(57)【要約】光ファイバに形成された少なくとも１つの長手方向孔内に長手方向の固体部材を形成する方法であって、加熱チャンバ内に光ファイバの第１の端部および部分を配置するステップと、加熱チャンバの外側に、前記光ファイバの第２の端部を維持するステップと、第１の端部から、溶融材料をファイバの長手方向孔に押し込むステップと、長手方向に、制御された速度で、加熱チャンバから光ファイバを長手方向に引き抜くステップとを含む。好ましくは、溶融材料を前記ファイバ内に送り込みながらファイバを引き抜く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの長手方向孔を有するファイバ内に長手方向の固体部材を形成する方法であって、
加熱チャンバ内に光ファイバの第１の端部および部分を配置するステップと、
該光ファイバの第２の端部を該加熱チャンバの外側に維持するステップと、
該加熱チャンバを、該孔内に導入する材料が溶融する温度に加熱するステップと、
溶融した該材料を、第１の端部から該ファイバの長手方向孔に押し込むステップと、その後で、
溶融材料を含む光ファイバを、加熱された加熱チャンバから制御された速度で長手方向に引き抜くステップ
とを含む、上記方法。
【請求項２】
溶融された電極材料を使用し、それによって、長手方向の固体部材が長手方向電極になる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電極材料が、金属または金属合金である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
溶融された光学的に透明な材料を使用し、それによって、長手方向の固体部材が光学的に透明な材料からなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光ファイバの第１の端部を溶融材料中に漬けるステップをさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
光ファイバを加熱チャンバから引き抜くステップを、押圧する力を維持しながら実施し、この押圧する力が、光ファイバの第１の端部から該ファイバの孔内に溶融材料を送り込むように作用する請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
加熱チャンバから光ファイバが引き抜かれる温度低下領域における温度勾配を制御するステップをさらに含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
光ファイバ内の溶融材料の固化が温度低下領域内だけで起こるように、温度勾配が制御される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
温度勾配が、光ファイバの長手方向に実質的に平行である請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
光ファイバの孔内に溶融材料を押し込むステップが、圧力セルを加圧することによって実施され、圧力セル内で、光ファイバの第１の端部が溶融材料中に置かれそして漬けられる請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
圧力セルが、５Ｂａｒから１５Ｂａｒの間で加圧される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
圧力セルが、該セル内にガスを注入することによって加圧される請求項１０または１１に記載された方法。
【請求項１３】
圧力セル内に注入されたガスは、溶融材料の酸化を防止するために、実質的に酸素を含まない請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
光ファイバの孔内に溶融材料を押し込む前に、気泡の含有量が減少するように、該溶融材料を事前調整するステップをさらに含む請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
光ファイバの孔内に溶融材料を押し込むステップの前に、該孔の壁に対する該材料の付着を低減させるために、該光ファイバに、該孔の表面での自由結合を取り除く処理を施す請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
光ファイバの孔内への溶融材料の押し込みを断続的に中断することによって、ボイドが、溶融材料の連続する部分間に意図的に導入される請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
光ファイバの孔内に２種以上の異なる液体を押し込みながら該ファイバの第１の端部をこれらの液体間を移動させることによって異なる材料からなる連続する複数の部分が形成される請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、少なくとも１つの長手方向孔を有する光ファイバ内で長手方向に連続する固体部材（ｓｏｌｉｄ  ｂｏｄｙ）を形成することに関する。より詳細には、本発明は、光ファイバ内に長手方向の電極および他の固体部材を導入する方法に関する。本発明によれば、ガラス組成物のような非導電材料ならびに金属合金のような電極材料を光ファイバの長手方向孔に導入することができ、長手方向に連続する固体部材が形成される。
【背景技術】
【０００２】
長手方向の電極、すなわちファイバ・コアと平行に延びる電極を有するファイバには、様々な用途がある。第１に、そのようなファイバは、電気光学効果によってファイバ・コアの光学特性に影響を与えることが望ましいときに利用される。ファイバ・コアに近接して電極を配置することによって、前記コア内で高電界を発生させることができる。
【０００３】
光ファイバ内に長手方向の電極を導入するという考えは、従来技術ですでに提案されている。典型的には、電極は、ファイバのクラッド内にファイバ・コアに近接して配置される。
【０００４】
従来技術では、細いワイヤ形状の電極が、光ファイバの長手方向孔内に導入される。そのような方法は、非常に時間がかかり、無理がある。さらに、ワイヤ電極の径は、それらが導入される孔の径より小さいので、ワイヤは、孔内で湾曲する。したがって、ファイバ・コアに対する距離、または２つの上記ワイヤ電極間の距離は、ファイバに沿って変動するので、前記電極に対する電圧の印加によって発生する電界に関して不確実さが生じる。
【０００５】
長手方向の電極を有する光ファイバを製造する方法として提案された他の方法は、電極材料を含む母材（ｐｒｅｆｏｒｍ）からファイバを線引きする工程を含んでいる。この方法は、少なくとも１つの重大な欠点を伴う。すなわち、電極材料の熱膨張率および融点は、ファイバ材料（すなわち、ファイバ自体が作られるガラス組成物）の熱膨張率および融点と実質的に同一でなければならない。もちろん、この制約により、利用可能な電極材料類の可能な選択枝は限られる。
【０００６】
また、電極材料を線引きしたファイバに導入することも提案されている。この場合、ファイバは、ファイバ・コアに実質的に平行に延びる長手方向孔を備えて製造される。次に、液状金属などの電極材料が、ファイバの一方の端部側を真空にすることによって、反対側端部から上記孔内に吸い込まれる。
【０００７】
光ファイバ内の長手方向孔内に液状金属を充填する１つの方法は、欧州特許出願ＥＰ０３０８１１４Ａ２に開示されている。この方法では、出発点として内に空間を有する光ファイバが使用される。ファイバの一端部を液状金属中に漬け、かつファイバの他方の端部を真空にして加熱された閉鎖容器（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）中にファイバを配置することによって、前記空間が溶融金属で充填される。次に、ファイバに加えられた真空作用により、金属が空間内に吸い込まれる。ファイバを冷却すると、空間内の液状金属は固化して、固体電極が形成される。
【０００８】
しかしながら、ＥＰ０３０８１１４Ａ２に記載された方法は、いくつかの重大な欠点を伴うことが判っている。液体金属を固化するためにこれを含むファイバを冷却した場合、金属とファイバのガラス組成物の熱膨張率の差により、電極内にクラックが現れることがある。したがって、長手方向の電極の導電性は、そのようなクラックによって遮断される。換言すれば、電極は、固化過程で破砕される。さらに、ファイバ内の空間を充填する間に、ボイドが液状金属中に生成することがあり、このボイドにより、電極における不連続性が生じる。一般に、ファイバは、内部応力のために砕け易くかつもろくなる。
【０００９】
高品質の均一な長手方向電極を有する光ファイバを実現し、かつファイバが砕け易くなるのを回避するためには、光ファイバ内に長手方向電極を導入するための新規な方法が必要である。
【特許文献１】
欧州特許出願第０３０８１１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、前記固体部材におけるボイドに関連する問題が解消され、あるいは少なくとも大幅に軽減される、光ファイバ内に長手方向の固体部材を形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、添付の特許請求の範囲に記載する方法によって達成される。
【００１２】
特に、本発明は、前述の問題および欠点が実質的に解消される、光ファイバ内に電気的に連続する固体電極を導入する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、ファイバ内に光学的に連続する固体部材を導入する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
長手方向孔を内部に形成した光ファイバ内に長手方向の固体部材を形成する方法は、加熱チャンバ内に光ファイバの第１の端部および部分を配置するステップと、前記光ファイバの第２の端部を加熱チャンバの外側に維持するステップと、加熱チャンバを、前記孔内に導入する材料が溶融する温度に加熱するステップと、溶融した材料を、第１の端部からファイバの長手方向孔内に押し込むステップと、溶融材料を含む光ファイバを、加熱された加熱チャンバから制御された速度で長手方向に引き抜くステップとを含む。
【００１５】
ファイバを加熱チャンバから長手方向に引き抜くこととは、ファイバを実質的にそれ自体の長手方向に引き抜くことを意味する。このようにすると、加熱チャンバの内側の加熱された環境から周囲への温度勾配方向は、ファイバに平行となる。したがって、ファイバの孔の内側の溶融材料は、たとえばその中でのボイドの形成を避けるために、一方の側だけから固化される。
【００１６】
好ましくは、ファイバの孔内に溶融した材料を送り込む（ｕｒｇｅ）ように作用する押圧力を維持しながら、ファイバを制御された速度で加熱チャンバから引き抜く。このようにすると、固化したときに、材料内にボイドが形成する危険がさらに低下する。溶融材料をファイバの孔内に送り込むということは、溶融材料が孔内に実際に流れ込む（ｆｌｏｗ  ｉｎｔｏ）ことを必ずしも意味しない。そうではなく、固化の間に熱収縮を補償するために溶融材料の追加が必要であるなら、追加の溶融材料は自動的に補給される。このような追加による補償は、固化を一方の側だけから行うことによって可能になる。
【００１７】
ファイバの長手方向孔内に液体材料を押し込むために、第２の端部で真空作用を利用するのではなく、圧力を利用することによって、ファイバの第１の端部と第２の端部との間でより大きな圧力差が得られる。もちろん、液体を吸い込み上げるために真空を使用すると、約１Ｂａｒの最大圧力差が得られる。
【００１８】
一態様において、本発明は、少なくとも１つの長手方向孔をその中に形成した光ファイバ内に長手方向の電極を導入する方法を提供し、この方法によって、不要な不連続部が実質的にない均一な電極を形成することができる。不要なボイドが電極内に形成されないように、電極を液体状態でファイバの前記少なくとも１つの孔内に導入し、その後、制御された方法で一方の側だけから冷却して固体状態にする。
【００１９】
他の態様において、本発明は、少なくとも１つの長手方向孔を内部に形成した光ファイバ内に長手方向の光学部材を導入する方法を提供する。本発明の方法により、不要なボイドのない光学的に連続した部材が、ファイバに沿って形成される。
【００２０】
本発明の基礎となる新知見は、溶融材料を一方の側だけから固化させた場合、長手方向の固体部材におけるクラックおよびボイドが避けられるということである。換言すれば、液体状態の材料のどの部分も２つの固体部分の間に囲まれることがないようにすれば、固化した材料中のクラックおよびボイドは、実質的に避けられる。このようにすると、材料が、固化した際に破砕することが実質的に回避される。さらに、材料の固化の際に圧力をかけて光ファイバの長手方向孔内に液体材料を送り込むと有利であることが見出された。このようにすると、ファイバ内に液体材料が連続して押し込まれて、固化中に生じ得る空間を充填するので、材料固化の際の材料熱収縮に起因する劣化作用を実質的に避けることができる。したがって、溶融材料は、ファイバの長さ方向に沿ってゆっくりと固化するが、ファイバの端部間で圧力差があるため、通常、長手方向の固体部材の電気的または光学的な連続性を壊す恐れのあるボイドが、固体部材に沿って生じることは確実になくなる。つまり、液体材料は、一方の端部からファイバの孔に押し込まれ、固化は、ファイバの反対側の端部から行われる。
【００２１】
光ファイバ内に導入される液状電極は、溶融金属でも金属合金でもよい。しかし、電極は、プラスチックまたはポリマー系電極など他の材料を含むこともできる。さらに、固化したときに連続性を必要とする他の液体材料も導入できる。１つの重要な例は、溶融したガラス組成物を光ファイバの孔内に導入することであり、このガラスは、固化後に連続性を維持していなければならない。これらのガラス組成物は、例えば、ファイバ内で光ガイド・コアを形成することができる。この場合、ファイバ内に材料の連続体を有することも非常に重要である。
【００２２】
長手方向の電極を有するファイバは、広範な応用分野で利用できる。光ファイバのコアに沿って少なくとも２つの電極を配置することによって、ファイバ・コアに電界をかけ、それによって、電気光学効果によって前記コアの光学特性を改変することが可能となる。ファイバ・クラッド内に電極を配置することによって、コア近傍で高い電界が得られる。このようにして、ファイバ・ベースの変調器およびスイッチを作成することができる。ファイバにおける電極は、また、ファイバ・コアの電界ポーリング（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｐｏｌｉｎｇ）を行ってその中に二次の非線形性を生じさせるために利用することもできる。
【００２３】
さらに、光ファイバにおける長手方向の電極は、ファイバに沿ってまたはその遠隔端部に配置されたセンサなどの構成部品に、またそれから電力を供給するために使用できる。
【００２４】
光ファイバに沿った長手方向電極のさらに別の使用法は、加熱目的のためである。１個または複数の電極を通る電流を駆動することによって、加熱を行うことができる。したがって、ファイバの特性を、温度または熱的に引き起こされた膨張（ひずみ）のいずれかによって改変することができる。さらに、熱膨張（ひずみ）を増大させるために、加熱電極と平行に延びるテフロン（登録商標）で充填した孔を有すると有利であることが見出された。これは、高い効果が望まれる場合に有用である。
【００２５】
光ファイバ内に複数の電極が形成できると有利である。これらの電極の１個またはいくつかに選択的に電圧または電流を印加することによって、ファイバに対して非対称的に影響を及ぼすことができる。例えば、前記コアの光学的特性だけを改変するために、圧力または電界を、２つのコア・ファイバ中のコアの一方だけに印加することができる。
【００２６】
長手方向の電極を内部に組み込んだファイバの他の応用例は、電界支援イオン交換である。２つの長手方向の電極間に高電界を印加することによって、ファイバのガラス組成物内での金属イオンなどのイオンの拡散を大幅に促進することができる。本発明による連続電極を設けることによって、この処理を長いファイバにわたって効率的に実施することができる。
【００２７】
また、ファイバ・クラッドの周囲に沿って電極対を配設し、かつファイバの遠隔端部で各電極対を短絡させることにより、適切な電極対を加熱することによって遠隔でファイバの遠隔端部を位置合わせすることができる。このようにすると、電極の熱膨張によって、ファイバの先端がその元の位置から変位する。
【００２８】
２個以上の電極を有する光ファイバは、また、マイクロ波を導波するためにも非常に有用である。ファイバは、この場合、実質的に光学波路とマイクロ波導波路の組合せとして働く。
【００２９】
光ファイバの孔内へ異なるタイプのガラス組成物を導入することによって、目的に合わせたコアを製造することができる。例えば、元のファイバの溶融温度より低い溶融温度を有する組成物を導入することができる。導入されたガラス組成物をファイバの光ガイド・コアとして使用するとき、もちろん、ボイドのない完全に連続するコアを得ることは非常に重要である。したがって、本発明による方法は、これらの組成物の導入および固化に適している。
【００３０】
本発明のさらなる態様および利点は、そのいくつかの好ましい実施形態についての以下の詳細な記載から明らかになるであろう。詳細な記載では、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
長手方向孔をその中に形成したファイバを製造するための技術は、従来技術で知られている。簡単に言うと、１つまたは複数の長手方向孔をその中に形成したファイバを、母材から線引きすることができる。ファイバを線引きすると、孔が残り、１つまたは複数の長手方向孔を有するファイバが形成される。
【００３２】
本発明による、長手方向の電極を光ファイバ内に導入する方法を、図１を参照してより詳細に説明する。以下の説明は電極を参照して行うが、他の溶融材料も、本発明の範囲に含まれる同様の方法で導入し固化することができることを理解されたい。例えば上述したように、ガラス組成物を、光ファイバの孔内に導入できる。
【００３３】
少なくとも１つの長手方向孔を内部に形成した光ファイバに長手方向電極を導入する装置は、高圧入口１１を有する加熱チャンバ１０と、光ファイバ２０が通るスルーホール１２とを備えている。スルーホール１２は、パイプ等を備えてもよく、この構成により、加熱チャンバから外への温度勾配がより短くなり、したがって、ファイバを加熱チャンバから引き出す際のファイバの冷却を明確にする。前記パイプは、加熱チャンバと周囲との間の温度勾配を能動的に制御する手段を備えてもよい。加熱チャンバ１０内に、好ましくは溶融金属である液体電極材料１４を有するコンテナ１３がある。コンテナ１３は、高圧力入口１１と連通する圧力セル１８内に配置される。光ファイバ２０の一部分は、加熱チャンバ１０の内側に配置される。光ファイバ２０の第１の端部２０ａは、液体電極材料１４に漬けられ、ファイバの第２の端部２０ｂは、加熱チャンバ１０の外側に配置される。ファイバのうち電極材料を充填される部分は、加熱チャンバ１０の内側にある。必要であれば、このファイバ部分は、加熱チャンバ１０の内側でのファイバ２０の収集（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）および加熱チャンバ１０からファイバの引き出しが容易になるように、ドラム１５等の上に支持してもよい。さらに、第２のドラム１７を加熱チャンバの外側に設けてもよい。第２のドラム１７は、外側でのファイバの収集ならびに加熱チャンバからのファイバ引き抜きのために好適に使用される。さらに、圧力セル１８は、ファイバ２０を通すための気密性貫通孔（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）を有する。
【００３４】
圧力セル１８の内側は、矢印１６によって示されるように、高圧力入口１１での高圧力の印加によって加圧される。圧力は、約５Ｂａｒから約１５Ｂａｒであってよい。ファイバの第１の端部２０ａは、高温高圧下で圧力セル１８内に配置されて溶融材料１４に漬けられており、ファイバの他方の端部２０ｂは、加熱チャンバ１０の外側で周囲温度および圧力下にある。したがって、高圧力入口１１を通してガスを導入することによって圧力セル１８が加圧されたとき、光ファイバ２０の前記第１の端部２０ａと前記第２の端部２０ｂとの間に圧力差が生じる。このようにして、溶融電極材料１４は、ファイバの長手方向孔内へと駆動される。考えられる電極材料は、約１３７℃の溶融温度を有するＳｎ−Ｂｉ合金である。典型的にはこの特定の材料では、加熱チャンバ内の温度、したがって圧力セル１８の内側の温度は、約１５０℃である。
【００３５】
セル１８に圧力を加えたとき、液体電極材料は、第１の端部２０ａからファイバ２０の長手方向孔内に流れ始める。続いて、ファイバ２０のより大きい部分が電極材料１４で充填される。加熱チャンバ１０の内側にあるファイバ部分中を十分に高い温度で電極材料が流れる限り、電極材料の固化が妨げられることに留意されたい。したがって、チャンバ１０内のファイバ部分は、電極材料で充填される。ファイバ内の孔を通って押し込まれる電極材料が、スルーホール１２に達すると、周囲温度が加熱チャンバ内側の温度より低く、かつ電極材料１４の溶融温度より低いため、固化が開始する。
【００３６】
光ファイバ内における２０メートル以上の連続電極が、この方法によって形成される。電極材料がファイバの孔内に流れ込む速度は、ホールの径、加熱チャンバの温度、圧力差、および使用される電極材料の種類によって変わる。上述の仕様および約８Ｂａｒの圧力セル１８内の圧力では、１メートルのファイバが、数分間で電極材料で充填される。
【００３７】
前記スルーホール１２付近で固化が行われると、ファイバ２０を通る電極材料の流れが止まる。しかしながら、加熱チャンバ１０の内側が高圧であるため、ファイバ２０内に電極材料１４を駆動する力がまだ存在する。
【００３８】
スルーホール１２は、温度が加熱チャンバの外側に向かって次第に低下する温度低下領域を構成することに留意されたい。場合によっては、既知の温度勾配が得られるように、この温度低下領域において温度を制御することが好ましいこともある。温度勾配を制御する１つの特に好ましい方法は、温度勾配が、引き抜きの際のファイバの長手方向寸法方向に実質的に平行になり、ファイバの孔に導入される材料の溶融温度が、前記温度低下領域内を横切るようにすることである。このようにすると、加熱チャンバからファイバを引き抜く間、溶融された材料の固化が、この温度低下領域内だけで起こる。これにより、ファイバ内に形成された固体部材の品質および均一性をさらに向上させる。
【００３９】
次に、前記スルーホール１２を通して加熱チャンバ１０からファイバ２０を長手方向に引き抜くことが開始される。速度を制御して、長手方向に加熱チャンバ１０からファイバ２０を引き抜くと、それに続いて、一方の側だけ、すなわちファイバの第２の端部２０ｂに最も近接する側だけから液体電極材料１４の固化が起こる。したがって、液体電極材料のいずれの部分も、２つの固体電極材料部分間に囲まれることはない。固化中に電極材料１４の収縮が生じた場合、追加の電極材料がセル１８内の圧力によってファイバ２０内に自動的に導入される。したがって、ファイバ２０の孔内で均一な固体電極が形成される。
【００４０】
図２には、光ファイバ内に長手方向電極に導入するための別の装置を概略的に示す。図２に示される装置は、図１の装置より温度を高くできるように構成される。この場合、チューブ型の炉が、圧力チャンバ内に配置される。図示の構成では、圧力チャンバの閉鎖容器の温度は比較的低くすることができる。実際に、閉鎖容器、その高圧力入口、および光ファイバを通す貫通孔の温度は、周囲温度（室温）程度に低くできる。
【００４１】
図２の装置は、ステンレス鋼の円筒形ハウジング２００を備える。ハウジング２００は、上側蓋部２１によって上部で、かつ下側蓋部２２によって底部で密封される。ハウジングは、ハウジングの内部を加圧するための高圧力入口２３を備える。チューブ型の炉２４は、圧力チャンバの内側に配置される。炉２４は、セラミックの筒体であり、その長手方向に沿ってワイヤまたはリボン抵抗器（図示せず）を有する。前記抵抗器は、炉に駆動電力を加えるための外側接続部２５および２６を有する。典型的な例では、駆動電力は、１０Ｖで２５０Ａであり、チューブ型の炉内で約１０００℃の温度を与えることができる。好ましくは、上側蓋部２１付近での高温を避けるため、炉２４の上方部分は加熱しない。炉２４を構成するセラミック筒体と、円筒形ハウジング２００との間の空間は、好ましくは、熱絶縁を与える何らかの媒体で充填する。下側蓋部２２は、持ち上げ支柱２７がその中を移動可能である通路を有する。液体電極材料２９を有するコンテナ２８は、持ち上げ支柱２７上に搭載される。持ち上げ支柱２７を垂直方向に移動することによって、異なる長さのファイバを、チューブ・タイプの炉２４にはめ込むことができる。ステンレス鋼ハウジング２００の温度をさらに下げるために、水冷を用いることができる。
【００４２】
図２に示される構成によって、溶融温度が比較的高い（約１０００℃）材料を光ファイバ内に導入することができる。
【００４３】
以上説明したように、図１は、加熱チャンバ内側の圧力セルが加圧される構成を示し、図２は、圧力チャンバの内側にチューブ型のオーブン（すなわち、加熱チャンバ）が配置される構成を示す。さらに、それ自体が加圧される加熱チャンバを利用することも考えられ、その場合、セル１８と加熱チャンバ１０は同じものとなる。
【００４４】
本発明による光ファイバ内に長手方向電極を導入する方法は、ボイドが電極材料内に形成される危険性を大幅に低減させるが、ボイドが生じる危険性はまだ残っている。電極内のボイドの存在によっていずれかの電極の導電性が標準よりも低くなる場合には、そのような不連続性を修復するための処置を行うことができる。このため、本発明によれば、電極に高い電圧を加える。この電圧は、前記不連続部にわたってスパークを発生させるのに十分に高くなるように調整される。これらのスパークによって、ボイドに近接する電極材料の局所的な加熱が起こる。実際に、電極材料は、その溶融温度を超えて加熱され、電極のボイドは、空のギャップ内に溶融電極材料が流れ込むことによって修復される。
【００４５】
場合によっては、ファイバの連続する別々の部分に電極を設けることが望ましいことがある。例えば、電極をファイバ内に導入した後でファイバをより短い長さに切断する場合は、ファイバの、長手方向孔の部分が空である、すなわち電極材料がないことが時には好ましい。特に、所定長のファイバをファイバの他の部分にスプライス接合する際は、接合部付近に電極材料が存在すると、スプライス接合の工程を妨げる恐れがある。そのような場合は、液体電極材料１４からファイバ２０の第１の端部２０ａを断続的に取り除くことによって、ファイバの長手方向孔にガス・ポケットを直接導入する。これは、例えば、ファイバ端部２０ａを上げることによって、または電極材料１４が保持されるコンテナ１３を下げることによって実行できる。コンテナ１３の垂直方向の位置は、図２に示されるように、持ち上げ支柱２７などによって制御できる。支柱２７は、圧力チャンバおよび加熱チャンバの外側から磁気的に制御することが有利であろう。
【００４６】
さらに、コンテナ１３内に、実質的に混和できない２種類以上の異なる液体を層状構成で含めることも可能である。この場合、ファイバにおける電極材料（例えば金属）部分は、絶縁材料（例えばガラスまたはプラスチック）部分によって分離できる。例えば、コンテナ１３内に、溶融金属成分と溶融した低温のガラス成分が層状に存在していてもよい。電極材料を形成する溶融金属と、溶融した低温のガラスとの間でファイバ２０の第１の端部２０ａを動かすことによって、金属を含むファイバ部分は、低温のガラスを含む部分によって分離される。ファイバは、続いて、長手方向の電極を有する別個の部品に切断でき、各部品は、その端部がそれぞれ金属の無い部分によって終端される。このようにして、スプライシングが、端部までずっと金属電極が存在するファイバに比べて単純化される。
【００４７】
また、別種の２つ以上の金属をファイバの孔内に導入してもよい。その一例は、溶融温度の異なる２つの金属を導入する場合である。準備したファイバを電極を介して電流駆動で加熱した場合、前記金属の一方が固体のままで、他方の金属を溶融できる。金属の溶融温度でまたは溶融温度近くで操作することによって、金属が固化／溶融すると、はっきりとした熱膨張の変化が得られる。
【００４８】
ファイバにおける長手方向孔の断面形状は、ファイバが線引きされる母材を適切に形成することによって、任意に設定できることを理解されたい。
【００４９】
図３に、非円形孔３１および３２を有する実施形態が示される。図示のファイバは、２つの光ガイド・コア３３、３４、および前記孔３１および３２内に形成された２つの長手方向の電極を有する。孔の形状は、したがってその内に導入された電極の形状は、電気的ポーリング（ｐｏｌｉｎｇ）または電界による光変調の目的で、ファイバ・コア３４内の電界を最小にするように構成される。孔の断面形状をこのように構成し、この孔を一方のコアに近接して配置すると、印加された電界は確実に、主として所期のコア３４だけに作用する。
【００５０】
本発明による光ファイバ内に形成された孔内の長手方向の固体部材を形成する方法は、溶融した材料内における微細な気泡の含有量を低減するための事前調整ステップも含んでもよい。この目的のために溶融した材料を事前調整する１つの方法は、溶融の温度を上げ、この昇温した温度で、空気または他のガスの泡が表面に浮かび離れるように、溶融物を攪拌しまたは溶融物を超音波にさらすことである。
【００５１】
溶融材料をファイバの孔内に押し込む前に、ファイバを、シラン処理など、孔の表面で自由結合を取り除く工程にかけることも望ましいであろう。それによって、孔の内側壁に対する溶融材料の付着が抑えられ、孔内に溶融材料を導入することがより容易になる。ガラスのシラン処理は、従来技術で知られている技術である。
【００５２】
ファイバの孔内に電極材料を導入するという目的では、孔の配置および形状は重要ではない。図４において、３つのコア４１、４２、４３および２つの孔４４、４５の他の構成が、概略的に示されている。図４に示されるケースでは、１つのコア４２がファイバ内で中心に配置され、２つのコア４１および４３が中心から外れて配置される。さらに、電極は円形形状であり、前記中心から外れたコアの１つのコア４１に配置される。図４に示されるファイバ構成に基づくデバイスは、マッハ・ツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ）干渉計であり、コア４１の光学特性は、コア間での光の結合を制御するために調整される。標準の１つのコアのファイバに対するスプライス接合は、標準のファイバのコアにスプライス接合される中心コア４２に出力光を入射させることによって、容易に行われる。マッハ・ツェンダー干渉計における電気光学効果は、他の中心から外れたコア（例えば、その両側のコア）にも作用する電極を追加することによって、二倍にできる。それぞれ中心から外れたコアで電極の電気極性は、「プッシュ・プル」構成が達成されるように反対にすべきである。
【００５３】
本発明による光ファイバ内に長手方向の電極を導入する方法は、孔の位置または形状に関係無く容易に適用される。しかしながら、製造されるファイバの適用に関して、電極配置が非常に重要であることがある。以下、電極を有するファイバの多数の応用例を説明する。
【００５４】
長手方向の電極を有するファイバの第１の応用例は、ファイバ・コアの電界ポーリングである。従来技術で知られているように、ガラスの電界ポーリングは、通常アモルファス・ガラスにおける二次の光学的な非線形性を引き起こす。このようなガラスのポーリングの際、非常に高い電界を必要とする。基本的に、非線形性は、ナトリウム・イオンなどのカチオンのマイグレーションによって、ガラス内に導入される。カチオンは正電荷であるので、陽極（アノード）から離れるように駆動される傾向がある。したがって、アノードをポーリングすべき領域（すなわちファイバ・コア）に非常に近接させることが望ましい。しかし同時に、電極間でのフラッシュオーバを避けることが重要である。したがって、負電極（カソード）を、正電極にあまりにも近接して配置してはならない。ガラスのポーリングが主にアノードによって駆動されることを理解すると、カソードの配置をより高い自由度で行うことができる。したがって、２つの長手方向の電極をその中に形成したファイバの一応用例では、これら電極の１つを、ポーリング・プロセスにおけるアノードとして使用する。カソードは、銀や金などの金属からなることが好ましい、ファイバ上の周囲被覆物によって形成される。この状況を、図５に概略的に示す。ポーリングのために使用されるカソードは、濃い周辺の線５１によって示され、ポーリングされたデバイスを調整するために使用されるカソードおよびアノードは、５２および５３で示される。図示の構成によって、ファイバのコア５４は、アノードに近接する非常に高い電界でポーリングすることができ、それでも、電極５２および５３を用いてポーリングされたデバイスを効率的に調整することが可能である。
【００５５】
以降で、ファイバの非線形性を用いて、コアの光学特性に作用させる場合、電界をファイバ内の２つの長手方向電極間に印加する。はっきりした（ｗｅｌｌ  ｄｅｆｉｎｅｄ）電界が、このようにファイバ・コアに生成される。したがって、１つの長手方向電極および内側の周囲の電極が、ポーリングの際に利用され、２つの内側の長手方向電極は、ポーリングされたデバイスを引き続き動作させる際に使用される。
【００５６】
別の適用例においては、ファイバ・コアにおける複屈折性が、電気加熱時に電極からの圧力により制御された方法で変更される。この状況は、図６に概略的に示される。図に示されるファイバは、１つのコア６１と、４つの長手方向電極６２〜６５とを備える。電流を電極６２〜６５のいずれかに印加することによって、非対称なひずみをファイバ・コア６１中に生じさせることが可能である。印加電流によって電極が加熱され、熱膨張を受けることになる。電極に対して電流を選択的に印加し、それによって熱膨張を引き起こすことによって、ファイバ・コアにおける圧力またはひずみを所望のように制御できる。場合によっては、水準の異なる電流を別々の電極に印加し、それによってコアにおける圧力／ひずみの調整能力はさらに強化される。
【００５７】
他の実施形態においては、図７に概略的に示すように、ファイバ内の長手方向の電極を、ファイバ先端を遠隔で位置決めするために使用する。図示のように、ファイバは、ファイバ・クラッド内に４対の電極７１〜７４を備える。これらの対はそれぞれ、遠隔にあるファイバ端部で短絡される。対のいずれかに電流を印加することによって、前記対の熱膨張が起こる。その結果、ファイバ先端は、加熱された電極対から離れる方向に押し動かされる。電極対を選択的に加熱することにより、他方の端部に制御信号（すなわち加熱電流）を印加してファイバ先端の遠隔での位置決めを行うことが可能になる。このようにして、ファイバ先端を、ダイオード・レーザ、他のファイバ、または光検出器などの他の光学デバイスに対して位置合わせすることができる。さらに、ファイバは、光によって照射される様々な種類の対象物に向けることができる。ファイバを、例えば、人体の内側の癌を照射するときに、人体組織の正確な処置のために位置決めすることもできる。
【００５８】
長手方向の電極を有するファイバは、ファイバの遠隔端部に信号を送る、またはファイバの遠隔端部から信号を受ける必要があるときに使用すると有利である。この種類の電極を有するファイバは、実際に、組合せ型の電気的光学的導体（ワイヤ）を構成する。
【００５９】
電極材料の溶融温度付近における温度で電極を有するファイバを操作することによって、電極材料が溶融されかつ固化されたとき、急激な作用が得られる。例えば、電極材料を溶融温度を超えて加熱したとき、加熱した電極材料が及ぼす圧力（ひずみ）が急激に低下することが分かっている。例えば、マッハ・ツェンダー干渉計に用いた場合、固相と液相の間の転移の際に急激な強度変化を起こすことができる。この作用は、共融合金、すなわち基本的に溶融範囲のない一定温度で溶融固化する合金を使用するときでもより有効に用いることができる。
【００６０】
図６を再び参照すると、４つの長手方向の電極を有するファイバが示されている。電極の少なくとも１つに選択的に電流を印加することによって、上述で簡単に説明したように、異方性のひずみをファイバ・コア内に引き起こすことができる。これは、例えば、光通信における偏光モード分散の補正のために使用できる。
【００６１】
格子をファイバのコア内に組み込む場合には、この格子の周期は、長手方向電極を用いて遠隔で調整できる。ファイバの選択された部分を、そのコア内の格子の特性を調整するために加熱する（張力を加える）ことができる。したがって、光ファイバ内の連続する長手方向電極を用いることによって、調整可能なフィルタが実現できる。
【００６２】
少なくとも２つのコアを含むファイバを設けることによって、コア間の結合を調整することができる。さらに、少なくとも２つの電極を含むファイバを設けることによって、移動パルス（ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ）による加熱を行うことができる。この場合、ファイバ内の電極に沿って次第に減衰するので、不均一加熱が可能になる。例えば、この不均一加熱は、初期的に均一な格子にチャープ（ｃｈｉｒｐ）を引き起こすために、またはチャープされた格子の分散を調整するために利用できる。
【００６３】
少なくとも２つの長手方向電極を有する光ファイバの他の魅力的な用途は、遠隔ガス解析である。例えば、ファイバの遠隔端部を、解析する雰囲気内に配置することができる。次に、前記少なくとも２つの電極に高電圧を印加し、それによって、スパークを遠隔端部で発生させる。このスパークの作用により、解析するガスをイオン化する。次に、イオン化されたガスによって放出された光を、ファイバ・コアによって収集し、遠隔で解析できる。このようにして、厳しい環境における解析を行うことができる。
【００６４】
図８は、中央に配置された孔８１を有するファイバの断面を概略的に示す。一般に、そのような孔は、ファイバ内に光ガイド・コアを形成するために、ガラスなどの光学材料で充填される。ファイバが線引きされた後に前記コアを導入できるので、前記コアの特性を、様々な方法で目的に合わせて修正できる。
【００６５】
本発明の好ましい実施形態についての上述の説明は、ファイバのクラッド内の長手方向孔を例として行ったが、孔をファイバのコア内に形成できることも理解されよう。例えば、長手方向孔を、ファイバ内で中央に形成することもできる。さらに、電極材料と、ガラス組成物など他の材料の両方を、本発明の方法によって光ファイバ内の孔内に導入することもできることに留意されたい。本発明による方法は、毛管孔内に液体を導入し、その後液体を固体状に冷却する全ての場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】加熱チャンバ内の溶融電極材料を有するコンテナと、一端部が電極材料中に漬けられた、前記加熱チャンバ内に部分的に配置された光ファイバとを示す図である。
【図２】圧力チャンバ内のチューブ型の炉を示す図である。
【図３】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【図４】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【図５】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【図６】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【図７】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【図８】光ファイバ内のコアおよび長手方向孔の異なる構成を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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