのＬｉ２Ｏ、１８〜３３重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、５５〜７５重量パーセントのＳｉＯ２、および３〜５重量パーセントのＴｉＯ２＋ＺｒＯ２から成ることが好ましい。好ましい実施の形態において、前記結晶化ガラスの原ガラス体は、０±０．１０×１０−６/Ｋ（０〜５０℃）の平均線膨張率を有する結晶化ガラスに結晶化できるアルミノケイ酸リチウムガラス体であり、平均線膨張率が０±０．０５×１０−６/Ｋ（０〜５０℃）であることが更に好ましく、０±０．０２×１０−６/Ｋ（０〜５０℃）であることが最も好ましい。前記０±０．１０×１０−６/Ｋ（０〜５０℃）の平均線膨張率を有する結晶化ガラスに結晶化できるアルミノケイ酸リチウムガラス体の組成が、重量パーセントで、約５５．５（±１）％のＳｉＯ２、２５．３（±１）％のＡｌ２Ｏ３、３．７（±１）％のＬｉ２Ｏ、１（±１）％のＭｇＯ、１．４（±１）％のＺｎＯ、７．９（±１）％のＰ２Ｏ５、０．５（±０．５）％のＮａ２Ｏ、０．０３（±０．０３）％のＦｅ２Ｏ３、２．３（±１）％のＴｉＯ２、１．９（±１）％のＺｒＯ２、および０．５（（±０．５）％のＡｓ２Ｏ３である。
【００１８】
本発明は光ファイバー・デバイスの作成方法、およびその方法によって作成された光ファイバー・デバイスを含んでいる。図６Ａ〜Ｃに示すように、本発明は、前記レーザー焦点によって、酸化物バルクガラス体３８の所定の位置に複数の穴の先駆軌跡パターンを線引きし、光ファイバー収容穴アレー４６を形成することを含んでいる。図６Ｃに示すように、かかる大きな穴アレー４６は光ファイバー・レンズ・アレーの形成に用いられる。光ファイバー５０のコアがレンズ５４の光軸に合うよう精密に形成された穴４６が光ファイバー・レンズ・アレーのレンズ５４に位置合せされる。図７Ａ〜Ｄに示すように、本発明は複数の光ファイバー５０を光ファイバー収容穴４６に収容されているファイバーに正確に位置合わせするための効果的な手段を提供する。かかる光ファイバー保持デバイスは、光ファイバー・フォトニック・デバイスに用いることができる。図８Ａ〜Ｅに示すように、本発明は光ファイバーが２つの離間した場所で保持される光ファイバー・デバイスの作成に利用することができる。前記デバイスの酸化物バルクガラス体３８は、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスであり、負の熱膨張特性を有する結晶化ガラスに結晶化されることが好ましい。図８および９に示すような実施の形態において、酸化物バルクガラス体は、ブラッグ格子５６を有する光ファイバー５０に張力を持たせたまま穴４６に固定されるよう負の熱膨張特性を有する結晶化ガラス基体に結晶化されることが好ましい。前記のような実施の形態において、前記穴に収容されているファイバー５０のブラッグ格子５６は、ファイバーの張力を調整する結晶化ガラスの負の熱膨張特性により温度変化から遮断される。
【００１９】
本発明はバルク酸化物ガラス光ファイバー・ホルダーの作成方法を含んでいる。前記方法には、波長λ、サブピコ秒パルス幅のレーザー出力３２を得るための極短パルス・レーザー３０の提供が含まれている。前記方法には、レーザー出力３２を集束するためのレーザー出力集束レンズ３４の提供が含まれている。レーザー出力集束レンズ３４の空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡが１開口数以下であり、ＮＡが０．５以下であることが好ましく、０．２８超０．５未満であることが最も好ましい。前記方法には、酸化物バルクガラス体３８を収容するための酸化物バルクガラス収容ステージ３６の提供が含まれている。前記方法には、波長λにおける透明度が少なくとも９０％/ｃｍである酸化物バルクガラス体３８の提供、および前記ステージへの配置が含まれている。前記方法には、レーザー出力３２をレンズ３４によって集束し、酸化物バルクガラス体３８の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点４０を結び、その焦点によって酸化物バルクガラス体３８を通して穴の先駆軌跡パターン４２を線引きすることが含まれている。前記方法には酸化物バルクガラス体３８を超音波ＨＦ酸浴槽４４によって酸エッチング処理し、前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターン４２を光ファイバー収容穴４６にエッチングし、酸エッチング処理した酸化物バルクガラス体を洗浄および乾燥して光ファイバー・ホルダーを作成することが含まれている。好ましい実施の形態において、極短パルス・レーザー３０の提供には、１００ｆｓ未満のパルス幅を有するレーザー出力３２を得るための１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供が含まれている。レーザー３０が、５０ｆｓ未満のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための５０ｆｓ未満のパルス・レーザーであることが更に好ましく、４０ｆｓ以下のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための４０ｆｓ以下のパルス・レーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において、５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーを提供することが好ましく、１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが更に好ましく、１５μJ以上、特に約１６μJ（１６±１μJ）のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において、波長λが１０００ｎｍ未満の極短パルス・レーザー出力３２を得るためのλが１０００ｎｍ未満のレーザー３０を提供することが好ましく、λが８００±１００ｎｍのレーザー出力が更に好ましく、λが約８００ｎｍを中心とすることが最も好ましい。軌跡パターン４２を有する酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、酸浴槽４４を超音波攪拌することが好ましい。軌跡パターン４２を有する酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、酸浴槽４４を超音波攪拌することが好ましい。前記エッチングにおいて、酸浴槽４４を加熱して所定温度の酸浴槽４４を提供することが好ましい。この���合、少なくとも５０℃に加熱することが好ましく、５５±５℃の温度範囲まで加熱することが最も好ましい。酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、フッ化水素（ＨＦ）酸浴槽４４を提供することが好ましい。この場合、ＨＦ酸浴槽４４が、ＨＦ５体積パーセントを超える水溶液であることが好ましく、ＨＦ１０体積パーセント以上であることが更に好ましく、ＨＦ体積パーセントが約１５％（１５％±５％）であることが最も好ましい。また、前記においてガラス体３８を約３０分間（３０±１５分間）酸エッチング処理することが好ましく、約１時間を超えない範囲で酸エッチング処理することが最も好ましい。酸化物バルクガラス体３８の提供において、波長λにおける透明度が９５％/ｃｍ以上、吸収率が５×１０−２ｃｍ−１未満の酸化物バルクガラス体３８を提供することが好ましい。本発明の１つの実施の形態において、酸化物バルクガラス体３８は、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体である。好ましい実施の形態において、ＴｉＯ２二酸化珪素シリカガラス体は５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有しており、ＴｉＯ２シリカガラスが１００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが好ましく、５００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが更に好ましい。前記シリカガラスは、実質的にＳｉＯ２およびＴｉＯ２から成る直接析出ガラスであることが好ましい。別の実施の形態において、ＴｉＯ２を含有するシリカガラスは、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスである。酸化物バルクガラス体３８の提供において、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが好ましく、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが更に好ましく、少なくとも８００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが最も好ましい。好ましい実施の形態において、ＯＨを含有するシリカガラスは直接析出高純度溶融シリカガラスである。別の実施の形態において、前記シリカガラス体は９９％未満のＳｉＯ２を含有するバッチ溶融ガラスである。酸化物バルクガラス体３８の提供において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供することが好ましく、前記ガラス体を酸エッチング処理した後に結晶化することが好ましい。好ましい実施の形態において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラス体３８は、アルミノケイ酸ガラス未焼成体である。１つの実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスはアルミノケイ酸リチウムガラスである。ガラス体３８は本明細書記載のガラスであって本発明の方法によるガラスであることが好ましい。
【００２０】
本発明は厚いバルク酸化物ガラス体を通して複数の精密穴を作成する方法を含んでいる。前記方法には、波長λ、サブピコ秒パルス幅のレーザー出力３２を得るための極短パルス・レーザー３０の提供が含まれている。前記方法には、レーザー出力３２を集束するための、空気中の作動距離３ｍｍ以上、ＮＡ０．５開口数以下のレーザー出力集束レンズ３４の提供が含まれている。前記方法には、酸化物バルクガラス体３８を収容するための酸化物バルクガラス収容ステージ３６の提供が含まれている。前記方法には、厚さが少なくとも０．２５ｍｍ、波長λにおける透明度が少なくとも９０％/ｃｍである酸化物バルクガラス体３８の提供が含まれている。酸化物バルクガラス体の厚さは少なくとも０．５ｍｍであることが好ましく、少なくとも１ｍｍであることが更に好ましく、少なくとも２ｍｍであることが最も好ましい。前記方法には、酸化物バルクガラス体３８をステージ３６に収容し、前記ステージによって前記ガラス体の位置決めをすることが含まれている。前記方法には、レーザー出力３２をレーザー出力集束レンズ３４によって集束し、ガラス体３８の近傍にサブピコ秒パルス幅のレーザー焦点４０を結ぶことが含まれている。前記方法には、少なくとも０．２５ｍｍの厚さを有するガラス体３８を通して、少なくとも０．２５ｍｍ長の長い穴の先駆軌跡パターンを線引きすることが含まれている。サブピコ秒パルス幅のレーザー焦点４０が、ガラス体３８の厚さを貫いて少なくとも０．２５ｍｍ線引きされ、線引きされた穴の先駆軌跡パターンの長さがガラス体３８の厚さに等しくなる。前記方法には酸化物バルクガラス体３８を超音波ＨＦ酸浴槽４４によって酸エッチング処理し、少なくとも０．２５ｍｍのガラス体の厚さを貫通する前記レーザー焦点によって線引きされた穴の先駆軌跡パターンを精密穴４６にエッチングすることが含まれている。前記方法には、前記酸エッチング処理した酸化物バルクガラス体３８を洗浄および乾燥し、少なくとも０．２５ｍｍのガラス体の厚さを貫通する少なくとも１つの精密穴を作成することが含まれている。好ましい実施の形態において、極短パルス・レーザー３０の提供には、１００ｆｓ未満のパルス幅を有するレーザー出力３２を得るための１００ｆｓ未満のパルス・レーザーの提供が含まれている。レーザー３０が、５０ｆｓ未満のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための５０ｆｓ未満のパルス・レーザーであることが更に好ましく、４０ｆｓ以下のパルス幅を有するパルス・レーザー出力３２を得るための４０ｆｓ以下のパルス・レーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において、５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーを提供することが好ましく、１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１０μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが更に好ましく、１５μJ以上、特に約１６μJ（１６±１μJ）のパルス・エネルギーを有するレーザー出力３２を得るための１５μJ以上のパルス・エネルギーを有するレーザーであることが最も好ましい。極短パルス・レーザー３０の提供において��波長λが１０００ｎｍ未満の極短パルス・レーザー出力３２を得るためのλが１０００ｎｍ未満のレーザー３０を提供することが好ましく、λが８００±１００ｎｍのレーザー出力が更に好ましく、λが約８００ｎｍを中心とすることが最も好ましい。軌跡パターン４２を有する酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、酸浴槽４４を超音波攪拌することが好ましい。前記エッチングにおいて、酸浴槽４４を加熱して所定温度の酸浴槽４４を提供することが好ましい。この場合、少なくとも５０℃に加熱することが好ましく、５５±５℃の温度範囲まで加熱することが最も好ましい。酸化物バルクガラス体３８の酸エッチングにおいて、フッ化水素（ＨＦ）酸浴槽４４を提供することが好ましい。この場合、ＨＦ酸浴槽４４が、ＨＦ５体積パーセントを超える水溶液であることが好ましく、ＨＦ１０体積パーセント以上であることが更に好ましく、ＨＦ体積パーセントが約１５％（１５％±５％）であることが最も好ましい。また、前記においてガラス体３８を約３０分間（３０±１５分間）酸エッチング処理することが好ましく、約１時間を超えない範囲で酸エッチング処理することが最も好ましい。酸化物バルクガラス体３８の提供において、波長λにおける透明度が９５％/ｃｍ以上、吸収率が５×１０−２ｃｍ−１未満の酸化物バルクガラス体３８を提供することが好ましい。本発明の１つの実施の形態において、酸化物バルクガラス体３８は、ＴｉＯ２を含有するシリカガラス体である。好ましい実施の形態において、ＴｉＯ２二酸化珪素シリカガラス体は５〜１０重量パーセントのＴｉＯ２を含有しており、ＴｉＯ２シリカガラスが１００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが好ましく、５００重量ｐｐｍを超えるＯＨを含有していることが更に好ましい。前記シリカガラスは、実質的にＳｉＯ２およびＴｉＯ２から成る直接析出ガラスであることが好ましい。別の実施の形態において、ＴｉＯ２を含有するシリカガラスは、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスである。酸化物バルクガラス体３８の提供において、少なくとも１００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが好ましく、少なくとも５００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが更に好ましく、少なくとも８００重量ｐｐｍのＯＨを含有するシリカガラスを提供することが最も好ましい。好ましい実施の形態において、ＯＨを含有するシリカガラスは直接析出高純度溶融シリカガラスである。別の実施の形態において、前記シリカガラス体は９９％未満のＳｉＯ２を含有するバッチ溶融ガラスである。酸化物バルクガラス体３８の提供において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスを提供することが好ましく、前記ガラス体を酸エッチング処理した後に結晶化することが好ましい。好ましい実施の形態において、結晶化してない結晶化ガラスの原ガラス体３８は、アルミノケイ酸ガラス未焼成体である。１つの実施の形態において、前記結晶化してない結晶化ガラスの原ガラスはアルミノケイ酸リチウムガラスである。ガラス体３８は本明細書記載のガラスであって本発明の方法によるガラスであることが好ましい。
【００２１】
酸化物バルクガラス体３８を貫通する穴の先駆軌跡４２の線引きにおいて、図１０Ａ、１０Ｂ、および１１に示すように、穴の先駆輪郭軌跡４２がレーザーに照射されない中央ガラス塊を囲むように線引きすることが好ましい。図１０Ａ〜１１に示すように、線引きされた穴の先駆輪郭軌跡４２が円柱であり、バルクガラス体３８を酸エッチングすることにより、レーザーが照射されない円柱の中央ガラス塊が周囲のガラス体３８から分離され、図１２ＡおよびＢに示すように、前記ガラス塊４３が除去され精密光ファイバー収容穴４６が形成される。１つの実施の形態において、図１３に示すように、２つの光ファイバーを隣接収容配置するため、隣接する２つの穴の先駆輪郭軌跡パターンが８の字ダブレットを形成するよう線引きされる。別の実施の形態において、２つを超える隣接穴の先駆輪郭軌跡円柱が互いに隣接して直列またはマトリックス形に線引きされ、複数の光ファイバーが互いに隣接して、図１４〜１５Ｄに示すような所定の直列形またはマトリックス形に収容配置される。図１５Ａに示す線引きされた隣接穴の先駆輪郭軌跡４２にエッチングが施されることにより、光ファイバー収容穴４６が形成され、図１５Ｂおよび１５Ｄに示す光ファイバーを収容した穴５２となる。図１５Ｃおよび１５Ｄに示すように、ガラス体３８裏面のファイバー収容穴４６のファイバー挿入口に、ファイバー５０のファイバー収容穴４６への挿入を容易にするためのテーパー状のファイバー・ファンネル部４７が設けてある。図１５Ｅ〜Ｇに示すように、穴の先駆軌跡の酸エッチングにより、バルクガラス体表面に、例えば、図１５Ｈ（倍率５×）に示す、ファイバーが挿入されているファイバー収容穴の酸エッチング処理されたテーパー状ファンネル部のような光ファイバーの挿入を容易にするためのファイバー収容ファンネルとして使用できるテーパー状のファンネル・パターンが形成される。
【００２２】
別の実施の形態において、線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンの断面は、図１６に示す三角形、正方形、長方形、菱形、および楕円形のような非円形である。前記線引きされている穴の先駆輪郭軌跡の断面が徐々に変化し中央部に膨らみを有していることが好ましい。前記酸化物バルクガラス体が第一表面、第二末端表面、および前記第一表面と第二表面との間に厚さの中央を有し、前記穴の先駆輪郭軌跡が、少なくとも前記１つの表面近傍の最小断面から前記厚さの中央近傍の最大断面に向けて拡大する拡大断面を有することが好ましい。図１７に示すように、断面が徐々に変化する穴の先駆輪郭軌跡４２は、ガラス体表面１０１において最小断面１０３を有し、一貫して一定の断面をエッチングする酸エッチングの後の選択エッチングによって高精度の穴に形成される前記表面から厚さの中央に向けて徐々に拡大する最大断面１０４を有している。図１７ＡおよびＢに示すように、前記断面が徐々に拡大する穴の先駆輪郭軌跡４２は、連続する平行面に円を描くことによって形成することができる。例えば、前記ステージおよびガラス体を円を描くように平行移動して第一円を描き、次に前記焦点（並進ステージ）をガラス体に向けて移動し前記ステージおよびガラス体を平行移動して第二円を描き、レーザー焦点がガラス体の厚さの中央に向けて進むに従って描く円の直径を大きくしながら連続的に円を描くことによって形成することができる。図１７Ｃに示すように、断面が徐々に拡大する穴の先駆輪郭軌跡４２は、図１６に示すような非円形形状とすることができる。
【００２３】
本発明は、レーザーによって線引きされた中央部に膨らみを有し、バルク酸化物ガラス体を横断する少なくとも１つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを備えるバルク酸化物ガラス体から成るバルク酸化物ガラス精密穴先駆プレフォーム体を含んでいる。前記バルク酸化物ガラス精密穴先駆プレフォーム体は、第一表面、第二表面、およびレーザーによって線引きされている前記表面の少なくとも１つの近傍の最小断面から、前記厚さの中央近傍の最大断面に向けて徐々に拡大する拡大断面を有する少なくとも１つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを有するバルク酸化物ガラス体を含んでいる。好ましい実施の形態において、前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンは、前記第一表面の近傍にテーパー状のファイバー・ファンネル部を有し、最小断面が前記第二末端表面近傍に位置している。前記バルクガラス体の前記表面間の厚さは少なくとも０．２５ｍｍであることが好ましい。前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンを有するプレフォーム体は、酸エッチング処理により光ファイバーを収容する精密穴にエッチングできることが好ましい。前記レーザーによって線引きされている穴の先駆輪郭軌跡パターンの徐々に拡大する拡大断面が円形であることが好ましい。１つの実施の形態において、前記徐々に拡大する断面は、三角形、長方形、正方形、あるいは菱形のような辺が直線である形状を成している。前記ガラス体は、本明細書記載のガラスであって、本発明の方法によるガラスである。
【実施例】
【００２４】
本発明において、開口数０．２６の対物レンズを用いて、バルク・シリカガラスに長い導光フェルール穴を作成した。厚さが最大３ｃｍのバルク・シリカガラス・サンプルに長い穴を作成した。直径１８μｍ、長さ約０．８ｍｍのエッチングした穴が図１８に示してある。前記穴は、１０μＪおよび１５μＪ、４０ｆｓパルス・レーザー・ビームを照射（照射レーザー・ビームを静止させたまま、ガラス・バルク・サンプルを１００μｍ/sで並進）してレーザー放射軌跡パターン（穴の先駆軌跡パターン）を線引きした後に、ＳｉＯ２にエッチングしたものである。
【００２５】
レーザー・ビームを照射し、放射軌跡パターンをらせん状に描くことにより、レーザーが照射されない中央ガラス塊を囲む穴の先駆輪郭軌跡を線引きし、レーザー照射により損傷を受けた領域がエッチングされることにより、所定の各種直径の穴が形成される。前記軌跡パターンによって囲まれるレーザーが照射されない内部部分が酸エッチングによって前記バルクガラス体から分離され、除去することができる。レーザー・ビームによって直径１２０μｍの円柱形輪郭を２ｍｍ厚のガラス片に線引きし、次いで超音波浴槽において１５％ＨＦの酸性水溶液によって３０分間エッチングした。前記ステージおよびステージに収容したガラス体を平行移動させて連続的に円を描いて円柱を形成した。円の直径約１２０μｍ、円の平面間の距離約１０μｍ、使用したレーザーのパルス・エネルギー１５μＪ、４０ｆｓのパルス、波長８００ｎｍ、２０ｋＨｚ、書込み速度２５０μｍ/秒であった。前記バルクガラス体の厚さは２ｍｍであり、約５５℃に加熱した１５％ＨＦ溶液の超音波浴槽にて３０分間エッチングを施し、直径約２００μｍの円筒形の穴を作成した。その結果、図１９に示す直径２００μｍの円筒形の穴が作成された（顕微鏡写真の倍率２０×）。不鮮明なダークスポットは、背面の汚れである。図２０は、本発明に基づきシリカガラスに形成した別の穴の顕微鏡写真である。図２１は、本発明に基づきシリカガラスに形成した別の穴の顕微鏡写真である。アレーとして形成したこのような穴は、フォトニック・デバイスの導光ファイバーの位置合せ、および保持用として使用することができる。図２２は、ファイバーが収容保持されている、本発明に基づきシリカガラスに形成した別の穴の顕微鏡写真である。図２３は、本発明に基づきシリカガラスに形成した隣接ファイバー保持穴のアレーを示す顕微鏡写真である。図２４は、２つの光ファイバーを保持している、本発明に基づきシリカガラスに形成した２つの隣接ファイバー保持穴の側面を示す顕微鏡写真である。
【００２６】
図２５は、本発明に基づき、表面近傍に最小断面径を有し、厚さの中央近傍に最大断面径を有する拡大断面穴先駆軌跡パターンの輪郭をシリカガラスに描いた精密穴の顕微鏡写真である。図２６は、本発明に基づき図２５のバルクガラス体をエッチング処理した後、前記ガラス体からガラス・ピンを除去して穴を形成した顕微鏡写真である。前記ガラス・ピンは、穴の先駆輪郭軌跡に囲まれるレーザーが照射されない中央ガラス塊４３である。図２７は、本発明に基づいて収容された光ファイバーを含む図２５の穴を示す顕微鏡写真である。本発明により、ガラス内部の空間的精度を維持しつつ所定寸法の穴を開けることができる。形成した穴の用途として、導光ファイバーを収容することが好ましい。レーザーの軌跡パターン（線引きされる穴の先駆軌跡パターン）は、レーザー・ビームが線引き可能な事実上すべての形状が可能であるが、最終的な穴の深さおよび縦横比はエッチングによって決まる。本発明の効果は、厚いガラス・サンプル（最大数ミリメートル）にマイクロマシン加工を施すことができることであり、前記厚いバルクガラス体の厚さがサブミリメートルを超えることが好ましく、少なくとも約２ｍｍであることが好ましい。シリカをベースとするガラスを含み、本発明は照射パルス・エネルギーが５μＪ以上、パルス幅がサブピコ秒領域の照射レーザー波長に透明であり、酸エッチング処理が可能な各種のガラスに適用することができる。本発明のレーザー・ソースは、充分なパルス・エネルギー（約５μＪ以上）、およびサブピコ秒領域のパルス幅を有することが好ましく、前記パルス幅が１００ｆｓ未満であることが最も好ましい。
【００２７】
図２８は、穴の先駆輪郭軌跡パターンが変化しない非拡大円柱断面を有する３つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを示す顕微鏡写真である。図２９は、３つの穴の先駆輪郭軌跡パターンを酸エッチング処理した後の、図２８のシリカガラス・サンプルの顕微鏡写真であり、拡大しない断面の場合、ガラス体の厚さの中央部に狭いくびれが形成されることを示している。
【００２８】
図３０は、円筒形の穴を形成するために穴の先駆輪郭軌跡パターンが中央で膨れている、シリカガラス体に線引きされた穴の先駆輪郭軌跡パターンを示す顕微鏡写真である。図３０において、輪郭が線引きされている拡大円断面の直径は、ガラス体表面近傍で最小、厚さの中央近傍で最大である。図３０のガラス体の厚さおよびパターン長は２ｍｍであり、両端の断面径が６０μｍ、中央の断面径が１２０μｍに増大している。図３１は、拡大断面輪郭をエッチングした後の図３０のシリカガラス・サンプルの顕微鏡写真であり、拡大断面によって直径のバラツキが５％を超えない円筒形精密穴が形成されることを示している（図３１の精密穴の直径は１２７μｍである）。少なくとも約２ｍｍ厚のガラス体に対し、厚さの中央における断面径が少なくとも３０％増大していることが好ましく、５０％以上、７０％以上増大していることが更に好ましい。
【００２９】
図３２は、組毎に直径が異なるシリカガラス体の３組の隣接する穴の先駆輪郭軌跡パターンの顕微鏡写真である。前記パターンの一端に、ファイバーを挿入するためのテーパー状ファイバー・ファンネルを形成するテーパー状のファンネル領域が設けられている。図３３は、酸エッチング処理後の図３２のシリカガラス体の顕微鏡写真であり、厚さの中央部が拡大断面になっていないため、狭いくびれが形成されていることを示している。図３４は、酸エッチング処理後の図３２のガラス体のファイバー・ファンネル側の表面の顕微鏡写真である。図３５は、酸エッチング処理後のファイバー・ファンネルと反対側の表面の一部の顕微鏡写真であり、図１５Ｂに示すような光ファイバー端を収容するための４つの隣接穴を示している。ファイバー・ファンネル端においては、ポリマー製保護膜を着けたまま光ファイバーを収容することができ、反対端ではポリマー製保護膜のない剥き出しのファイバーが収容される。
【００３０】
当業者にとって、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明に各種改良および修正を加え得ることは明白である。従って、別添特許請求の範囲、およびそれと同等の範囲に属する限り、かかる改良および修正は本発明によってカバーされるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の実施の形態を示す図。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態を示す図。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態を示す図。
【図２】本発明の実施の形態を示す図。
【図３】本発明の実施の形態を示す図。
【図４】本発明の実施の形態を示す図。
【図５】図５〜５Ａは本発明の実施の形態を示す図。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは本発明の実施の形態を示す図。
【図７】図７Ａ〜７Ｄは本発明の実施の形態を示す図。
【図８】図８Ａ〜８Ｅは本発明の実施の形態を示す図。
【図９】図９Ａ〜９Ｆは本発明の実施の形態を示す図。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｂは本発明の実施の形態を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態を示す図。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｂは本発明の実施の形態を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態を示す図。
【図１４】図１４Ａ〜１４Ｂは本発明の実施の形態を示す図。
【図１５−１】図１５Ａ〜１５Ｄは本発明の実施の形態を示す図。
【図１５−２】図１５Ｅ〜１５Ｈは本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図１６】本発明の実施の形態を示す図。
【図１７】図１７Ａ〜１７Ｃは本発明の実施の形態を示す図。
【図１８】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図１９】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２０】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２１】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２２】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２３】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２４】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２５】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２６】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２７】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２８】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図２９】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３０】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３１】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３２】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３３】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３４】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【図３５】本発明の詳細を示す顕微鏡写真
【符号の説明】
【００３２】
３０    極短パルス・レーザー
３２    レーザー出力
３４    レーザー出力集束レンズ
３６    ステージ
３８    ガラス体
４０    レーザー焦点
４２    穴の先駆輪郭軌跡パターン
４４    酸浴槽
４６    光ファイバー収容穴
４７    ファイバー・ファンネル部
４８    洗浄水槽
５０    光ファイバー
５２    光ファイバーを収容した穴
５４    レンズ
５６    ブラッグ格子
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004534269.tif 000069