JP2005521076A - ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶｏｌｕｍｅＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）素子を有する光ファイバー装置 - Google Patents

ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶｏｌｕｍｅＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）素子を有する光ファイバー装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 訳。
【解決手段】 ボリューム・ブラッグ・グレーティング（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＶＢＧ））素子を含む光ファイバー装置を開示する。光ファイバー装置は１若しくはそれ以上の光入力部、１若しくはそれ以上のＶＢＧ、及び１若しくはそれ以上の受光器を含む。ＶＢＧを製造及びフィルター応答を制御する方法も開示する。ＶＢＧチップ及びそのチップを使用した光ファイバー装置も開示する。ＶＢＧチップは複数のＶＢＧｓが記録されたモノリシックガラス構造を含む。

Description

本発明は光ファイバー装置に関するものである。好ましい実施形態において、本発明は１若しくはそれ以上のボリューム・ブラッグ・グレーティング（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＶＢＧ））を有する光ファイバー装置、及びこの種のＶＢＧを製造する方法を提供する。
所定厚の周期性を有する構造体の光波長選択性は、歴史的に当初結晶性固体に対してＸ線回折を使って研究された。そのような選択性は、例えば結晶格子の原子層などの一定間隔を有する相を形成する個々の層によって回折された前記光エネルギーに、コヒーレントが追加されることにより発生することが確認された。"ブラッグ回折"と呼ばれるこの現象はＢｒａｇｇによって行なわれた研究が評価されて命名された。
その後、同じ現象が光学的透過を有する固体媒体の内部で生成された適切な周波数の音波による、可視波長での光の回折において広く観察された。音波はその密度の摂動を介して誘電体の屈折率の周期的変調を生成する。このため、音波はその波長に基づいて光を操作するのに使用できる。従って、音波は波長フィルターとして機能する。
しかし、音波摂動は一時的であり、音源を消した後は緩和して完全に消滅する。前記音波摂動が持続する長寿命のブラッグ・グレーティングが恐らくフルカラーのホログラフィの発明と共に最初に用いられた。それは様々な色のレーザーを使った３−Ｄ物体のリアルなカラー画像のホログラフィック記録用に二色性ゼラチン（ＤＣＧ）の比較的厚い膜を利用した。ボリューム・ブラッグ・グレーティングの波長選択特性によりそれに続く従来の白色光源を用いた画像のその後の再構成が可能になった。ただ、発明者の知識として、たとえボリューム・ブラッグ・グレーティングの波長選択性が基礎的メカニズムであって、厚い層のＤＣＧ表示ホログラムの白色光で再構築が可能であっても、実用的な装置機能を達成する目的で特定の波長を分離したり、重ね合わせたり、若しくは操作したりする有用性は認められていなかった。
可視波長の光をフィルターにかけるためのドープ塗料を塗ったニオブ酸リチウム光屈折結晶に記録されたボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）の使用は、広帯域バックグラウンドから特定の波長の光を分離するのに使用されるソーラー及びライダーフィルターの構築に採用された。ただ、第１の課題として、そのようなフィルターの記録が前記フィルターが後で作動するのと同じ波長で実行されなければならないことである。結果として、これらのフィルターの使用はかなり強力なレーザー光線が存在する波長の非常に限られた範囲に限定される。さらに、適切な記録材料のリストは、２若しくは３つの狭いクラスの光屈折性の物質に限定され、その物質が有する物理的特定は多くの場合その意図する作動形態に適さない。例えば、約８００〜１６５０ｎｍの範囲の波長で記録されるボリューム・ブラッグ・グレーティング・フィルターを活用するような実用的機能を有する光ファイバー装置の製造を許容する物質は発明者には知られていない。
この欠点は、ＶＢＧフィルターがその動作に用いられた面と異なる面を通して記録される場合、光屈折性ニオブ酸リチウム結晶で部分的に解決できる。この方法を用いることにより、フィルターは例えば光ファイバー装置などの実用的な光通信装置に役立つ波長で動作可能なニオブ酸リチウムで製造できる。それにもかかわらず、この方法は未だ多くの要因のためかなり限定されている。第一に、使用可能な波長範囲は一方でλｏｐ>ｎ＊λｒｅｃに限定され、他方ではニオブ酸リチウムの近赤外線の吸収限界で限定される。また、実用的装置にとっては、フィルターの帯域幅Δλはその物質（若しくは、そのダイナミック・レンジ、Δｎ）において達成可能な最大屈折率変調により限定される：Δλ<（λｏｐ）＊Δｎ／２ｎ。この要因によりこの種類のフィルターの実用性は実質的に限定される。また、この方法には少なくとも２つ（一般的には４つ）のお互いに直交する研磨面の使用が必要とされ、それはフィルターの製造工程を複雑にし、そのコストを増大させる。また、フィルターの波長はホログラフィック設定による記録ビーム間の角度によって決められる値に実質的に固定される。結果として、波長はあらゆる実用装置に対して正確に制御されなければならず、そのため特定の波長若しくは光の情報伝達"チャネル"に対して一意的でなければならない、そしてこれはこれら要素の製造において問題をより複雑にする。
本発明の実施形態には、光ファイバーの範囲内の波長を有する入力放射線を提供する光入力部を有する光ファイバー装置を含む。透過型ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子は前記入力放射線の向きを受光器へ変向する。第２の受光器は前記ＶＢＧ素子を透過した放射線を受信するために提供され、前記透過した放射線は前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する。前記装置は前記第１のＶＢＧ素子を透過した放射線を変向する第２の透過型ＶＢＧ素子を含む。第２の受光器は前記変向された透過した放射線を受信するために提供される。第３の受光器は前記第２のＶＢＧ素子以を透過した放射線を受信するために提供され、前記第２の透過した放射線は前記光ファイバーの範囲内の第３の波長を有する。前記装置は前記光ファイバーの別の波長を有する第２の入力放射線を提供する第２の光入力部を含む。
本発明の別の実施形態では、光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入力放射線を提供する光入力部と、感度を高めた石英ガラスで作られたボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子とを有する光ファイバー装置を提供する。前記ＶＢＧ素子は前記入力放射線を受信して第１の波長を有する放射線を受光器に向けて変向する。
別の実施形態では、光入力部及び複数のＶＢＧ素子を有する光ファイバー装置が提供される。第１のＶＢＧ素子は、入力放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された放射線を変向する。第２のＶＢＧ素子は前記第１のＶＢＧ素子から第１の変向された放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の変向された放射線を変向する。第１の受光器は前記第１の変向された放射線を受信して第２の受光器が前記第２の変向された放射線を受信する。前記ＶＢＧ素子は前記光ファイバー装置の光軸に沿って配置される。前記ＶＢＧ素子の面は前記第２のＶＢＧ素子の面と層状に張り合わせる。
本発明による光ファイバー装置は光入力部と、ＶＢＧ素子と、前記ＶＢＧから受信した透過した放射線を前記ＶＢＧへと反射する反射器とを含み、これにより前記ＶＢＧは第２の変向された放射線を第１の受光器に向けて変向する。
また、フィルター応答を制御する方法も提供される。そのような方法には、ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子の望ましいフィルター応答に対応するマスクを提供する工程と、前記マスクを通して記録ビームを伝送する工程とを含む。前記記録ビームはレンズを通して前記記録ビームの波長に敏感に反応するガラスに伝送される。前記レンズは前記マスクと関連する伝達関数の光フーリエ変換を実行するようになっている。第２の記録ビームは前記第１の記録ビームと一緒に前記ガラスに伝送される。前記第２の記録ビームは前記第１の記録ビームと同じ波長を一般に有し、これにより前記第１及び第２の記録ビームはコヒーレントである。
大型ウエハーＶＢＧを生成してこの大型ウエハーＶＢＧを複数の個々のＶＢＧ素子に分割することによる、ＶＢＧ素子の製造方法も提供される。前記個々のＶＢＧ素子それぞれは前記大型ウエハーＶＢＧの指標ベクトルを保持する。前記大型ウエハーＶＢＧはこの大型ウエハーＶＢＧを前記複数の個々のＶＢＧ素子にさいの目に切ることによって分割される。
ＶＢＧ素子を製造するもう１つの方法は、一対の記録ビーム及び単一記録ビームを使って前記第１のＶＢＧを複製して第２のＶＢＧを形成するために、第１のＶＢＧ素子を形成する工程を含む。
ＶＢＧチップ及びこの種のチップを使った光ファイバー装置も提供される。ＶＢＧチップはその上に複数のＶＢＧｓが記録されたモノリシックガラス構造を含む。前記ＶＢＧチップは前記ガラスの第１の位置に記録された第１のグレーティングを含み、この第１のグレーティングは光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入射光線を受信して、前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された光線を変向するようになっている。第２のグレーティングは前記ガラスの第２の位置で記録されて前記第１の変向された光線を受信する。前記第２のグレーティングは前記ガラス構造から前記第１の変向された光線を変向するようになっている。前記ガラス上の別の位置の別のグレーティングは前記第１のＶＢＧを透過したビームを受信し、前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する光線を変向するようになっている。
ＶＢＧフィルターの製造用の感度を高めた石英ガラスの使用
あらゆる種類の永続的なＶＢＧフィルターを実用化に向けて開発及び使用する際の主な問題点の１つは、この実用化に向けて十分な物理的特性を有する材料若しくは物質類の入手が不可能なことであった。例えば、他の問題の中でＶＢＧｓを対象にして行なわれた多くの研究において光屈折電気光学結晶では、広い温度範囲で真に永続的で安定的な記録を提供することは不可能であった。さらに、これらの結晶の持つ強い非等方性はこれらの使用用途を実質的に限定する。これらの理由により、一般にＶＢＧフィルターの適用範囲全体に亘る実質的な開発はされてきていない。実際、発明者の知識として、ＶＢＧ素子を使った単一光通信装置は今のところ市場にはない。
本発明によれば、以前に開発されていない材料のクラスであるケイ酸の光屈折性ガラス（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｌａｓｓｅｓ（ＰＲＧ））を用いて、光ファイバー用途の光通信装置を特に重視した、ＶＢＧｓを基にした実用的な装置の設計及び製造を可能にする。このタイプの材料は上述した以前研究された材料の欠点を克服し、前記光ファイバーを範例とする要望される用途の装置を製造するのに必要とされる全ての特性を備えている。これらの特性は以下を含み：ａ）紫外線（ＵＶ）から中間赤外線の範囲での全ての光の光透過性；ｂ）前記記録グレーティング（回折グレーティング）の並外れた寿命；ｃ）優れた熱的安定性（>２００℃）；ｄ）十分なダイナミック・レンジ；ｅ）優れた光学的性能（この材料で作られた素子の達成可能な研磨特性を含む）；ｆ）低い製造コスト；ｇ）適切な形状及びサイズに生成および処理できる能力；ｈ）光屈折率の等方性を含むが、これに限定されるものではない。このようなＰＲＧｓを製造する組成及びプロセスは米国特許第４，０５７，４０８号に説明されており、この開示は参照により本明細書に全体として組み込まれるものである。
特定の波長でホログラフ的に記録することにより石英ガラスにＶＢＧ素子を製造する工程及びそれらを任意の波長で光ファイバー装置中でそれらを使用する工程
厚いホログラムでのブラッグ回折の理論が文献で説明されているように（例えば、Ｋｏｇｅｌｎｉｋ，Ｈ．，"Ｃｏｕｐｌｅｄ ｗａｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ｔｈｉｃｋ ｈｏｌｏｇｒａｍ ｇｒａｔｉｎｇｓ，" Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９６９，４８（９），２９０９〜２９４７を参照）、前記ＶＢＧｓには２つの基本タイプである透過と反射とがあり、それらは動作特性において異なる（Ｋｏｇｅｌｉｎｉｋ図４を参照）。
図１Ａはグレーティング波動ベクトルを有する反射ＶＢＧ１０２を示す。複数の波長λ１〜λＮの光から成る入力光ビーム１０４は前記ＶＢＧ１０２の入力面１０２Ａに対して第１の角度αで前記ＶＢＧ１０２の方向に向かっている。前記ＶＢＧは前記波長λ１〜λＮの１つを除く全てに対して透過的に形成されている。つまり、前記光線は前記グレーティング中を伝播しても比較的影響がないが、特定の波長λ１を有する光は前記光線から除去される。その結果、波長λ２〜λＮを有する前記光１０６のみが前記ＶＢＧ１０２を続けて通り抜けて前記ＶＢＧ１０２の出力面１０２Ｂを第２の角度βで出て行く。好ましくは、前記ＶＢＧ１０２は前記光線がＶＢＧ１０２から出る前記角度βが前記ＶＢＧ１０２に入る角度αにできるだけ近くなるように（つまり、前記光線は大体直線で進み続ける）作られる。しかし、波長λ１を有する光１０８は前記ＶＢＧ１０２内の前記ホログラフィのため前記ＶＢＧ１０２の前記入力面１０２Ａから角度γで反射し戻る。つまり、前記ＶＢＧ１０２は屈折率が前記ＶＢＧ１０２内で変化するように作られ、波長λ２〜λＮを有する光が前記ＶＢＧ１０２を通って進み続け、波長λ１を有する光が既知の角度で反射し戻ることを許容する。そのようなＶＢＧｓを作る方法は以下で詳しく説明する。
図１Ｂは図面で示すように垂直方向にグレーティング波動ベクトルＡを有する透過型ＶＢＧ１１２を示す。複数の波長λ１〜λＮの光からなる入力ビーム１１４は前記ＶＢＧ１１２の方向へ前記ＶＢＧ１１２の入力面１１２Ａに第１の角度αで向けられている。前記ＶＢＧ１１２は前記波長の１つを除く全ての波長に透過的に形成されている。つまり、前記光線は前記グレーティング中を伝播しても比較的影響がないが、特定の波長λ１を有する光りは前記光線から除去される。その結果、波長λ２〜λＮを有する前記光１１６のみが前記ＶＢＧ１１２を続けて通り抜けて前記ＶＢＧ１１２の出力面１１２Ｂを第２の角度βで出て行く。好ましくは、前記ＶＢＧ１１２は、前記光線１１６がＶＢＧ１１２から出る前記角度βが前記ＶＢＧ１１２に入る角度αにできるだけ近くなるように（つまり、前記光線は大体直線で進み続ける）作られる。しかし、波長λ１を有する光１１８はＶＢＧ１１２内の前記ホログラフィのためＶＢＧ１１２を前記出力面１１２Ｂから第３の角度γで出る。つまり、前記ＶＢＧ１１２は前記屈折率が前記ＶＢＧ１１２内で変化するように作られ、波長λ２〜波長λＮを有する光は前記ＶＢＧ１１２を通って進み続け、波長λ１を有する光は前記ＶＢＧ１１２を通り抜ける際屈折し、これにより前記光は前記ＶＢＧ１１２を前記出力面から既知の角度βで出る。
透過型及び反射型ＶＢＧの波長フィルタリング特性は、第１に前記フィルターの幅で異なり、そのフィルターは実用的サイズの素子で構築できる。一般に、反射型の厚い容積のホログラムは非常に狭い波長帯域幅を有し、ニオブ酸リチウムＶＢＧフィルターの例に関連して上述したように、前記材料の前記ダイナミック・レンジによって決定される上限を有する。反対に、透過型の厚い容積のホログラムは一般により広い帯域幅を有し、これまで白色光の色表示ホログラムの生成の使用から除外されてきた。
しかしながら、十分な厚板の透過性材料（例えば、>１ｍｍ）で記録された場合、実用的な光通信装置（例えば、帯域幅３０ｎｍ以下）用に十分に狭い帯域幅が得られる透過ＶＢＧｓを記録するための方法が工夫される。
反射型ＶＢＧｓと透過型ＶＢＧｓの他の主な違いは、透過型はＶＢＧ上の光の入射角を調整することにより前記フィルターの中心波長の変換ができることである。これにより、ＶＢＧフィルターは１つの波長（例えば、ケイ酸ＰＲＧｓが感受性を持つＵＶ範囲で）で記録でき、別の波長（例、様々な光ファイバー装置で一般に用いられる範囲８５０ｎｍ〜１６５０ｎｍ）で動作できる。これは、前記ニオブ酸リチウムＶＢＧフィルターの事例について上述したように、前記素子の直交する面を通して記録の制限なしに達成できる。つまり、これはａ）使用できる波長の範囲は事実上無制限である、ｂ）広域の帯域幅が容易に利用可能である、ｃ）追加表面を研磨する必要がない、ことを意味している。
範例として永続的透過型ＶＢＧを光ファイバーの能動及び受動部品とするような、光通信装置の波長の操作用帯域通過フィルターとして使用することは、今まで恐らく以下の１若しくはそれ以上の理由から探求されてこなかった：ａ）前記材料の強力な異方性（例えば、電気光学光屈折性結晶）；ｂ）十分に厚い層で製造することが不可能（>１ｍｍ、例えばＤＣＧ）；ｃ）大容積の材料で十分な光学的品質を達成するのが不可能（例えば、感光性樹脂）；ｄ）不十分な温度安定性。
図２はＶＢＧ２００の透過特性を示し、入力光ビーム２０２は複数の波長λ１〜λＮの光から成り前記ＶＢＧ２００の方向に向けられレンズ２０４を通り装置の光軸ｘに沿って進む。図のように、前記入力光ビーム２０２は光ファイバー２１０から放射する。前記ＶＢＧ素子２０６は、屈折率が前記ＶＢＧ２００内で変化して波長λ３〜λＮを有する光２０６が前記ＶＢＧ２００を通ることを許容し、レンズ２０８を通り比較的真っ直ぐに進み続け、受信機２１２の中へ達するように作られており、この受信機は例えば示してあるように別の出力光ファイバーである。ただし、波長λ１を有する光２１４は前記ＶＢＧ２００の入力面２００Ａから第１の角度αで反射し戻される。同様に、波長λ２を有する光２１６は、前記ＶＢＧ２００内のホログラフィのためにこのＶＢＧ２００の前記入力面２００Ａから第２の角度βで反射し戻る。
図３〜５は、本発明に従った複数の光ファイバー入力３１１〜３１４をシングル光ファイバー出力３１０の中へ結集させる光ファイバー装置３００の好ましい実施形態を示している。図のように、前記装置３００は４つの光入力部３１１〜３１４を含み、例えば光ファイバーである。各光入力部３１１〜３１４は異なる波長λ１〜λ４の光３０１〜３０４を伝送する。また、前記装置３００は３つのＶＢＧ素子３３０、３３２、３３４を含む。前記第１の入力３１１から波長λ１を有する光３０１が前記装置３００の中へ伝送し、第１の偏光器３２０によりその光が偏向し（例えば、鏡など）、これにより既知の角度で前記ＶＢＧ素子３３０に入る。図のように、前記光は前記装置の光軸に沿って進行し、前記ＶＢＧ３３０の入力面に９０°の角度でこのＶＢＧ３３０に入る。前記第１のＶＢＧ３３０は波長λ１を有する光に透過的であって、この波長λ１を有する光は前記ＶＢＧ３３０の出力面から９０°の角度で前記第１のＶＢＧ３３０を出る。
波長λ２を有する前記第２の入力３１２からの光３０２は前記装置３００の中へ伝送され、第２の偏光器３２２によって偏向し、これにより既知の角度で前記第１のＶＢＧ素子３３０に入る。前記第１のＶＢＧ３３０は前記波長λ２を有する光を偏向し、この波長λ２を有する光は前記第１のＶＢＧ３３０の前記出力面から９０°の角度で前記第１のＶＢＧ３３０を出て、その結果前記波長λ１を有する光と結集する。
同様に、波長λ３を有する前記第３の入力３１３からの光３０３は前記装置３００の中へ伝送され、第３の偏光器３２４により偏向されて既知の角度で前記第２のＶＢＧ素子３３２に入る。前記第２のＶＢＧ３３２は前記波長λ３を有する光を偏向し、この波長λ３を有する光は前記第２のＶＢＧ３３２をこの前記出力面から９０°の角度で出る。前記第２のＶＢＧ３３２は波長λ１若しくはλ２を有する光に透過的である。従って、波長λ３を有する光は波長λ１及びλ２を有する光に結集する。
同様に、波長λ４を有する前記第４の入力３１４からの光３０４は前記装置３００の中へ伝送され、第４の偏光器３２６により偏向されて既知の角度で前記第３のＶＢＧ素子３３４に入る。前記第３のＶＢＧ３３４は前記波長λ４を有する光を偏向し、この波長λ４を有する光は前記第３のＶＢＧ３３４をこの前記出力面から９０°の角度で出る。前記第３のＶＢＧ３３４は波長λ１、λ２若しくはλ３を有する光に透過的である。従って、波長λ４を有する光４は波長λ１、λ２及びλ３を有する光に結集する。
従って、波長λ１、λ２、λ３、及びλ４を有する光から成る出力光ビーム３０６は複数のＶＢＧ素子を用いて形成される。前記出力光ビーム３０６は光ファイバーなどの受光器３１０によって受信される。前記光の方向を逆にすることによって、図５で示す装置は複数の波長を有する光を含む入力光ビームから複数の出力光ビーム（それぞれは既知の波長を有する）を生成するのに使用できることは理解されるべきである。
図６及び図７は本発明に従ったトリプレクサ双方向送受信機６００の好ましい実施形態を示す。図のように、前記装置６００は１つの光入力部６１３、２つの光出力６１１、６１２、及び双方向オプティカル・キャリア６１４を含み、それぞれは例えて言えば光ファイバーである。前記双方向キャリア６１４は図に示す波長λ１〜λ３を有する光６０４を伝送する。前記第１の出力６１１は波長λ１の光６０１を第１の受信機６２１へ伝送する。前記第２の出力６１２は波長λ２の光６０２を第２の受信機６２２へ伝送する。前記光入力部６１３は波長λ３の光６０３をソース６２３から伝送する。
前記ＶＢＧ６１０は前記光入力部６１３を介して前記ＶＢＧ６１０に伝送される波長λ３を有する光に透過的なように作られる。また、前記ＶＢＧ６１０は波長λ１を有する光６０１及び波長λ２を有する光６０２を偏向するように作られる。前記波長λ１を有する光６０１は第１の受光器６２１により受信でき、波長λ２を有する光は第２の受光器６２２により受信できる。前記双方向キャリア６１４は波長λ１および波長λ２を有する光６０４を第１の方向（前記ＶＢＧの方へ）に伝送し、波長λ３を有する光を第２の方向（前記ＶＢＧから離れる）に伝送する。
図８は、本発明に従ったＸｅｎｐａｋフォームファクターＣＷＤＭ送信機８００の好ましい実施形態を示す。図のように、前記装置８００は１つの光入力部８１１及び例えば光ファイバーなどの４つの光出力８１２〜８１５を含む。前記光入力部は波長λ１〜λ４の光を伝送する。前記第１の出力８１１は波長λ１の光を伝送し、前記第２の出力８１２は波長λ２の光を伝送し、前記第３の出力８１３は波長λ３の光を伝送し、及び前記第４の出力８１４は波長λ４の光を伝送する。
図９は、本発明に従ったＤＷＤＭマルチソース結合器９００の概略図である。図のように、前記マルチソース結合器９００は例えば光ファイバーなどの４つの光入力部９１１〜９１４を含む。各光入力部９１１〜９１４は図に示すような異なる波長λ１〜λ４の光を伝送する。また、前記装置９００は２つのＶＢＧ素子９３２、９３４を含む。波長λ１を有する前記光入力部９１１からの光９０１は、好ましくはレンズ９２１を通って伝送され、前記第１のＶＢＧ素子９３２に第１の既知の角度αで入る。前記第１のＶＢＧ９３２は、前記波長λ１を有する光９０１が前記第１のＶＢＧ９３２から偏向されて前記装置９００の光軸に沿って進むように作られる。同様に、波長λ２を有する前記第２の入力９１２からの光９０２は好ましくはレンズ９２２を通って伝送され、前記第１のＶＢＧ素子９３２に第２の既知の角度βで入る。前記第１のＶＢＧ９３２は、前記波長λ２を有する光９０２も前記第１のＶＢＧ９３２で偏向されて前記装置９００の前記光軸ｘに沿って進むように作られる。
波長λ３を有する前記第３の入力９１３からの光９０３は好ましくはレンズ９２３を通って伝送され、前記第２のＶＢＧ素子９３４に第３の既知の角度γで入る。前記第２のＶＢＧ９３４は、波長λ３を有する前記光９０３がこのＶＢＧ９３４から偏向されて、前記装置９００の前記光軸ｘに沿って進むように作られる。同様に、波長λ４を有する前記第４の入力９１４からの光９０４は、好ましくはレンズ９２４を通って伝送され、第２のＶＢＧ素子９３４に第４の既知の角度δで入る。前記第２のＶＢＧ９２４は、前記波長λ４を有する光９０４も前記第２のＶＢＧ９２４で偏向されて前記装置９００の前記光軸ｘに沿って進むように作られる。前記第１のＶＢＧ９３２は波長λ３およびλ４を有する光に透過的である。従って、それぞれの波長λ１、λ２、λ３、及びλ４を有する光線は単一光ビーム９０５に結集され、そして次に好ましくはレンズ９２５を通って、例えば光ファイバーなどの受光器９１５に伝達される。
図１０は、本発明に従った自由空間光通信ａｄｄ−ｄｒｏｐマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）１０００の概略図である。図のように、前記ＯＡＤＭ１０００は、例えば光ファイバーなどの光入力部１０１１を含み、それは波長λ１〜λＮの図のような光１００１を伝送する。図１０で示すように、前記ＯＡＤＭ１０００は、波長λ１を有する光１００２を反射するように作られているＶＢＧ素子１０２０を含む。前記ＶＢＧ１０２０は波長λ２〜λＮを有する光に透過的である。前記第１の入力１０１１からの前記光線１００１は前記ＶＢＧ１０２０へ第１の面１０２０Ａに第１の角度αで入射する。従って、波長λ１を有する光線１００２は前記ＶＢＧ素子１０２０の前記面１０２０Ａから第２の角度βで偏向する。従って、波長λ１を有する前記光ビーム１００２は前記入力信号から"分波（ｄｒｏｐｐｅｄ）"され、例えば別の光ファイバーなどの受光器１０１２へ変向される。
また、ＯＡＤＭ１０００は例えば光ファイバーなどの追加入力１０１３を含み、波長λＮ＋１を有する光線１００３を伝送する。波長λＮ＋１を有する光ビーム１００３は前記ＶＢＧ１０２０へ前記ＶＢＧ素子１０２０のこの第２の面１０２０Ｂに角度λで入射する。前記ＶＢＧ素子１０２０は波長λＮ＋１を有する光を前記第２の面１０２０Ｂから反射するように作られ、それにより前記追加入力１０１３からの前記光１００３が前記第１の入力からの光と結集して波長λ２〜λＮ＋１を有する出力光線１００４を生成する。前記出力光線１００４は例えば別の光ファイバーなどの受光器１０１４へ変向される。
図１１は、本発明に従ったマルチチャネル波長モニター１１００の概略図である。図のように、前記マルチチャネル波長モニター１１００は波長λ１〜λＮを有する光１００５を伝送する光入力部１１１５を含む。また、前記モニター１１００は２つのＶＢＧ素子１１３２、１１３４を含む。前記入力光ビーム１１０５は、好ましくは、レンズ１１２５を通って伝送されて、第１の既知の角度で（好ましくは、前記装置１１００の前記光軸ｘに沿って、つまり、前記第１のＶＢＧ１１３２の前記面１１３２Ａに対して９０°）前記第１のＶＢＧ素子１１３２に入る。前記第１のＶＢＧ１１３２は、波長λ１＋Δを有する光１１０１が前記第１のＶＢＧ１１３２から第１の角度αで偏向され、波長λ１-Δを有する光１１０２が前記第１のＶＢＧ１１３２から第２の角度βで偏向するように作られる。前記第１のＶＢＧ１１３２は前記入力光ビーム１１０５のその他の前記波長には透過的である。波長λ１＋Δを有する光１１０１は受光器１１１１によって受信され、光１１０２は受光器１１１２によって受信される。
次に、前記光ビームは前記第２のＶＢＧ素子１１３４に伝送され、これは波長λ２＋Δを有する光１１０３が前記第２のＶＢＧ１１３４で第１の角度γで偏向され、波長λ２-Δを有する光１１０４は前記第２のＶＢＧ１１３４で第２の角度δで偏向するように作られる。波長λ２＋Δを有する光１１０３は受光器１１１３によって受信され、波長λ２-Δを有する波長１１０４は受光器１１１４によって受信される。前記第２のＶＢＧ１１３４は前記光のその他の波長には透過的である。次に、前記出力ビーム１１０６は、好ましくはレンズ１１２６を通って、例えば別の光ファイバーなどの受光器１１１６によって受信される。
ＶＢＧフィルターを用いて装置を多数のチャネルと一括する方法
ＶＢＧフィルターの主な利点及び実にその特徴の１つは、同じ容積の材料を共有しながら複数のフィルターを記録する能力である。これにより非常に小型で固有の機能性を持つ装置の製造が可能となる。しかしながら、ホログラフィックメモリフィールドの多重化数（若しくはＭ／♯）として知られている同じ容積を分け合うグレーティングの数は前記材料のダイナミック・レンジにより限定される。この理由により、ＶＢＧフィルターの製造に適した実用的な材料のため、その数は一般的にはかなり限定されるだろう（現実的見積もりでは４ｍｍの厚さの素子に対して約４フィルターである）。さらに、より大きな数のグレーティングを持つＶＢＧフィルターの作成は漸進的により複雑になると同時に、装置にそれらを一括する柔軟性は低くなっていく。また、前記同じ容積を分け合う際、前記個々のグレーティング効果のコヒーレント追加により前記ＶＢＧｓの複合効果を得ることができ、それにはクロスタームが現れ、時には望ましくない副作用をもたらす。従って、十分に大きな数のチャネル数を持つ装置を製造する実用的な方法が望まれる。本発明の１つの態様によれば、基礎的要素として非常に単純なＶＢＧ素子を用いて基本的に無制限のチャネルを有することができる光ファイバー装置を作成できる。
図１２は、本発明に従った、透過型ＶＢＧフィルター装置をいくらでも結合でき、任意のチャネル数を持ち且つ任意の組を有する波長を構築できる装置を示す。好ましくは、前記ＶＢＧフィルターは同一であって、これにより製作コストを下げる。この方法で、前記個々のＶＢＧ素子は前記装置の中心的な光軸上に配置され、前記望まれるチャネルのピーク波長にそれを合わせるために前記ＶＢＧ素子の傾斜角を個々に調節する。この方法は"チェーン・カスケーディング（ｃｈａｉｎ ｃａｓｃａｄｉｎｇ）"と呼ばれている。
図１２に示してあるように、光入力部１２１４は波長λ１〜λＮを有する光１２０４を伝送する。光１２０４は第１のＶＢＧ素子１２３２に前記装置の光軸ｘに沿って入射する。前記第１のＶＢＧ１２３２は、波長λ１を有する光１２０１がこの第１のＶＢＧ１２３２から第１の角度αで前記ＶＢＧ１２３２の出口面１２３２Ｂに向かって偏向するように作られる。図のように、前記ＶＢＧ１２３２では、そのグレーティング・ベクトルＡ及び出口面１２３２Ｂは前記装置の前記光軸ｘに垂直であるように配置される。従って、波長λ１を有する前記光１２０１は前記第１のＶＢＧ１２３２から角度９０−αで前記装置の前記光軸ｘに向かって偏向する。前記装置は前記偏向された光線１２０１を受信する第１の受光器１２１１を含む。前記第１のＶＢＧ１２３２は前記入力光ビーム１２０４のその他の前記波長λ２〜λＮに透過的であり、それにより波長λ２〜λＮを有する透過したビーム１２０５は前記光軸ｘに沿って前記ＶＢＧ１２３２を透過する。
前記透過したビーム１２０５は第２のＶＢＧ素子１２３４に入射する。前記第２のＶＢＧ１２３４は、前記第１のＶＢＧ１２３２のように、波長λ１を有する光が前記第２のＶＢＧ１２３４から第１の角度αで前記ＶＢＧ１２３４の前記出口面１２３４Ｂに向かって偏向するように作られる。図のように、前記ＶＢＧ１２３４は、そのグレーティング・ベクトルＡ及び出口面１２３４Ｂが前記装置の前記光軸ｘに既知の角度θ（>９０°）であるように作られる。波長λ２を有する光１２０２は前記第２のＶＢＧ１２３４から既知の角度βで前記ＶＢＧ１２３４の前記出口面１２３４Ｂへ向かって（前記光軸ｘに対する既知の角度で）偏向する。前記装置は前記偏向したビーム１２０２を受信する第２の受光器１２１２を含む。前記第２のＶＢＧ１２３４は前記透過したビーム１２０５のその他の前記波長λ３〜λＮに透過的であり、それにより波長λ３〜λＮを有する第２の透過したビーム１２０６は前記光軸ｘに沿って前記ＶＢＧ１２３４を透過する。
前記透過したビーム１２０６は第３のＶＢＧ１２３６に入射する。前記第３のＶＢＧ１２３６は、前記第１のＶＢＧ１２３２のように波長λ１を有する光が前記第３のＶＢＧ１２３６から第１の角度αで前記ＶＢＧ１２３６の前記出口面１２３６Ｂに向かって偏向するように作られる。図のように、前記ＶＢＧ１２３６はそのグレーティング・ベクトルＡ及び出口面１２３６Ｂが前記装置の前記光軸ｘに既知の角度φ（<９０°）で配置される。波長λ３を有する光１２０３は前記第３のＶＢＧ１２３６から既知の角度γで前記ＶＢＧ１２３６の前記出口面１２３６Ｂに向かって（前記光軸ｘに既知の角度で）偏向される。前記装置は前記偏向されたビーム１２０３を受信する第３の受光器１２１３を含む。前記第３のＶＢＧ１２３６は前記透過したビーム１２０６のその他の前記波長λ４〜λＮに透過型であり、それにより波長λ４〜λＮを有する第３の透過したビーム１２０７は前記光軸ｘに沿って前記ＶＢＧ１２３６を透過する。前記装置は前記透過したビーム１２０７を受信する第４の受光器１２１５を含む。
図１３は、本発明に従った、多数の単一（できれば同一の）ＶＢＧ素子から作られた複合ＶＢＧフィルター素子を含む装置を示す。機能においては、パッケージ内での配置及び個々の調整を除いて図１２に関連して上述された前記装置と似ており、前記素子はお互いに接触するように相応な固定具に適切に配置され、本技術分野で周知の適切な結合剤を使って取り外せないように接合し、複合機能を有する単一の合成素子を作成する。
このような配列で互いに前記個々のＶＢＧ素子を配置することはアセンブリの実用性に重要である。このようなコントロールを実行する方法は以下を含む：ａ）研磨、表面の平行性など記録材料のウエハーの適切な表面の前処理；ｂ）接合処理の間での前記素子の互いに対する適切な回転配向；ｃ）前記個々のＶＢＧ素子間の相対角度の調整するための目盛り付きスペーサの使用；ｄ）ホログラフィック記録処理間での前記記録レーザー・ビームに対するウエハーの傾斜角の正確なコントロール。
"積層カスケーディング（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｃａｓｃａｄｉｎｇ）"と呼ばれているこの方法では、前記記録処理の間で前記フィルターの前記直接多重化と同じパッケージ容積で前記グレーティング・パッキングの同じ密度を得ることができ、多重露光の必要性がなく且つ前記材料の大部分において個々のフィルターの物理的な重複、つまり障害がない。
図１３に示すように、光入力部１３１４は波長λ１〜λＮを有する光１３０４を伝送する。光１３０４は前記装置の光軸ｘに沿った一連のＶＢＧ素子１１３２〜１３３４に入射する。前記ＶＢＧ素子１３３２〜１３３４は、波長λ１を有する光１３０１が前記第３のＶＢＧ１３３４から第１の角度αで前記ＶＢＧ１３３４の出口面１３３４Ｂに向かって偏向し、波長λ２を有する光１３０２は前記第３のＶＢＧ１３３４から第２の角度βで前記ＶＢＧ１３３４の前記出口面１３３４Ｂに向かって偏向し、及び波長λ３を有する光１３０３は前記ＶＢＧ１３３４から第３のγで前記ＶＢＧ１３３４の前記出口面１３３４Ｂに向かって偏向するように作られる。前記装置は前記偏向したビーム１３０１を受信する第１の受光器１３１１と、前記偏向したビーム１３０２を受信する第２の受光器１３１２と、前記偏向したビーム１３０３を受信する第三の受光器１３１３とを含む。前記ＶＢＧｓ１３３２〜１３３４は前記入力光ビーム１３０４のその他の前記波長λ４〜λＮに透過的であり、それにより波長λ４〜λＮを有する透過したビーム１３０５は前記光軸ｘに沿った前記ＶＢＧｓ１３３２〜１３３４を透過する。前記装置は前記透過したビーム１３０４を受信する第４の受光器１３１４を含む。
図１４は、本発明に従った装置であって、あらゆる単一の個々のＶＢＧ素子が使われ、異なる方向から複数のパスが通ることを許容することにより幾つかの波長チャネルを処理する装置を示す。その最も単純な形として、いわゆる"ダブルパス構造"は以下のように機能する。
単一で個々のＶＢＧ素子の一組は図１２に関連して上述したように一列に配置される。鏡が前記素子の一連の端に置かれ、前記透過された光が同じ素子へ反射して戻される。これは前記一連の素子それ自身に折り返す効果がある。前記鏡の角度は僅かに調整され、それにより前記反射して戻る光の角度は前記順方向へ伝播する光と若干異なるようになる。この角度は前記ＶＢＧの中心波長を望ましい値に合せるようにして調整される。
このような実施形態において、前記ＶＢＧ素子のそれぞれを二回以上使うことを許容する前記方法は、ＶＢＧ素子の数を増やすことなしにフィルターの数を効果的に増やすことができ、それにより前記パッケージの全体のサイズを実質的に同じにまで抑えることがきる。また、マルチパスの折り返し構造も可能であり、追加の鏡を前記ＶＢＧ素子の前記一連の始めに、前記軸から僅かに外れた角度と間隔で置く。
図１４に示したように、光入力部１４１５は波長λ１〜λＮを有する光１４０５を伝送する。光１４０５は第１のＶＢＧ素子１４３２に前記装置の光軸ｘに沿って入射する。前記第１のＶＢＧ１４３２は、波長λ１を有する光１４０１が前記第１のＶＢＧ１４３２から角度αで前記第１のＶＢＧ１４３２の出口面１４３２Ｂに向かって偏向するように作られる。前記第１のＶＢＧ１４３２は前記入力光ビーム１４０５のその他の前記波長λ２〜λＮに透過的であり、それにより波長λ２〜λＮを有する透過したビーム１４０６は前記光軸ｘに沿って前記ＶＢＧ１４３２を透過する。
前記透過したビーム１４０６は第２のＶＢＧ素子１４３４に入射する。前記第二のＶＢＧ１４３４は、波長λ２を有する光１４０２が前記第２のＶＢＧ１４３４から角度βで前記第２のＶＢＧ１４３４の出口面１４３４Ｂに向かって偏向するように作られる。前記第２のＶＢＧ１４３４は前記透過したビーム１４０６のその他の前記波長λ３〜λＮに透過的であり、それにより波長λ３〜λＮを有する透過したビーム１４０７は前記光軸ｘに沿って前記ＶＢＧ１４３４を透過する。
前記透過したビーム１４０７は鏡１４２０に変向され、この鏡は前記装置の前記光軸ｘに角度φで配置される。前記反射したビーム１４０８は前記出口面１４３４Ｂに角度φで前記第２のＶＢＧ１４３４に入射する。前記第２のＶＢＧ１４３４は、波長λ３を有する光１４０３が前記第２のＶＢＧ１４３４から角度γで前記第２のＶＢＧ１４３４のその前記入口面１４３４Ａに向かって偏向する。前記第２のＶＢＧ１４３４は前記反射したビーム１４０８のその他の前記波長λ４〜λＮに透過的であり、それにより波長λ４〜λＮを有する反射したビーム１４０９は前記ＶＢＧ１４３４を透過する。
前記反射したビーム１４０９は前記出口面１４３２Ｂに角度φで前記第１のＶＢＧ１４３２に入射する。前記第１のＶＢＧ１４３４は、波長λ４を有する光１４０４が前記第１のＶＢＧ１４３４から角度δで前記第１のＶＢＧ１４３２の前記入口面１４３２Ａに向かって偏向するように作られる。前記第１のＶＢＧ１４３２は前記反射したビーム１４０９のその他の前記波長λ５〜λＮに透過的であり、それにより波長λ５〜λＮを有する反射したビーム１４１０は前記ＶＢＧ１４３２を透過する。
前記装置は前記偏向したビーム１４０１を受信する第１の受光器と、前記偏向したビーム１４０２を受信する第２の受光器と、前記偏向したビーム１４０３を受信する第３の受光器と、前記偏向したビーム１４０４を受信する第４の受光器とを含む。また、前記装置は前記反射したビーム１４１０を受信する第５の受光器を含む。
前記上述した技術は全て、例えば、１つの波長を除く全てに透過型、角度可変性、厚い材料の容積に全体に分散する機能性、物質的剛性及び寸法安定度、優れた研磨特性などのＶＢＧの特性を最大限に活用するために最適化されるものと理解されるべきである。
ＶＢＧ素子を経済的に製造する方法
ＶＢＧ素子の製造において、このような素子の生産コストを最小にすることは一般に望まれている。この理由により、各素子のホログラフィック記録を個別にすることは、前記大容積の用途の大部分若しくは全てにとってけた違いの費用がかかる可能性がある。本発明に従ったこのような素子の費用効率の高い生産方法を多数ここで説明する。
図１５に示す第１の方法は、ホログラムの固有の特性を十分に引き出すものであって、記録ホログラムの各微小な部分は記録オブジェクトについての十分及び完全な情報を所有する。ＰＲＧプレートに記録された前記ＶＢＧフィルターに適用する際には、そのようなプレート（若しくはウエハー）の各それぞれは前記ウエハーが全体で持っているのと同じフィルター特性を有するものである。このため、大型ウエハー１５００を例えばのこぎりなどの適切な裁断装置を使ってさいの目に切り、それぞれを完全なフィルター機能性を有する多数の比較的小さな個々のＶＢＧ素子１５０２にする。このプロセスに従うことにより、記録および検査作業の数を劇的に減らすことができ、これにより前記ＶＢＧ素子の生産コストを減らすことができる。
本発明に従った第２のコスト削減方法は、同一の特性を持つフィルターの繰返し製造である。このような方法は特に大量生産環境に適している。このような環境での複雑な形状を有するフィルターの再生産は例えば、そのスペクトル形状上で完全な制御を達成するために複数の照射工程が必要であって、結果として法外に長く複雑な製造作業が必要になる。しかし、ホログラフィでは前記記録波面の再構築を正確に完全に行なえるので、忠実にオリジナルを辿らなくても前記再構築された波面のホログラムを記録することによって同じ結果を達成することができる。
この方法は以下を含む：ａ）"バージン（ｖｉｒｇｉｎ）"記録ウエハーを記録"マスター（ｍａｓｔｅｒ）"ホログラムに直接位置させる；ｂ）前記マスターの記録の際に行なわれたものと全く同様の方法で参照光を前記マスター・ホログラムに変向する。前記透過した参照波及び前記再構築した物体波は前記マスター・ホログラムの背面で再び干渉する。従って、新しいホログラムが前記バージンウエハーに記録され、それは前記マスターの正確な複製物である。
この方法の利点は以下のものを含むがこれに限定されるものではない：ａ）より高い安定性（位相変動に敏感に反応しない）；ｂ）より簡単な工程（フィルター形状の制御が不要）；ｃ）マスターウエハーに直接接触するように配置されてこの接触面で屈折率整合流体が使用される場合には、前記バージンウエハーの研磨作業が不要；ｄ）より短いサイクル時間（より高い処理能力）。
フィルター応答関数をコントロールする方法
例えば光ファイバー装置などの実際の適用において、フィルターのスペクトル形状を使用して光の波長を望ましい方法で操作する。前記フィルター形状は、隣接チャネル・アイソレーション、クロストーク（混信）、圧縮比のような装置パラメータを決定する。従って、前記ＶＢＧフィルターの前記スペクトル形状を制御する能力によって、実際に使用可能な装置と使用不可能な装置との違いを生む。
ブラッグ回折（Ｂｒａｇｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）（Ｋｏｇｅｌｎｉｋを参照）の一般理論によれば、ＶＢＧで作成されたフィルターのスペクトル形状はフーリエ変換により、影響を受けた光波の伝播の方向に沿って前記ＶＢＧの振幅と位相（包路線）とに関連している。従って、望ましいスペクトル形状を持つフィルターを作成するには両方を制御できることが望まれる。
本発明に従ったＶＢＧフィルターのスペクトル形状を制御する方法は、レンズの前記フーリエ変換特性の使用及び前記ホログラフィック記録方法の位相獲得能力（ｐｈａｓｅ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ）に関連している。図１６Ａに示してあるように、あらゆる望ましいスペクトル形状を持つＶＢＧフィルターを作成する方法１６００は、以下のようにして実行できる。前記望ましいスペクトル形状を表すマスク１６０２は、前記ホログラフィック記録設定の前記オブジェクト・アームに位置しているレンズ１６０４の前側焦点面に位置する。記録媒体サンプル１６０６（例えば、ガラスウエハー）は前記同一のレンズの後側焦点面に位置する。前記ホログラフィック記録設定の平面波面参照光は前記サンプル上の物体波と重なり、記録されている前記ＶＢＧフィルターの目標動作可能波長により要求される角度でそれに対する。
上述したように配置すると、前記レンズは前記マスクの正確なフーリエ変換を前記記録媒体に直接作成する。平面参照波を持つコヒーレント干渉により、前記フーリエ変換の振幅と位相の両方が前記記録媒体に焼き付けられ、前記ＶＢＧの振幅及び位相（包絡線）に転写する。前記記録グレーティング面にほとんど清浄な光線を伴って再構築（若しくは、"リード（ｒｅａｄ）"）される際、このように記録されたＶＢＧフィルターのスペクトル反応は前記レンズの前記前側焦点面に位置づけられた前記マスクの形状を撮る。
この方法により、前記スペクトル反応機能の形状の実質的に任意の複雑性を伴ってフィルターの単一露出記録が可能であり、"平行法"若しくは"ホログラフィック・フィルター・インプリント法"と呼ばれている。
本発明に従ったホログラフィック・フィルター・インプリント法は、透過型ＶＢＧフィルターのフィルター応答機能を形成する作業にも同様に適用される。前記グレーティング面の方向に関連してアポダイジング・マスクの適切なバランスを選択することによって、また同様に前記ＶＢＧ素子の適切な入口及び出口面を選択することによっても達成できる。
透過型及び反射型ＶＢＧｓを作成する典型的な方法が図１６Ｂ及び図１６Ｃでそれぞれ示されている。図のように、スリット１６１４を有するマスク１６１２は前記レンズの前側焦点面に位置される。前記マスクを通るまぶしい光は方形波１６１６を生成する。前記光が前記レンズを通過する際、前記方形波のフーリエ変換１６１８は前記サンプル１６２０にインプリントされる。再構築される際、前記ＶＢＧフィルター１６２０に記録されたパターン１６２２のスペクトル反応は方形波１６２４の形状を取る。前記グレーティング面に関する前記マスクのバランス次第で、前記ＶＢＧを反射型（図１６Ｂに示す）若しくは透過型（図１６Ｃに示す）にできる。
透過型ＶＢＧフィルターの形状を制御する方法
さらに、透過形状でＶＢＧフィルター機能を扱う際には、前記フィルターの前記スペクトル形状を操作するのに異なる方法を採る。この場合、図１７に示された方法は同じ容積の前記記録材料での複数の順次露出を有する。各露出は単一面ＶＢＧを作り出すが、マルチグレーディングの記録後、任意形状のフィルターは記録ＶＢＧｓのコヒーレント追加により構築される。ボリューム・ブラッグ・グレーティングは正弦波の具現であり、従ってそれらのコヒーレント合計は包絡関数のフーリエ変換である。
このため、任意の振幅及び位相包絡関数の相似表現は一連のホログラフィック露出により構成でき、提供される適切な制御によりそのような一連の露出で記録されたグレーティングの前記振幅及び前記相対位相が実行される。このような制御は前記記録ＶＢＧｓの前記位相のアクティブ測定及び安定化の技術を用いることにより達成できる。
図１７に示すように、バージンサンプル１７０２は第１の一対の入射ビーム１７１２及び１７１４に曝される。ビーム１７１２はバージン・サンプル１７０２の入口面１７０２Ａにこの入口面１７０２Ａに対して角度αで（図のように、グレーティング・ベクトルＡに対して）入射する。ビーム１７１４は前記バージン・サンプル１７０２の前記入口面１７０２Ａにこの入口面１７０２Ａに対して角度βで（図のように、グレーティング・ベクトルＡに対して）入射する。従って、第１のホログラフィック・サンプル１７０４は第１のホログラフィック・イメージ１７２２を有して形成される。
次に、前記第１のホログラフィック・サンプル１７０４は第２の一対のビーム１７１６及び１７１８に曝される。ビーム１７１６は前記第１のホログラフィック・サンプル１７０４の入力面１７０４Ａにこの入力面１７０４Ａに対して角度γで（図のように、グレーティング・ベクトルＡに対して）入射する。ビーム１７１８は前記ホログラフィック・サンプル１７０４の入力面１７０４Ａにこの入力面１７０４Ａに対して角度δで（図のように、グレーティング・ベクトルＡに対して）入射する。従って第２のホログラフィック・サンプル１７０６は第１のホログラフィック・イメージ１７２４を有して形成される。
ＶＢＧチップ
図１８は、本発明に従って統合されたＶＢＧ"チップ"を示す。図のように、前記ＶＢＧチップ１８００は複数のホログラフィック・イメージ若しくは"グレーティング"が記録されるモノリシックガラス構造である。光入力部１８１５は波長λ１〜λＮを有する光１８０５を伝送する。平行である光１８０５は第１のグレーティング１８２２に入射する。グレーティング１８２２は、波長λ１を有する光１８０１がグレーティング１８３２によって受信されるような角度で偏向するように記録される。グレーティング１８３２は、前記チップ１８００からの前記光１８０１を受光器１８１１へ変向するように記録される。グレーティング１８３２は入力ビーム１８０５のその他の前記波長λ２〜λＮに透過的であり、これにより波長λ２〜λＮを有する透過したビーム１８０６は前記グレーティング１８２２を透過する。
前記透過したビーム１８０６はグレーティング１８２４に入射し、このグレーティング１８２４は波長λ２を有する光１８０２がグレーティング１８３４によって受信されるような角度で偏向するように記録される。グレーティング１８３４は、前記チップ１８００からの光１８０２を受光器１８１２の方向へ偏向するように記録される。グレーティング１８２４は前記ビーム１８０６のその他の前記波長λ３〜λＮに透過型であり、これにより波長λ３〜λＮを有する透過したビーム１８０７はグレーティング１８２４を透過する。
同様に、前記透過したビーム１８０７はグレーティング１８２６に入射し、このグレーティング１８２６は波長λ３を有する光１８０３がグレーティング１８３６によって受信されるような角度で偏向するように記録される。グレーティング１８３６は、前記チップ１８００からの光１８０３を受光器１８１３の方向へ偏向するように記録される。グレーティング１８２６は前記ビーム１８０７のその他前記波長λ４〜λＮに透過型であり、これにより波長λ４〜λＮを有する透過したビーム１８０８はグレーティング１８２６を透過する。
前記透過したビーム１８０８はグレーティング１８２８に入射し、このグレーティング１８２８は波長λ４を有する光１８０４がグレーティング１８３８によって受信されるような角度で偏向するように記録される。グレーティング１８３８は、前記チップ１８００からの前記光１８０４を受光器１８１４の方向へ偏向するように記録される。グレーティング１８２８は前記ビーム１８０８のその他前記波長λ５〜λＮに透過型であり、これにより波長λ５〜λＮを有する透過したビーム１８０９はグレーティング１８２８を透過する。前記透過したビーム１８０９は受光器１８１５の方向に変向される。図のように、前記受光器１８１１〜１８１４及び１８１６のそれぞれは例えば光ファイバーである。前記受光器１８１１〜１８１４及び１８１６の何れか若しくは全てを束ね合せて光ファイバーリボンなどを形成することができる。
図に示されたＶＢＧチップは以下の方法に従って作成できる。１若しくはそれ以上の入射ビームをバージン・サンプルの第１の位置の方向に向ける（例えば、グレーティング１８２２を形成する）。次に、前記ビームを消し、前記入射ビームが前記サンプルの第２の位置の方向に向かうように（例えば、グレーティング１８２４を形成するために）前記サンプル若しくは照明源のどちらかを配置する（例えば、前記サンプルは必要に応じて横方向に移動及び／若しくは回転する）。この処理を望ましいグレーティングが全て記録されるまで繰り返す。
上に述べてきたように、ボリューム・ブラッグ・グレーティングを有する光ファイバー装置及びそれを製造する方法を説明してきた。当業者は多くの変更及び修正が本発明の好ましい実施形態に加えられ、そのような変更及び修正が本発明の本旨を逸脱しない範囲において行なわれることを認識する。本発明に従って作成される装置の例として、１ｘＮレーザー光源コンバイナー、多重チャネル送受信モジュール（トリプレクサを含む）、光ａｄｄ−ｄｒｏｐマルチプレクサ、ターミナル・マルチプラクサ、ネットワーク・モニター、波長ロッカ、チューナブル・フィルター、チューナブル・ゲイン・イコライザ、分散補償器、および同種のものを含むがこれに限定されるものではない。
本発明の特定の好ましい実施形態をここで図面を参照して詳しく説明する。当業者は前記図面について本明細書で与えられている説明が模範的な目的を示すのみで本発明の範囲を限定する目的が決してないことを理解するであろう。
図１Ａおよび１Ｂは、反射および透過型ＶＢＧｓをそれぞれ示す。 図１Ａおよび１Ｂは、反射および透過型ＶＢＧｓをそれぞれ示す。 図２は、ＶＢＧの透過特性を実例によって示す。 図３は、複数の光入力部を単一の光ファイバー出力に結集する本発明に従った装置の模式図である。 図４は、本発明に従った装置の好ましい実施形態の斜視図である。 図５は、図４で示した装置の内部を示す。 図６は、本発明に従った装置のもう１つの好ましい実施形態の斜視図である。 図７は、図６で示した装置の模式図である。 図８は、本発明に従った装置のもう１つの好ましい実施形態の傾斜図である。 図９は、本発明に従ったＤＷＤＭ複数ソース結合器の模式図である。 図１０は、本発明に従った光ａｄｄ−ｄｒｏｐマルチプレクサの模式図である。 図１１は、本発明に従ったマルチチャネル波長モニターの模式図である。 図１２は、本発明に従った光ファイバー装置の複数のＶＢＧｓのチェーン・カスケーディングを示す。 図１３は、本発明に従った光ファイバー装置の複数のＶＢＧｓの積層カスケーディングを示す。 図１４は、本発明に従ったマルチパス装置を示す。 図１５は、本発明に従ったＶＢＧｓを製造する方法を示す。 図１６Ａ〜１６Ｃは、本発明に従ったＶＢＧｓを製造する別の方法を示す。 図１６Ａ〜１６Ｃは、本発明に従ったＶＢＧｓを製造する別の方法を示す。 図１６Ａ〜１６Ｃは、本発明に従ったＶＢＧｓを製造する別の方法を示す。 図１７は、本発明に従ったＶＢＧｓを製造するさらに別の方法を示す。 図１８は、本発明に従った統合されたＶＢＧ"チップ"を示す。

Claims (23)

  1. 光ファイバー装置であって、
    光ファイバーの範囲内の波長を有する入力放射線を提供する光入力と、
    前記入力放射線を変向する透過型ボリューム・ブラッグ・グレーティング（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＶＢＧ））素子と、
    前記変向された放射線を受信する受光器と、
    を有する光ファイバー装置。
  2. 請求項１の光ファイバー装置であって、この光ファイバー装置は、さらに、
    前記ＶＢＧ素子を透過した放射線を受信する第２の受光器であって、この透過した放射線は前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の受光器。
  3. 請求項１の光ファイバー装置であって、この光ファイバー装置は、さらに、
    前記ＶＢＧ素子を透過した放射線を変向する第２の透過型ＶＢＧ素子であって、この透過した放射線が前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する、第２の透過型ＶＢＧ素子と、
    前記変向された放射線を受信する第２の受光器と、を有するものである。
  4. 請求項３の光ファイバー装置であって、この光ファイバー装置は、さらに、
    前記第２のＶＢＧ素子を透過した第２の透過した放射線を受信する第３の受光器であって、この第２の透過した放射線は前記光ファイバーの範囲内の第３の波長を有する、第３の受光器を有するものである。
  5. 請求項１の光ファイバー装置であって、この光ファイバー装置は、さらに、
    前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の入力放射線を提供する第２の光入力であって、前記受光器はこの第２の入力放射線を受信する、第２の光入力部を有するものである。
  6. 請求項５の光ファイバー装置において、前記ＶＢＧは第２の入力放射線を前記受光器に向けて変向するものである。
  7. 請求項５の光ファイバー装置において、前記第２の光入力部は第３の波長を有する第３の入力放射線を提供し、前記ＶＢＧ素子は前記第３の入力放射線を第２の受光器に向けて変向するものである。
  8. 請求項１の光ファイバー装置において、前記光入力部は光ファイバーを有するものである。
  9. 光ファイバー装置であって、
    光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入力放射線を提供する光入力部と、
    感度を高めた石英ガラスから作られたボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）であって、前記入力放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された放射線を変向する、前記ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と、
    前記第１の変向された放射線を受信する受光器と、
    を有する光ファイバー装置。
  10. 光ファイバー装置であって、
    光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入力放射線を提供する光入力部と、
    前記入力放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された放射線を変向する第１のボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と、
    前記第１のＶＢＧ素子から第１の透過した放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の変向された放射線を変向する第２のＶＢＧ素子と、
    前記第１の変向された放射線を受信する第１の受光器と、
    前記第２の変向された放射線を受信する第２の受光器と、
    を有する光ファイバー装置。
  11. 請求項１０の光ファイバー装置において、前記ＶＢＧ素子は前記光ファイバー装置の光軸に沿って配置されるものである。
  12. 請求項１０の光ファイバー装置において、前記ＶＢＧ素子の１つの面は前記第２のＶＢＧ素子の１つの面に層状に張り合わせるものである。
  13. 光ファイバー装置であって、
    光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入力放射線を提供する光入力部と、
    前記入力放射線を受信して前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された放射線を変向するボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）と、
    前記ＶＢＧから受信した第１の透過した放射線をこのＶＢＧの中へ反射して戻す反射器であって、これにより前記ＶＢＧが前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の変向された放射線を変向する、反射器と、
    前記第１の変向された放射線を受信する第１の受光器と、
    前記第２の変向された放射線を受信する第２の受光器と、
    を有する光ファイバー装置。
  14. フィルター応答をコントロールする方法であって、この方法は、
    ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子の望ましいフィルター応答に一致するマスクを提供する工程と、
    第１の記録ビームを前記マスクを通して透過させ、これにより前記第１の記録ビームがレンズを通ってこの第１の記録ビームの波長に敏感なガラスへ透過する工程と、を有し、
    前記レンズは前記マスクと関連して伝達関数の光学的フーリエ変換を実行するようになっているものである。
  15. 請求項１４の方法であって、この方法は、さらに、
    前記第１の記録ビームと一緒に第２の記録ビームを前記ガラスに透過させる工程を有しており、前記第２の記録ビームは一般に前記第１の記録ビームと同一の波長を有し、このため前記第１及び第２の記録ビームはコヒーレントになるものである。
  16. ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子を製造する方法であって、この方法は、
    指標ベクトルを有する大型ウエハーＶＢＧを形成する工程と、
    前記大型ウエハーＶＢＧを複数の個々のＶＢＧ素子に分割する工程と、を有し、
    前記個々のＶＢＧ素子のそれぞれは前記大型ウエハーＶＢＧの前記指標ベクトルを保持するものである。
  17. 請求項１６の方法において、前記大型ウエハーＶＢＧを分割する工程はこの大型ウエハーを前記複数の個々のＶＢＧ素子にさいの目に切る工程を有するものである。
  18. ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）素子の製造方法であって、この方法は、
    一対の記録ビームを使って第１のＶＢＧ素子を形成する工程と、
    前記第１のＶＢＧを複製し、第２のＶＢＧを形成するための単一の記録ビームを使用する工程と、
    を有するものである。
  19. ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）チップであって、
    複数のボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧｓ）が記録されたモノリシックガラス構造を有するものである。
  20. 請求項１３のＶＢＧチップであって、
    前記ガラスの第１の位置で記録された第１のグレーティングを有するものであって、この第１のグレーティングは光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入射光を受信して、前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された光を変向するようになっているものである。
  21. 請求項１４のＶＢＧチップであって、
    前記第１の変向された光を受信して、前記ガラスの第２の位置で記録された第２のグレーティングを有するものであって、この第２のグレーティングは前記ガラス構造からの第１の変向された光を変向するようになっているものである。
  22. 請求項１４のＶＢＧチップであって、
    前記第１の変向された光を前記第１のＶＢＧから受信して、前記ガラスの第２の位置に記録された第２のグレーティングを有するものであって、この第２のグレーティングは前記光ファイバーの範囲内の第２の波長を有する第２の変向された光を変向するようになっているものである。
  23. 光ファイバ−装置であって、
    光ファイバーの範囲内の複数の波長を有する入力放射線を提供する光入力部と、
    複数のボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧｓ）が記録されたモノリシックガラス構造であって、このＶＢＧｓの少なくとも１つが前記光ファイバーの範囲内の第１の波長を有する第１の変向された光を変向するようになっている、前記モノリシックガラス構造と、
    前記変向された放射線を受信する受光器と、
    を有する光ファイバー装置。
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