JP2001519051A - 光ファイバに格子構造を形成するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、局所的なレーザ照射によって光ファイバ（５）に格子構造を形成するための装置（１）であって、光ファイバのクラッド面に向けられたレーザエミッタ（６）を備え、レーザエミッタ（６）と光ファイバ（５）の間にビーム変換装置（２）が配置されている格子構造を形成するための装置に関する。効率を向上させ、使用の取扱と柔軟性を改善するため、本発明ではビーム変換装置が、光ファイバ（５）に対して横向きに整列した少なくとも１つの扇形の円筒レンズアレイ（２）を備えており、この円筒レンズアレイの焦面に光ファイバ（５）があり、かつこの円筒レンズアレイが光ファイバ（５）に対して相対的に移動可能であることが提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバに格子構造を形成するための装置 本発明は、局所的なレーザ照射によって光ファイバに格子構造を形成するため の装置であって、光ファイバのクラッド面に向けられたレーザエミッタを備えて おり、レーザエミッタと光ファイバの間にビーム変換装置が配置されている装置 に関する。 光ファイバ内の分散修正のため、ならびにその都度使用される光源の所与の振 幅・周波数特性曲線を補正するため、コアとクラッドの間の境界層に、もしくは 外側のクラッド領域に、ファイバの長手方向に対して横向きに回折格子が素材内 に形成される。このときの格子定数は、波長の多重化を実行する狭帯域の増幅の ためには、たとえばエルビウム増幅器のためには約０，５μのオーダーであり、 また使用するエミッタの異なる振幅・周波数特性を補正するためには数百μのオ ーダーである。ときとして、上述した用途のための光フィルタ構造のなかに、異 なる格子定数をもつ格子が互いに組み合わされる場合がある。通常のケースでは 格子はどれも等距離であるが、特殊な利用の場合には等距離でない格子も用いら れることがある。 格子構造を形成させるには、光ファイバを外側からクラッドを通して、十分な 強度をもつ線形のレーザ光線で照射する。すると境界面の領域でのエネルギー吸 収によって素材の局所的な構造変化が起こり、この構造変化が当該部位における 屈折率の永久的な変化につながる。回折格子を形成させるには、所望の格子定数 の間隔でこのような構造を発生させる。 集束されたただ一つのレーザ光線を使って、連続的な照射により完全な格子構 造を作製するのは著しく時間がかかり、したがって不経済である。しかもファイ バと光学系が互いに何度も相対移動するため、不正確さが生じる場合がある。そ こで、所望の格子構造に応じてファイバを同時に照射することのできる種々の方 法が公知となっている。たとえばある公知の方法は、回折格子の回折パターンを 照射に援用することを眼目としている。しかしながらこの場合、個々の回折最大 値の強度が比較的小さく、また他面では低い次数の最大値しか十分に利用できな いため、全体的効率が比較的低い。別の公知の方法では、スロットマスクを通し て照射することが考えられている。この方法の欠点は、入射光の大半がマスクに よって吸収されるために効率が非常に低く、またマスクにコストがかかるため、 製造が相応に高価になることである。しかも生成可能な構造の幅は、マスク開口 部での回折効率によって限定されている。特にこの方法は、通常、照射プロセス の後ではマスク自体がほぼ使用不可能となるため、比較的柔軟性に欠けている。 このような問題を前提とする本発明の設定課題は、光ファイバのための照射装 置であって、改善された光利用を可能にするもの、つまりより高い効率をもつと ともに、従来公知のシステムよりも使用に柔軟性があるものを提供することであ る。 この設定課題を解決するために本発明では、ビーム変換装置が、光ファイバに 対して横向きに整列した少なくとも１つの扇形の円筒レンズアレイを備えており 、この円筒レンズアレイの焦面に光ファイバがあり、かつこの円筒レンズアレイ が光ファイバに対して相対的に移動可能であることが提案される。 本発明によれば、平行調整され、照射されるべきファイバの長手方向にほぼ線 状な、アレイの全幅を照射するレーザ光線で、円筒レンズアレイが照射される。 それぞれ個々の円筒レンズを通してレーザ光線がファイバ内で、つまりコアとク ラッドの境界面で、もしくはクラッド内で集束するので、構造変換に必要なエネ ルギー密度がその部位に生じる。このとき格子周期は、光ファイバに対して横向 きに整列したそれぞれの円筒レンズの相対距離によって得られる。 本発明の利点は、すでに円筒レンズアレイを使用していること自体で得られる 。つまりそれにより、入射するレーザ光が実質的にすべて照射に利用される。し たがって効率が相応に高くなり、ほぼ１に近い。そのため格子構造を迅速かつ経 済的に製造できる。 本発明の装置の格別な柔軟性は、アレイの内部で円筒レンズを扇形に配置して いることの結果である。この配置は、円筒レンズが焦点距離はそのままで長手方 向に拡張されることによって、たとえば当初の幅ＡをＡ＋ｄｘまで広げることに よって成立している。その結果として、平行でなく隣り合って並んでいるアレイ の円筒レンズの焦点ないし焦線の間隔も同じく互いに離れることになり、たとえ ば当初の間隔ｐから、アレイの他方の端部における間隔ｐ＋ｄｘまで離れること になる。 それにより、照明が上方にある場合、円筒レンズアレイの下側に配置された光 ファイバは、アレイがｐとｐ＋ｄｘの間の格子周期で無段階に、光ファイバに対 して相対的に円筒レンズの長手方向へ移動することによってのみ照射され得ると いう本発明の格別な利点が生まれる。つまり所望の格子周期を変えるには、円筒 レンズアレイの位置を変えるだけでよい。 光ファイバに対して横向きにアレイを移動させることで格子周期を大きくする という上述した方法だけでなく、さらに、異なる格子定数を組合せるためにアレ イ全体を段階的にファイバの長手方向に動かして、このときそれぞれ１回づつ照 射を行うことが考えられる。たとえば前後して複数回、間隔ｄｙだけ移動を行う と、この周期をもつ複数の格子が互いに間隔ｐ＋ｄｙをおいて発生する。 円筒レンズアレイは、その移動を行うために案内部材の上に設けられる。所望 の移動方向に応じて、アレイをたとえばファイバの横方向および／または縦方向 に整列した高精度な直線案内部材の上を走行させることができる。このようにし て、正確で再現性のある位置決めが保証される。 有利には、上述した案内部材にはモータのアクチュエータが設けられる。この ようなアクチュエータ、たとえば圧電モータ、パルスモータ、またはその他の駆 動装置により、移動を高精度かつ大幅に自動化して行うことができる。コンピュ ータ制御された制御装置にアクチュエータを接続すれば合理的で自動化された製 造が可能になり、それに伴ってさまざまな格子タイプのプログラム制御された生 成が可能になる。 個々の円筒レンズが円筒レンズアレイ内で互いに相対的に可動であることによ って、利用の可能性が有利かつ本質的に拡大する。つまりそれによって、円筒レ ンズアレイ内における各円筒レンズの間隔を自由に変え、それに伴って生成可能 な格子周期を大幅に自由に変えるという追加的な可能性が生まれる。それにより 、等距離でない格子構造も含めた実質的に任意な格子構造を、特に合理的に形成 することが可能となる。そのため、さまざまな用途に個別に適合させる場合に達 成可能な柔軟性が与えられる。 上述した実施形態において個々の円筒レンズは、同じく高精度な案内部材の上 に取りつけられ、この案内部材には好適には同様にモータのアクチュエータが設 けられている。この発展段階では実際に、プログラミングされた格子構造を大幅 に自動的に、かつコンピュータ制御で製造することが可能となる。 本発明の好適なさらに発展した形態においては、本発明に従った複数の円筒レ ンズアレイが交換支持体上に設けられ、それぞれレーザエミッタとレーザの間で 方向転換可能である。取扱ないし製造上の理由から、ただ１つの円筒レンズアレ イでそれぞれ限定された領域がカバーされるようにするべきである。互いに隣接 する移動領域をもつアレイをカートリッジ状の交換支持体上でまとめることによ り、たとえば自動化された製造設備で相応に大きな領域をカバーできる。しかも 、異なる周期をもつ格子構造の組合せが著しく簡単になる。 実際の実施形態では、個々の円筒レンズアレイは、たとえば行と列をなすよう に上下左右に並んで方形のカートリッジ支持体上に配置されてもよく、あるいは 円形のリボルバー状の支持体上に円対称に配置されてもよい。 次に、図面を参照して実施例を詳しく説明する。各図面は次のとおりである： 図１は、本発明の装置を模式的に示す外観図であり； 図２は、円筒レンズアレイを備えた本発明の交換支持体である。 図１には、格子構造を形成するための本発明の装置が外観図で描かれており、 全体として符号１が付されている。この装置は、多数の個別の円筒レンズ３で構 成された、扇形の円筒レンズアレイ２を有している。 円筒レンズアレイ２は高精度な線状案内部材４の上に取りつけられており、こ の線状案内部材は、図示しないアクチュエータによって円筒レンズ３の長手方向 に、したがって本図ではアレイ２の下側に配置されている光ファイバ５に対して 横向きに移動可能である。 この図において、詳細には図示していないレーザで上側から、つまり図面の平 面上で、平行調整された線状のレーザ光線６が照射可能であり、このレーザ光線 の断面が斜線で示されている。光ファイバ５は円筒レンズアレイ２の焦点で、レ ーザ光線束６で照射されたときに格子構造７が形成されるように配置されている 。 アレイ２の前側の端部では、つまり図面の下側では、個々の円筒レンズ３が互 いに間隔ｐを有しており、この間隔は後方に向かって、つまり図面の上側に向か って間隔ｐ＋ｄｘになるまで拡張されている。そこでアレイ２が案内部材４の上 で光ファイバ５に対して横向きに移動すると、最小の周期ｐをもつ格子構造を製 造することができ、このことは図面では下方の図で説明されている。アレイが別 の方向にストッパまで移動すると、ｐ＋ｄｘの格子周期が生じ、これは模式的に 図面の上の方に描かれている。 場合により、こうした位置の移動はコンピュータ制御で行ってもよく、このこ とはプロセスの大幅な自動化を可能にする。 さらに、光ファイバ５に対して平行に整列した同種の案内部材の上にアレイ４ を配置することも考えられる。このようにすると、格子構造をファイバの長手方 向で段階的にずらして何回でも製造することが可能である。 さらに、個々の円筒レンズ３を案内部材の上で同じく互いに相対的に移動可能 に取りつけることも考えられる。これによって、任意の間隔ｐ＋ｄｘ，ｐ＋ｄｙ 等を互いに完全に独立して調整することが可能である。このようにすることで、 等間隔でない格子構造７も製造することが可能である。 それにもかかわらず、円筒レンズアレイ２によるレーザ光線束６のほぼ完全な 利用によって、１に近い効率が得られる。照射時間もそれに応じて短くすること ができる。案内部材４の中でアレイ２を単に移動させて格子構造３の間隔を変え ることによって、さまざまな格子構造７を製造する際の格別に迅速かつ柔軟な調 整が可能である。 図２には、それぞれ異なる間隔ｐからｐ＋ｄｘまでの領域をもつ本発明の多数 の円筒レンズアレイ２を、どうやって交換支持体８の上に取りつけるかが示され ている。この交換支持体８は、方形に構成して、アレイ２を列と行をなすように グループ化してもよく、または円形に構成して、アレイ２を円周上に分布させて もよく、どちらかを選択可能である。 本発明の装置には、たとえば個々のアレイ２を図１に示すように光路の中に入 れることを可能にする装置が取りつけられている。個々のアレイ２によってカバ ーされる全領域によって用途の幅は著しく拡大する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．局所的なレーザ照射によって光ファイバに格子構造を形成するための装置 であって、光ファイバのクラッド面に向けられたレーザエミッタを備えており、 レーザエミッタと光ファイバの間にビーム変換装置が配置されている装置におい て、ビーム変換装置が、光ファイバ（５）に対して横向きに整列した少なくとも １つの扇形の円筒レンズアレイ（２）を備え、この円筒レンズアレイの焦面に光 ファイバ（５）があり、かつこの円筒レンズアレイが光ファイバ（５）に対して 相対的に移動可能であることを特徴とする装置。 ２．円筒レンズアレイ（２）が案内部材（４）の上に取りつけられていること を特徴とする請求項１記載の装置。 ３．円筒レンズアレイ（２）が円筒レンズの長手方向に移動可能であることを 特徴とする請求項１記載の装置。 ４．円筒レンズアレイ（２）が円筒レンズの長手方向に対して横向きに移動可 能であることを特徴とする請求項１記載の装置。 ５．円筒レンズアレイ（２）の個々の円筒レンズ（３）が互いに相対的に可動 であることを特徴とする請求項１記載の装置。 ６．円筒レンズ（３）が案内部材（４）の上に取りつけられていることを特徴 とする請求項５記載の装置。 ７．案内部材（４）がモータのアクチュエータを備えていることを特徴とする 請求項１または６記載の装置。 ８．複数の円筒レンズアレイ（２）が交換支持体（８）の上に取りつけられて いて、該円筒レンズアレイがそれぞれレーザエミッタと光ファイバ（５）の間で 方向転換可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。