JP2001066442A

JP2001066442A - グレーティング加工装置

Info

Publication number: JP2001066442A
Application number: JP33705899A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugidachi; 厚志杉立; Hiroyuki Kono; 裕之河野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-03-16
Also published as: US20010012138A1

Abstract

(57)【要約】【課題】コア部に光照射を受けて屈折率が変化しやす
くするＧｅＯ₂が数％程度添加されている素材を用いた
光ファイバに格子状の光を照射してファイバグレーティ
ングを製作する装置がある。しかし、従来のものは格子
状の光を作るのに露光フィルターを用いていたので、グ
レーティングの寸法精度を充分高くすることは難しかっ
た。【解決手段】光源からの光を、フーリェ変換型位相ホ
ログラム３によって複数の格子状に分岐した光に分け、
単レンズ４によってファイバ１上に格子１００の像を結
像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光デバイス（導
波路グレーティング、ファイバグレーティング）の屈折
率グレーティング加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は例えば特開平９−３１１２３８
号公報に示された従来の導波路グレーティングあるいは
ファイバグレーティングの加工装置の説明図である。図
に於いて１は被加工物である光ファイバ（以下ファイバ
という）で図示しないコア部分はＳｉＯ₂で、光照射に
よって屈折率に変化を起こし易くするＧｅＯ₂が数％程
度添加されている。２は加工するために照射する照射光
束、１２は加工の種類（目的）に応じて使い分ける各種
の特性を持った露光マスク、１３は光学系（例えばレン
ズ）であり、露光マスク１２上の光分布をファイバ１に
転写するものである。

【０００３】露光マスク１２として、例えば格子状の光
強度分布を生じるものを使用しておくと、照射光束２は
露光マスク１２を透過したのち格子状の強度分布に変調
される。光学系１３として例えば縮小転写レンズなどが
用いられているとファイバ１に所望の寸法の格子状の光
が照射され、ファイバ１のＧｅＯ₂が添加されているコ
ア部分のうち照射光束に照射された部分のみが選択的に
屈折率変化を生じ、格子状の光強度分布に対応したグレ
ーティングが形成される。

【０００４】以上のようにして製作されたグレーティン
グの光学性能は形成された格子周期の寸法精度に大きく
依存する。例えば長周期ファイバグレーティングと呼ば
れる光デバイスの格子周期Λは数１０〜数１００（μ
ｍ）であり、デバイスで使用する中心波長λとの間で以
下の近似式（Ａ）のような比例関係が成り立つ。波長λ
は通信用の光デバイスの場合、１．５５（μｍ）近傍で
ある。 λ≒（Δｎ＋δｎ）・Λ ・・・（Ａ）

【０００５】ここでΔｎはファイバ１の図示しないコア
部とクラッド部の実効屈折率の差、δｎは照射光束に照
射されてコア部で選択的に生じた屈折率変化量で、それ
ぞれ典型的な値として、例えば実効屈折率の差は５×１
０^-3、屈折率変化量は１×１０^-4程度である。また、
グレーティング形成部の周期方向の全長は、典型的なサ
イズとしては２０〜６０（ｍｍ）程度である。

【０００６】ここで、露光用マスク１２の一般的なもの
の製作精度は±１００（ｎｍ）程度である。従って光学
系１３として用いる縮小転写レンズの転写倍率が１／４
倍であるとすると、被加工部での格子周期Λの精度は ±１００（ｎｍ）×１／４＝±２５（ｎｍ）となる。式（Ａ）のΛに２５（ｎｍ）を代入してλの精度を求め
ると±０．１３（ｎｍ）となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のとおり一般的な
通信用の光デバイスの場合、波長λは１．５５（μｍ）
近傍であるので精度は０．１（ｎｍ）より良い値となる
ことが望まれている。更に、最近は波長間隔が１（ｎ
ｍ）以下の複数波長を用いる要求も生じてきており、こ
の面からも高い精度が要求されるようになっている。し
かし説明したとおり、従来の方法によって製作されるフ
ァイバグレーティングの換算精度は０．１３（ｎｍ）な
ので精度としては不十分であるという問題があった。ま
た、今後更に波長λの高精度化が求められる趨勢にある
が、従来のグレーティングの製作方法では精度の向上が
期待できず、今後の高精度化に対応できないという問題
があった。

【０００８】また、光デバイスの中心波長λは１．５５
（μｍ）±０．３（μｍ）程度の範囲で任意に製作でき
ることが求められているが、従来の方法では予め用意さ
れた露光用マスクによって決まる周期でしか波長を変更
できず、波長を自由に変更することが困難であった。

【０００９】また、一般的なレーザビームサイズの３０
（ｍｍ）を越える長さ、例えば５０（ｍｍ）、１００
（ｍｍ）などのグレーティングを要する場合には、レー
ザビームとワーク部（露光用マスク、光学系など）をフ
ァイバ光軸方向に移動しつつ加工しなければならない
が、この移動のために精度が更に低下するという問題が
あった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、格子周期Λが２５〜１（ｎｍ）
程度の精度で得られるグレーティング加工方法を得るこ
とを目的とする。

【００１１】また、格子周期Λを容易に変更できるグレ
ーティング加工方法を得ることを目的とする。

【００１２】また、更に大きいグレーティングの加工に
際してもワーク部を移動する必要のないグレーティング
加工方法を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明によるグレーテ
ィング加工装置は、光照射によって屈折率変化を生ずる
素材を用いた光導波部を有する光導波路に、格子状の光
強度パターンを持つ照射光を照射して前記導波路上に屈
折率回折格子を形成するためのグレーティング加工装置
であって、光源と、この光源の光からフーリェ変換型位
相ホログラムを介して前記格子状の光強度パターンを持
つ照射光を生成する光学系とを備えたものである。

【００１４】また、光導波路は光照射によって屈折率変
化を生ずる素材を用いたコア部を有する光ファイバとし
たものである。

【００１５】また、光学系は光源からの入射光を予め定
めた任意の角度で分岐した複数の出射光束にする機能を
有するフーリェ変換型位相ホログラムと、このフーリェ
変換型位相ホログラムの複数の出射光束を光導波路上に
結像するレンズとを備えたものである。

【００１６】また、分岐された複数の出射光束の強度を
互いに異なるようにしたものである。

【００１７】また、複数の出射光束の相互間の角度を同
一角度であるようにしたものである。

【００１８】また、複数の出射光束の相互間の角度を全
て異なる角度となるようにしたものである。

【００１９】また、レンズはフーリェ変換型位相ホログ
ラムと光導波路との間に、位置が調整可能に設置された
単レンズである。

【００２０】また、レンズはフーリェ変換型位相ホログ
ラムと光導波路との間に、位置が調整可能に設置された
単レンズと円筒レンズで構成されているものである。

【００２１】また、単レンズと組み合わされる円筒レン
ズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向と平行であるよ
うにしたものである。

【００２２】また、単レンズと組み合わされる円筒レン
ズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向に直交し、か
つ、光源と光導波路とを結ぶ線に直交するようにしたも
のである。

【００２３】また、レンズはフーリェ変換型位相ホログ
ラムと光導波路との間に、焦点距離が調整可能な組合せ
レンズとしたものである。

【００２４】また、組合せレンズはレンズへの入射角度
と像位置が直線的に対応するように構成されたエフシー
タレンズとしたものである。

【００２５】また、組合せレンズは円筒レンズを有し、
この円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向と
平行であるようにしたものである。

【００２６】また、組合せレンズは円筒レンズを有し、
この円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向に
直交するようにしたものである。

【００２７】また、フーリェ変換型位相ホログラムは、
面内で任意の角度に固定できる回転機構を備えたもので
ある。

【００２８】また、フーリェ変換型位相ホログラムは異
なる複数の方向に任意の格子周期の出射光束を出力する
ものである。

【００２９】また、フーリェ変換型位相ホログラムから
分岐された出射光束はグレーティング加工部で、光源と
光導波路とを結ぶ線に直交する方向の強度分布が均一に
なるようフーリェ変換型位相ホログラムのパターンとレ
ンズの焦点距離とが決定されているものである。

【００３０】また、光源はＫｒＦエキシマレーザまたは
ＡｒＦエキシマレーザとしたものである。

【００３１】また、光源は炭酸ガスレーザとしたもので
ある。

【００３２】また、光源とフーリェ変換型位相ホログラ
ムの間に、光源の光束を光学系のフーリェ変換特性の逆
フーリェ変換により求まる形状に調整する光束調整手段
を備えたものである。

【００３３】また、光束調整手段は、光源とフーリェ変
換型位相ホログラムの間に挿入された移送変調素子を用
いたものである。

【００３４】また、光束調整手段は、光源として共振器
形態を変更して所望の光束分布のレーザ光を出力するレ
ーザ発振器を用いたものである。

【００３５】また、光束調整手段は、光源とフーリェ変
換型位相ホログラムの間にアパーチャを設けたものであ
る。

【００３６】また、光束調整手段は、光導波路の位置を
結像位置から前方、又は後方にずらせることによりフー
リェ変換特性を調整するものである。

【００３７】また、レーザー発振器にスペクトル狭帯域
化装置を付加して光源の波長純度を高めたものである。

【００３８】また、光ファイバを、照射光の光軸の中心
位置から、このファイバの長手方向に直交し、かつ、照
射光の光軸に直交する方向にずらせた位置に配置したも
のである。

【００３９】また、光ファイバは、ビーム照射領域の中
央から片側にのみ配置したものである。

【００４０】また、フーリェ変換型位相ホログラムとレ
ンズとの間隔を、該レンズの焦点距離に一致させたもの
である。

【００４１】また、光ファイバは、この光ファイバの一
端に接続された光源と、他端に接続されこの光ファイバ
に加工されたグレーティングの透過特性を測定する分光
器とを備えたものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１によるグレーティング加工方法を行うための設備
構成を図１に示す。図に於いて、１は被加工物であるフ
ァイバ（光照射によって屈折率変化を生じる素材をコア
部（光導波部）に用いて構成された光ファイバであり光
導波路の一種である。）、２は加工を行う為の照射光束
（照射光束２の詳細な説明は後述するが基本的にはレー
ザ光のような単一光であることが好ましい）、３はフー
リェ変換型位相ホログラム〔ホログラフィックオプティ
カルエレメント（ＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＯｐｔｉｃ
ａｌＥｌｅｍｅｎｔ；ＨＯＥ）、回折光学素子、計算
機ホログラム（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄ
Ｈｏｌｏｇｒａｍ；ＣＧＨ）などとも言う〕である。
４は焦点距離がｆ（ｍｍ）の単レンズである。そしてフ
ーリェ変換型位相ホログラム３と単レンズ４とファイバ
１は互いに平行に設置され、フーリェ変換型位相ホログ
ラム３と単レンズ４の距離は単レンズ４の焦点距離に相
当するｆ（ｍｍ）、単レンズ４とファイバ１の距離も単
レンズ４の焦点距離に相当するｆ（ｍｍ）に設定する。
フーリェ変換型位相ホログラム３と単レンズ４とは光学
系を構成している。

【００４３】図中に記載するＸ−Ｙ方向の記号は以後の
説明の都合上、フーリェ変換型位相ホログラム３の面に
平行でファイバ１の軸方向をＸ、フーリェ変換型位相ホ
ログラム３の面に平行でＸに直交する方向をＹとしてい
る。１０１はグレーテイング１００の写り方を説明する
ために、説明の都合上記載してあるスクリーンであり、
実際にはファイバ１を保持するため以外のものは何も必
要ではない。

【００４４】フーリェ変換型位相ホログラム３の詳細
は、例えばＷ．Ｈ．Ｌｅｅ”ＢｉｎａｒｙＣｏｍｐｕ
ｔｅｒ−ＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍｓ”，
Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１８，３６６１（１９７９）などの
文献に説明されているので詳細な説明は省略するが、合
成石英、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなど
の、紫外光に対して耐性があり、かつ、透過率の高い材
料で製作され、その表面に照射光束２の波長に対応する
位相パターンを形成したものである。

【００４５】即ち、照射光束２の波長に於ける材料の屈
折率をｎ、また、２以上の整数をｍとすれば、表面に深
さ方向に照射光束２の波長の１／（（ｎ−１）・ｍ）に
対応する凹凸パターンを形成し、入射光束２がフーリェ
変換型位相ホログラム３を通過する際、干渉効果を利用
して任意の所望の１次元方向または２次元方向に出射さ
せるものである。この凹凸パターンは０．１〜数１０
（μｍ）の１次元または２次元格子状に等間隔に形成す
る。この凹凸パターンが、面内で１次元の場合には、フ
ーリェ変換型位相ホログラム３を含む光学系によりファ
イバ１上でＸ方向のみにグレーティング形状の光強度分
布を実現することができる。この光強度分布によってフ
ァイバ１上に屈折率のグレーティング状分布を形成する
ことは従来と同じ原理なので説明は省略する。１次元の
凹凸パターンの場合、製造が容易なので安価になるとい
う利点がある。

【００４６】一例として、フーリェ変換型位相ホログラ
ム３により照射光束２を１ｍｒａｄの間隔で６０個の光
束に分岐する場合、単レンズ４の焦点距離ｆ＝３００
（ｍｍ）とすると、格子周期Λ＝３００（μｍ）の６０
本のグレーティング形状の光強度分布がファイバ１上に
実現できる。前述したとおりフーリェ変換型位相ホログ
ラム３と単レンズ４とファイバ１とは互いに単レンズ４
の焦点距離ｆ（ｍｍ）に相当する間隔で配置されている
ので、フーリェ変換型位相ホログラム３で等角度間隔に
分岐して出射した光束はファイバ１上に等間隔に転写、
集光される。

【００４７】本実施形態によれば単レンズ４の直径の大
きいものを用意しさえすれば、簡素な構成で一挙に長い
領域（単レンズ４の径に相当する範囲）のグレーティン
グ加工が実現できる。なお、図には示さないが被加工フ
ァイバ１を移動できるステージを用いることで、一括照
射によって加工できるサイズ以上のグレーティング１０
０の加工ができるようになる。図１の構成の場合グレー
ティング１００は前述のとおり６０本、３００（μｍ）
間隔であることから、１８（ｍｍ）以上のグレーティン
グ１００の製作に際してはファイバ１をその軸方向に移
動すればよい。

【００４８】照射光束２の実施の形態について説明す
る。光源としては水銀ランプなどの紫外線ランプや、紫
外レーザとしてエキシマレーザや波長変換固体レーザ、
また、応力緩和で光弾性効果による屈折率変化を引き起
こすために赤外波長の炭酸ガスレーザなどを用いること
ができるが、ここではエキシマレーザを例に説明する。
エキシマレーザはレーザとしては相対的にコヒーレンス
度（可干渉性）が低いため、電界振幅の重ね合わせより
も、強度の重ね合わせになりやすいため、強度の均一化
の面で都合がよい。例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長
λ＝２４８（ｍｍ））を用いた場合、該フーリェ変換型
位相ホログラム３の典型的な例としては、表面上の凹凸
パターンはＸ方向、Ｙ方向とも２（μｍ）ピッチ、ｍ＝
２の条件で合成石英（ｎ＝１．５）を用いると、溝深さ
は０．２５（μｍ）の２段階位相タイプとなる。２（μ
ｍ）ピッチの凹凸パターンは計算機によって最適化さ
れ、図１の例ではフーリェ変換型位相ホログラム３によ
り照射光束２をＸ方向には１ｍｒａｄ間隔で６０本に分
岐し、Ｙ方向には０．２ｍｒａｄ間隔で１００本に分岐
し、単レンズ４の焦点距離ｆ＝３００（ｍｍ）とする
と、Ｘ方向に格子周期Λ＝３００（μｍ）、Ｙ方向に均
一な６０本のグレーティング形状の光強度分布が実現で
きる。

【００４９】上記の構成ではフーリェ変換型位相ホログ
ラム３でＸ方向、Ｙ方向に分岐されたビームが、それぞ
れファイバ１上で、３００（μｍ）、６０（μｍ）の間
隔で集光されるが、照射光束２のＫｒＦエキシマレーザ
の発散角がそれぞれ０．５ｍｒａｄ、１ｍｒａｄ程度の
ため、Ｘ方向ではファイバ１上でのビーム広がり１５０
（μｍ）、Ｙ方向では３００（μｍ）となる。従ってＸ
方向には光強度分布のグレーティングが形成でき、Ｙ方
向では角分岐成分が重ね合わされ均一化される。

【００５０】Ｙ方向の各成分が重ね合わされる際にコヒ
ーレンス度が低い（この場合は、空間的なコヒーレンス
長がビームサイズの１／１０〜１／２００程度と短い）
ことから、重ね合わせ部分での光の干渉が発生しにく
く、各分岐光束の照射強度の単純な和となり、滑らかな
所望の分布形状が実現できる。この低いコヒーレンス度
はＡｒＦ、ＸｅＣｌ、Ｆ₂など各エキシマレーザに共通
の特徴であり、他のエキシマレーザを用いた場合も同様
である。

【００５１】なお、本発明に言う光源は、前述した水銀
ランプ、エキシマレーザ、波長変換固体レーザ、炭酸ガ
スレーザの他、イオンレーザ、レーザダイオードを言う
ものである。

【００５２】実施の形態２．図２にグレーティング全体
のＸ方向分布と、グレーティング１本のＸ方向分布とに
ついて説明するためその強度分布を示している。図に於
いて９８は櫛の歯形状の各櫛の歯部分内の強度分布、９
９はグレーティング全体のＸ方向分布の包絡線である。
図１のファイバ１上に結ばれる像のＸ方向の照射強度分
布について、グレーティング１本ごとのＸ方向分布、即
ち、櫛の歯形状の各櫛の歯部分内の強度分布（図２に９
８として図示）と、グレーティング全体のＸ方向分布、
即ち、全櫛の歯の歯列内の強度分布（図２に９９として
図示）の２つの問題があるが、ここでは先ず前者、即
ち、グレーティング１本ごとのＸ方向分布９８、即ち、
櫛の歯形状の各櫛の歯部分内の強度分布について説明す
る。後者については実施の形態４で改めて説明する。

【００５３】図１の構成で結ばれる像面上のＸ方向強度
分布は、基本的に照射光束２のＸ方向ビーム強度分布の
フーリェ変換形となるため、Ｘ方向強度分布９８を１つ
の分岐光で形成する場合、例えばフーリェ変換型位相ホ
ログラム３へ入射する光束２がガウス強度分布であれ
ば、そのフーリェ変換形状であるガウス分布を実現でき
る。一方、入射光束２のフーリェ変換形とは異なる形状
にするには、フーリェ変換型位相ホログラム３のＸ方向
１次元凹凸パターンを変更して、１つの光強度分布のグ
レーティングを複数の分岐光の重ね合わせで形成するこ
とにより、櫛の歯１本のＸ方向強度分布９８を、任意の
所望のＸ方向の強度分布形状、例えば矩形波、サイン
波、ガウス波、三角波その他の波形に形成することがで
きる。

【００５４】実施の形態３．実施の形態２で説明したＸ
方向の強度分布の調整は、フーリェ変換型位相ホログラ
ム３の凹凸パターンが２次元で構成されておれば、その
ままＹ方向についても同様のことが成立する。しかし被
加工物が図１に示すような１次元的ファイバ１である場
合、Ｙ方向の強度分布はファイバ１の太さの数倍〜数１
００倍の幅に渡って均一化領域を設ける方が、ファイバ
１の設置位置の裕度が大きくなるという意味で好ましい
場合が多く、また、ファイバを複数本ならべて配置する
ことにより同時に加工できるという利点もある。フーリ
ェ変換型位相ホログラム３の２次元の凹凸パターンを調
整してＹ方向の強度分布を一定の幅に渡って均一化する
ホモジナイザとして利用してもよい。

【００５５】実施の形態４．グレーティング全体のＸ方
向分布、即ち、全櫛の歯の歯列内の強度分布について、
この強度の包絡線形状（図２の９９）も実施の形態２で
説明した櫛の歯一つの中での強度分布（図２の９８）の
調整と同様に調整する。例えば出射光束角度が入射光軸
から大きく異なるほどファイバ１上で重ね合わされる光
束を少なくし、その包絡線強度分布がガウス分布にした
がうように、フーリェ変換型位相ホログラム３の凹凸パ
ターンを形成しておけば、ファイバ１上の光格子の強度
分布は、図２の包絡線９９に示すように格子周期Λは一
定だが強度全体の包絡線はガウス分布に従った屈折率グ
レーティングを製作できる。アポダイズはガウス形状に
限らず、サイン波、三角波、矩形波など任意の強度分布
包絡線形状にすることができる。

【００５６】実施の形態５．実施の形態１の方法で製作
される屈折率グレーティングにおいて、フーリェ変換型
位相ホログラム３のＸ方向１次元凹凸パターンを変更す
ることにより、像面上でグレーティングを形成している
Ｘ方向の各櫛の歯の間隔を等間隔ではなく少しずつピッ
チをずらすようにする（いわゆるチャープを形成する）
ことができる。即ち、具体的には、フーリェ変換型位相
ホログラム３のＸ方向１次元凹凸パターンを像面上で空
間周期が例えば１０（μｍ）ピッチとなるような大きな
空間周期で構成した上で、１０〜２６０（μｍ）の間隔
の周期は表れないように、うまく凹凸パターンが負の干
渉となってキャンセルするが、２７０〜３３０（μｍ）
までの１０（μｍ）間隔の像面上周期が正の干渉をして
生成できるように構成することで、各櫛の歯を少しずつ
ずらすことが出来る。

【００５７】例えば３００（μｍ）の等間隔のグレーテ
ィングであったものを、２７０（μｍ）から３３０（μ
ｍ）まで連続的に周期変化するような一連のグレーティ
ングを形成させる。図３はチャープグレーティングの光
強度分布状態９２を説明するために等間隔グレーティン
グの光強度分布９１と並べて光強度分布を示した模式図
である。チャープグレーティングの状態９２では図の左
端部分での周期と図の右端部分での周期とが異なってい
る。この周期の変化は図の左端から右端にかけて、順次
生じるように形成されている。

【００５８】この結果、製作した導波路グレーティング
あるいはファイバグレーティングは通常の等間隔グレー
ティングによるサイン／コサイン関数型とは異なるフィ
ルタ特性を得ることができる。

【００５９】実施の形態６．実施の形態１の図１におい
て、フーリェ変換型位相ホログラム３と単レンズ４との
間隔ｆ、および単レンズ４とファイバ１との間隔ｆをｆ
の数％の範囲内で同時に同様に変化させることにより、
形成する格子周期Λを数％程度変化させることができ
る。上記数％以上の変化では単レンズ４の収差が大きく
なってよい結果を得ることはできなくなる。単レンズ４
等の位置の変更による方法で、更に大きく格子周期を変
更したい場合には、単レンズ４の焦点距離ｆを異なるも
のに変更した上で、フーリェ変換型位相ホログラム３と
単レンズ４との間隔、及び単レンズ４とファイバ１との
間隔を変更することにより実現できる。

【００６０】実施の形態７．実施の形態１の図１のもの
では照射光束２としては紫外レーザ光が用いられる例が
多いので単レンズ４は一般には紫外光に対して有用な石
英製のレンズとなる。そして石英レンズは価格的な面か
ら単レンズとして使用される例が多い。しかし、単レン
ズ４でなければならないということではなく、これを組
合せレンズ、あるいはレンズへの入射角度θと像位置が
リニアに対応するように製作されたいわゆるエフシータ
レンズ（ｆθ）を用いれば、より高精度なグレーティン
グが形成できる。

【００６１】組合せレンズの例を図４に示す。図に於い
て４１、４２は組合せレンズで、例えばそれぞれ同じ焦
点距離ｆ＝５４０（ｍｍ）を有する石英単レンズで構成
されている。レンズ間隔Ｌは調整可能で例えば２０〜２
００（ｍｍ）に調整できる。このような例の場合、フー
リェ変換型位相ホログラム３が分岐する出射光束の角度
間隔を１ｍｒａｄとすると、格子周期Λは２７０〜３２
５（μｍ）の範囲で可変とすることができる。また、例
えばレンズ間隔Ｌを電動ステージ等で制御することによ
り、その位置精度を１（μｍ）程度で制御できる。この
時格子周期Λの精度は約０．３（ｎｍ）となり、他の手
法では実現できない高精度な制御が可能となる。

【００６２】実施の形態８．実施の形態７で説明した方
法では、グレーテイング光強度の幅Ｗ（図５の図中に記
載、Ｙ方向の幅）はフーリェ変換型位相ホログラム３と
単レンズ４１、４２を組合せたレンズ（ズームレンズセ
ット）の性能で決定されるが、同時にこの組合せにより
格子周期Λも決定される。従って格子周期Λを優先して
決定すればズームレンズセット４１、４２にグレーティ
ング光強度またはその幅を調整する余裕はないことにな
る。

【００６３】上記の状況を改善し、レンズによる格子周
期の調整と、レンズによる光強度の調整とを独立して実
施できるようにするものを図５に示す。図に於いて６、
７はともに円筒レンズであり、テレスコープ系を構成
し、フーリェ変換型位相ホログラム３とズームレンズセ
ット４１との間に、円筒レンズ６、７の円筒軸がファイ
バ１の軸と平行する方向に設置されている。本構成の場
合、テレスコープ系６、７の倍率を３倍とするとファイ
バ１付近のグレーティング光強度の幅（図中にＷと記
載）は、１／３に縮小され、光強度は３倍に増大され
る。一方格子周期Λは円筒レンズ６、７がファイバ１の
軸方向には何の働きもしないことから変化がない。

【００６４】図５の方法によればテレスコープ系の倍率
を調整することにより格子周期Λとは関係なしに光照射
強度を調整できることにより、ファイバ１の加工部の設
置裕度を高め、照射光を狭い範囲に集めることにより、
加工時間を短縮したり、逆にテレスコープ系６、７を適
当なレンズに変えて倍率１以下の縮小系として、並列に
配置した複数本のファイバ１の同時加工を可能にする等
の効果が得られる。なお、テレスコープ系６、７をここ
では２個のレンズで図示説明しているが、同様の効果を
得る目的で、縮小、拡大率に応じて適当なレンズを任意
の個数用いてもよい。なお、図示しないが、円筒レンズ
６、７は組合せレンズ４１、４２と組み合わせる代わり
に、実施の形態１の図１で説明した単レンズ４と組み合
わせてもよい。

【００６５】実施の形態９．実施の形態８とは逆に、照
射強度に関係なしに格子周期Λを調整できるように構成
することもできる。図６はこのような目的のための構成
を示す。図に於いて、８、９はともに円筒レンズであ
り、テレスコープ系を構成し、フーリェ変換型位相ホロ
グラム３とズームレンズセット４１とのあいだに、円筒
レンズ８、９の円筒軸がファイバ１の軸と直交する方向
（Ｙ方向に平行）に設置されている。テレスコープ系の
倍率を調整することによりファイバ１上に結ぶ像の大き
さを引き延ばしたり縮めたりすることにより、格子周期
Λを光強度に関係なく調整可能となる。なお、ここでも
テレスコープ系６、７を２個のレンズで図示説明してい
るが、同様の効果を得る目的で、縮小、拡大率応じて適
当なレンズを任意の個数用いてもよい。

【００６６】実施の形態１０．図７に本発明の実施の形
態１０によるグレーティング加工装置の構成を示す。図
に於いて１０はフーリェ変換型位相ホログラム３の回転
機構であり、フーリェ変換型位相ホログラム３を保持す
るリング状のラックとこのギアを回転させるピニオンと
で構成され、フーリェ変換型位相ホログラム３をその面
内で任意の角度に回転させて固定、保持することができ
る。回転機構１０を操作して、照射光束２のＸ−Ｙ断面
形状とフーリェ変換型位相ホログラム３による出射光束
のＸ，Ｙ角度方向とを一致させる。例えばエキシマレー
ザのようなＸ方向、Ｙ方向の発散角が異なり、光束２の
断面で方向性を持つような光源を用いると、照射光束２
のＸ−Ｙ断面形状とフーリェ変換型位相ホログラム３に
よる出射光束のＸ，Ｙ角度方向とが一致しない場合、図
８（ａ）に示すように斜めに傾いたグレーティングが形
成されてしまうが、図７に示す回転機構１０により角度
を一致させると図８（ｂ）に示すような平行なグレーテ
ィングを形成できる。

【００６７】実施の形態１１．本発明によるグレーティ
ング加工装置の利用形態の一つについて図９により説明
する。図９のように石英基板２０の上に形成された断面
が矩形の導波路５０（ＰＬＣＰｌａｎｅｒＬｉｇｈ
ｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔと言う）に対して、フーリ
ェ変換型位相ホログラム３により１つの照射部だけでな
く、複数の照射部を断面が矩形の導波路５０上の任意の
位置に形成する。例えばＸ方向、Ｙ方向それぞれの像面
上での最小ピッチに対応するように、フーリェ変換型位
相ホログラム３のそれぞれの方向の凹凸パターン周期を
大きく取る。その上で像面上で必要でないピッチのパタ
ーンは、その周期が表れないように巧く凹凸パターンが
負の干渉をしてキャンセルするが、所望の像面上周期は
正の干渉をして生成できるように構成することで、複数
のグレーティング状の照射部を石英基板２０上の断面が
矩形の導波路５０上の任意の位置に形成することが出来
る。

【００６８】実施の形態１２．ファイバ１には、以上に
説明した光照射によって屈折率変化が大きく生じるもの
のほか、応力によって屈折率変化が大きく生じるものが
ある。ファイバ１として、このようなものを用いる場合
には、実施の形態１の図１の構成に於いて、光源として
炭酸ガスレーザを用いることでファイバ１あるいは導波
路（図示しない）の製作時に生じる応力をレーザ照射部
のみ選択的に熱緩和することにより、屈折率グレーティ
ングを形成することができる。なお、この場合の屈折率
グレーティングは応力の有無により屈折率が異なる光弾
性効果を利用しており、応力緩和されている領域と、応
力緩和されていない領域とが交互に配置されることで形
成され、先の実施の形態のものとは屈折率変化のメカニ
ズムが異なっている。

【００６９】実施の形態１３．一般に、近軸近似の適用
できる光学系では、入射光強度分布に対してフーリェ変
換された強度分布像が出射される。実施の形態１の図１
においては、位相ホログラムの機能を除いて考えると、
レンズ４、位相ホログラム３からレンズ４までの距離、
およびレンズ４から加工平面１０１までの距離、の３要
素からなる光学系により、位相ホログラム３へ入射した
光束の強度分布に対してフーリェ変換された強度分布が
加工平面１０１上に形成される事になる。これに位相ホ
ログラムの効果として、実施の形態１で用いた例をとる
と、Ｘ方向に６０分岐、Ｙ方向に１００分岐した、計６
０００の分岐ビームのフーリェ変換像が加工平面１０１
上に形成される。

【００７０】ここでＹ方向は隣り合う分岐光束を加工平
面１０１上で重ね合わせるが、Ｘ方向は６０の分岐光束
がそのままグレーティング１００の各櫛部を形成する。
すなわちＸ方向に関しては位相ホログラム３への入射強
度分布のフーリェ変換強度分布がグレーティング１００
の各櫛部を形成する形で被加工ファイバ１を照射する。
従って図１０に示すように光源からの照射光束Ｃ１を強
度変調マスクＣ２に透過させて所望の強度分布を持つよ
うにした光束２を、位相ホログラム３に入射させること
により、加工平面１０１上ではファイバ１に形成する屈
折率グレーティングの各櫛の屈折率分布形状を所望の形
状に形成できる。

【００７１】具体的には、例えば強度変調マスクＣ２に
よりＸ方向強度分布を矩形（トップハット形状）にした
光束２の場合、被加工ファイバ１を照射する櫛部はＳＩ
ＮＣ関数形状となる。また別な例として光束２が三角波
形状の場合には、照射部の櫛形状はＳＩＮＣ×ＳＩＮＣ
となる。なお、光束２は、上に説明したように解析関数
で表現できる強度分布のものである必要はなく、数値解
析にて所望の照射ビーム形状から逆フーリェ変換で必要
な光束２での強度分布を求めればよい。なお強度変調マ
スクＣ２は加工部と比べて相対的にエネルギー密度が低
いので、通常の強度変調マスク（例えばＣｒマスク）を
用いても良いが、より高エネルギー密度に対して耐光強
度が高く長期安定性の高い、誘電体多層マスクなどを用
いる手段、反射ミラー、アパーチャを用いる手段などが
ある。

【００７２】図１０の構成により、所望の櫛部形状を備
えた屈折率グレーティングを構成するに際し、例えば、
位相ホログラム３の凹凸パターンの周期を大きくし、か
つ入射ビーム光束２をそれに応じて拡大する等の経済的
に不利な方法をとることなく、強度変調マスクＣ２を交
換するだけで実現できる。ただし、既に論じているよう
に、位相ホログラム３の面と加工面１０１とはフーリェ
変換の関係にあるので、加工面１０１上でより細かい変
調を加えるためには位相ホログラム３上で、それに対応
した大きさのパターンを形成する必要がある。なお、強
度変調マスクＣ２の代わりに、前述した各手段や、レン
ズ、プリズム等（これらを総称して位相変調素子とい
う）を用いるとか、レーザ共振器自体を適当な安定型共
振器や不安定型共振器に変更したり、あるいは共振器に
位相変調素子を挿入したり、あるいはそれらを組み合わ
せて用いることで、入射光束２の強度分布および位相を
所定の状態にして、加工平面上で所望のＸ方向強度分布
を実現しても同様の効果を奏する。強度変調マスクＣ２
はこの発明に言う光束調整手段である。

【００７３】実施形態１４．位相ホログラム３に照射す
る光束２の強度分布形状を所望の形状に変更する手段
（光束調整手段）として、入射光束Ｃ１に対してアパー
チャを設け、その回折により強度分布形状を変更して位
相ホログラム３に入射させることで、さらにビーム形成
の自由度を上げることができる。例えば図１１は入射光
束Ｃ１の回折による強度分布変化の実例を示し、幅ａの
スリット形状のアパーチャに平行光を入射した場合の伝
搬距離による回折光強度分布の変化の様子を示した図で
ある。フレネル回折を表すこの例では、ｍは伝搬距離を
表す係数で、アパーチャからの距離は波長λを用いて
（ｍ・ａ²）／（２・λ）で表される。ｍ＝０．４では
矩形に近く、ｍ＝２以上では三角形状に近い。

【００７４】また、他の補助的手段として、加工平面１
０１の位置（即ち、光ファイバ又は光導波路の位置）を
結像位置から前方又は後方にデフォーカスする事により
形状を所望のものにすることができる。例えば図１２は
矩形（トップハット）強度分布形状の入射光束を図１の
光学系に適用した場合の±７ｍｍのデフォーカスによる
ビーム強度分布の形状変化であり、図のようにわずかの
デフォーカスによりＳＩＮＣ関数形状をトップハットに
近い形状に変化できる。

【００７５】実施形態１５．エキシマレーザーの場合、
一般に発振波長のスペクトル幅が広く、その結果スペク
トルずれによるぼけ、いわゆる色収差が加工面上に発生
する。例えばＫｒＦエキシマレーザーの場合、通常の発
振器による広帯域発振ではスペクトル半値幅は約０．４
ｎｍ（±０．２ｎｍ）であり、これに対応した合成石英
の屈折率の差は±０．０００１程度である。この屈折率
の差異により、位相ホログラムを含む屈折光学素子でズ
レが生じるので、この屈折率差を減らせば、像の精度が
より向上し、また加工平面に対して鉛直方向の裕度すな
わち焦点深度がより深くできる、等の効果が得られる。

【００７６】例えば波長の異なることから位相ホログラ
ム３による回折角度に以下に説明する程度の影響が出
る。中心波長λ０と、それとはΔλだけ異なる波長λ０
＋Δλが、格子ピッチｐの位相ホログラムに入射した場
合、中心波長の最大の回折角方向は±ａｒｃｓｉｎ（λ
０／（２・ｐ））であるが、それに対して波長λ０＋Δ
λの回折ズレ角は±Δλ／（２・ｐ）となる。具体的な
数値例では、例えば位相ホログラムの面内最小パターン
ピッチが１．２５μｍ、中心波長２４８．２ｎｍ、波長
ずれ０．２ｎｍ、屈折率差−０．０００１の場合、中心
波長の回折方向角度が９９．４ｍｒａｄに対して、波長
ずれ０．２ｎｍの光の回折方向角度は０．２ｍｒａｄず
れる。従って図１と同様の光学系では焦点距離ｆ＝３０
０ｍｍのレンズによるテレセントリック光学系を用いた
場合、図１３に示すように加工面上ではΔｘ＝２４μｍ
ずれることになる。なお図では簡単のため位相ホログラ
ムによる複数個の分岐光のうち１つのみに関して波長λ
０と波長λ０＋Δλの２つの波長の伝搬の様子をそれぞ
れ点線Ｃ３と実線Ｃ４で示した。

【００７７】そこで、レーザ発振器の共振器内に波長選
択素子としてエタロンや回折格子等を組み込んでスペク
トルの狭帯域化を行うと、例えばレーザー発振波長のス
ペクトル半値幅は約０．００１ｎｍ（±０．０００５ｎ
ｍ）等の実現が可能になる。この場合、屈折率の差も±
０．００００００２５程度になり、先の加工面上のずれ
は５４μｍから0.1 μｍと小さくすることができ、実質
的に全く色収差は影響無くなる。また結像位置での像の
ぼけを低減するだけでなく、加工面の焦点方向位置ずれ
（すなわち焦点深度）の裕度も色収差が無くなることに
より向上する効果が得られる。

【００７８】実施形態１６．位相ホログラム３は表面の
深さ方向に凹凸パターンを形成するが、その凹凸は加工
精度の限界に起因して設計値からのずれが生じる。その
誤差の影響は回折格子の設計値からのずれ、すなわち設
計上無くしたい０次光成分が発生するという形で現れ、
実用上望ましくない効果を現すことがある。ここで０次
光とは位相ホログラムを通過する際、全く出射角度の変
更を受けず直進方向に透過する光束である。さらに実施
形態１の場合、位相ホログラム透過後に、以降の光学系
により加工面１０１上で光軸中心位置集光スポットを形
成するものである。位相ホログラムからの０次光以外の
回折光により加工面上に形成した光照射パターン（ここ
ではグレーティング状パターン）に対して、最も広く用
いられる凹凸が１段階のみの２値（位相差πのみ。原理
説明におけるｍ＝２のケース。）位相ホログラム３では
通常、中心位置に０次光集光スポットができる。

【００７９】凹凸段数を２段階以上（ｍが３以上）の位
相ホログラムでは非対称な光照射パターンを形成できる
ので０次光集光スポットは中央部にこない形で設計が可
能で回折光による照射パターン部と０次光集光スポット
位置を加工平面上で離す事も可能であるが、その分コス
トが嵩み、また凹凸加工の必要精度が厳しくなるなどの
問題がある。そのため２値位相ホログラムに関して、以
下のような手段で０次光の影響を回避する。

【００８０】０次光集光スポットは、設計上の照射パタ
ーンとは異なる照射パターンを与えることになるので、
所望の照射光パターンをファイバ１に照射するため次の
ように加工平面内におけるファイバ１の配置を調整す
る。図１４は加工平面１０１上の平面図である。０次光
以外の回折光によるグレーティング形状照射パターンＣ
５、０次光集光スポットＣ６に対して、ファイバ１を集
光スポットＣ６と重ならないように照射パターンＣ５の
グレーティング軸と垂直な方向にずらして配置すること
で、０次光の影響を受けずに所望の形状の光照射を実現
できる。

【００８１】例えば合成石英を用いた位相ホログラムの
場合、表面の位相差は反応性イオンエッチングという技
術を用いて形成しているが、深さ方向の制御精度が空間
的な深さで１〜２ｎｍ程度、２４８ｎｍの場合の位相で
２０ｍｒａｄ程度が現状技術では限界である。位相ホロ
グラムの０次光透過成分の割合は位相差のπからのずれ
をΩで表すと（１−ｃｏｓ（Ω））／２と計算でき、こ
の場合、位相ホログラム透過直後の光量比で考えると０
次光成分は０．００１％程度と計算できる。しかし加工
面上で形成する光照射パターンでは、そのパターンに応
じて０次光成分がパターン内のピーク値の数倍に達する
こともあるなど影響は大きく異なる。また０次光集光ス
ポット周囲に本来の設計パターンがない場合は０次光ピ
ーク強度が小さくても影響が大きいなど、パターンに応
じて許容レベルも異なるので、本技術が必要となる。

【００８２】また既に述べたように、中央に０次光集光
スポットは形成されるので、グレーティングパターンの
うちグレーティング方向に関して中央より左右どちらか
片側のみをファイバ１に照射するようにしても、０次光
の影響を受けないグレーティング状照射を行うという意
味で同様の効果を奏する。この場合、実現手段として加
工面直前に遮光マスクを配置したり、照射したくない０
次光集光スポットを含む片側の光照射部ではファイバ１
を加工水平面内で曲げて照射部からはずす、あるいは加
工水平面とは鉛直方向にファイバ１を曲げて照射光をぼ
かして照射エネルギー密度を減らすことで事実上照射の
影響をなくす、などを行えばよい。

【００８３】実施の形態１７．光線の分岐点や光源がレ
ンズの主平面となす間隔が、該レンズの焦点距離ｆに一
致することを一般に片側テレセントリック光学系と呼
ぶ。この片側テレセントリック光学系においては、レン
ズを通過後の光線が全て光軸に平行な光線束となるとい
う特徴がある。実施の形態１７の発明は、これを実施の
形態１に記載のグレーティング加工装置に適用するもの
であり、その結果、光軸に垂直なワーク上に照射される
光線は全て垂直にワークに入射することになる。すなわ
ち、レンズの主平面とワークの間隔が該レンズの焦点距
離ｆからずれたときでも、格子状ビームのピッチΛは、
変化しない。このように片側テレセントリック光学系を
構成すれば、格子状ビームのそれぞれのビーム幅が変化
しない焦点深度内であれば、格子状ビームのピッチΛが
変化しない裕度の高いグレーティング加工装置とするこ
とができる。

【００８４】実施の形態１８．図１５に本発明の実施の
形態１８によるグレーティング加工装置の構成を示す。
図において、Ｃ７はグレーティングの透過特性を観測す
るための光源、Ｃ８はグレーティングの透過特性を観測
するための分光器である。このように、実施の形態１に
記載のグレーティング加工装置に、光源Ｃ７と分光器Ｃ
８を備えれば、グレーティングを加工している最中に、
グレーティングの加工状況を逐一観測することができる
ので、その測定結果を見ながら、光照射のエネルギー量
を調整することにより、より精密なグレーティングを加
工することができる。

【００８５】

【発明の効果】この発明のグレーティング加工装置は、
以上に説明したようにフーリェ変換型位相ホログラムを
用いて格子状の光強度パターンを生成しているので、格
子の精度を極めて高くし得るという効果が得られる。

【００８６】また、フーリェ変換型位相ホログラムは複
数の出射光束を出力するので、複数の加工部を一度に加
工できるという効果が得られる。

【００８７】また、フーリェ変換型位相ホログラムの複
数の出射光束は互いに異なる光強度に設定されるので複
数の加工部の加工内容を任意に設定できるという効果が
得られる。

【００８８】また、フーリェ変換型位相ホログラムの複
数の出射光束の相互間の角度は同一又は全て異なるよう
に設定され得るので、チャープ効果を付加したり付加し
なくしたりすることが出来る。

【００８９】また、位置が調整可能な単レンズまたは組
合せレンズを用いているので、その位置調整により格子
周期を微調整できるという効果が得られる。

【００９０】また、単レンズと円筒レンズ、あるいは組
合せレンズと円筒レンズを組み合わせて用いているの
で、より精度の高い格子を加工できるという効果が得ら
れる。

【００９１】また、組み合わせレンズは、エフシータレ
ンズを用いているので、より精度の高い格子を加工でき
るという効果が得られる。

【００９２】又、組合せレンズは円筒の軸方向が被加工
光導波路の軸方向と平行に設置した円筒レンズを用いて
いるので、円筒レンズの倍率を変更することにより格子
周期とは関係なしに光強度を独立して調整できるので複
数本の被加工ファイバの同時加工を可能とする効果が得
られる。

【００９３】また、組合せレンズは円筒の軸方向が被加
工光導波路の軸方向と直交して設置した円筒レンズを用
いているので、円筒レンズの倍率を変更することにより
光強度とは関係なしに格子周期を独立して調整できると
いう効果が得られる。

【００９４】また、フーリェ変換型位相ホログラムは、
面内で回転できるので、入射光束の発散角が方向により
異なる場合に、入射光束に合わせて調整できるという効
果が得られる。

【００９５】また、フーリェ変換型位相ホログラムは異
なる複数の方向に異なる格子周期の出射光束を出力でき
るので、任意の複数カ所に同時に異なる格子周期のグレ
ーティングを加工することが出来る。

【００９６】また、フーリェ変換型位相ホログラムから
の出射光は加工部で均一化されるように加算されるの
で、ファイバの設置位置誤差の裕度が大きくなり、ま
た、複数本のファイバの同時加工を可能とすることが出
来る。

【００９７】また、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザを用
いているので、効率的かつ高精度な加工ができるという
効果が得られる。

【００９８】また、炭酸ガスレーザを用いているので応
力緩和タイプの屈折率グレーティングを作製することが
できる。

【００９９】また、光源とフーリェ変換型ホログラムの
間に光束調整手段を備えているので、グレーティングの
各櫛の屈折率分布形状を所望の形にし易くなるという効
果が得られる。

【０１００】また、光束調整手段として強度分布マスク
を用いているので、安価に構成できる。

【０１０１】また、光束調整手段として光源用レーザ発
振器の共振器の形態を変更する方法とするので、装置の
構成が単純化できる。

【０１０２】また、光束調整手段として光源とフーリェ
変換型ホログラムの間にアパーチャを設けたので、装置
が安価に構成できる。

【０１０３】また、光束調整手段として加工平面の光軸
方向の位置を焦点位置からずらせたので、装置が安価に
構成できる。

【０１０４】また、光源のレーザ発振器にスペクトル狭
帯域化装置を付加したので、加工精度をより一層高める
ことができる。

【０１０５】また、加工される光ファイバの配置位置を
光軸の中心から、光ファイバの軸に直交する方向にずら
すようにしたので、加工精度が向上する。

【０１０６】また、加工される光ファイバの配置位置を
ビーム照射域の中央から外すようにしたので、加工精度
が向上する。

【０１０７】また、フーリェ変換型位相ホログラムとレ
ンズとの間隔を、該レンズの焦点距離に一致させたの
で、加工する光の平行度が高くなり、加工精度が向上す
る。

【０１０８】また、光ファイバの一端に接続された光源
と、他端に接続されこの光ファイバに加工されたグレー
ティングの透過特性を測定する分光器とを備えたので、
加工しながら光強度の調整を行うことができ、より精密
なグレーティングを加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるグレーティン
グ加工装置の構成図である。

【図２】アポダイズドグレーティングの分布説明図で
ある。

【図３】チャープ屈折率グレーティングの説明図であ
る。

【図４】実施の形態７によるグレーティング加工装置
の構成図である。

【図５】実施の形態８によるグレーティング加工装置
の構成図である。

【図６】実施の形態９によるグレーティング加工装置
の構成図である。

【図７】実施の形態１０によるグレーティング加工装
置の構成図である。

【図８】図７の装置の効果を説明する説明図である。

【図９】本発明のグレーティング加工装置の効果を説
明する図である。

【図１０】本発明の実施の形態１３によるグレーティ
ング加工装置の構成図である。

【図１１】実施の形態１４によるグレーティング加工
装置の効果を説明する特性説明図である。

【図１２】実施の形態１４によるグレーティング加工
装置の特性の説明図である。

【図１３】実施の形態１５によるクレーティング加工
装置の動作説明図である。

【図１４】実施の形態１６によるグレーティング加工
装置のファイバの配置を説明する図である。

【図１５】実施の形態１８によるグレーティング加工
装置の構成図である。

【図１６】従来のグレーテイング加工装置の構成を示
す構成図である。

【符号の説明】

１ファイバ、２照射光束、３フーリェ変換
型位相ホログラム、４単レンズ、６、７円筒
レンズ、８、９円筒レンズ、２０石英基板、
４１、４２組合せレンズ、５０
断面が矩形の導波路、９１等間隔グレーティングの
光強度分布、９２チャープグレーティングの光強度分
布、１００グレーティング、Ｃ１光源からの照射
光束、Ｃ２強度変調マスク、Ｃ３波長λ０の伝
播、Ｃ４波長λ０＋Δλの伝播、Ｃ５グレ
ーティング加工照射範囲、Ｃ６０次光の集光スポッ
ト、Ｃ７光源、Ｃ８透過特性測定用分光器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光照射によって屈折率変化を生ずる素材
を用いた光導波部を有する光導波路に、格子状の光強度
パターンを持つ照射光を照射して前記導波路上に屈折率
回折格子を形成するためのグレーティング加工装置であ
って、光源と、この光源の光からフーリェ変換型位相ホログラ
ムを介して前記格子状の光強度パターンを持つ照射光を
生成する光学系とを備えたことを特徴とするグレーティ
ング加工装置。
【請求項２】光導波路は光照射によって屈折率変化を
生ずる素材を用いたコア部を有する光ファイバであるこ
とを特徴とする請求項１に記載のグレーティング加工装
置。
【請求項３】光学系は光源からの光を予め定めた任意
の角度で分岐した複数の出射光束にする機能を有するフ
ーリェ変換型位相ホログラムと、このフーリェ変換型位
相ホログラムの前記複数の出射光束を光導波路上に結像
するレンズとを備えたことを特徴とする請求項１に記載
のグレーティング加工装置。
【請求項４】フーリェ変換型位相ホログラムは分岐し
た複数の出射光束の強度を互いに異なるようにすること
を特徴とする請求項３に記載のグレーティング加工装
置。
【請求項５】フーリェ変換型位相ホログラムは複数の
出射光束の相互間の角度を同一にすることを特徴とする
請求項３に記載のグレーティング加工装置。
【請求項６】フーリェ変換型位相ホログラムは複数の
出射光束の相互間の角度を全て異なるものとすることを
特徴とする請求項３に記載のグレーティング加工装置。
【請求項７】レンズはフーリェ変換型位相ホログラム
と光導波路との間に、位置が調整可能に設置された単レ
ンズであることを特徴とする請求項３に記載のグレーテ
ィング加工装置。
【請求項８】レンズはフーリェ変換型位相ホログラム
と光導波路との間に、位置が調整可能に設置された単レ
ンズと円筒レンズで構成されていることを特徴とする請
求項３に記載のグレーティング加工装置。
【請求項９】円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波路
の軸方向と平行であることを特徴とする請求項８に記載
のグレーティング加工装置。
【請求項１０】円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波
路の軸方向に直交し、かつ、光源と光導波路とを結ぶ線
に直交することを特徴とする請求項８に記載のグレーテ
ィング加工装置。
【請求項１１】レンズはフーリェ変換型位相ホログラ
ムと光導波路との間に、焦点距離が調整可能に組合わさ
れた組合せレンズであることを特徴とする請求項３に記
載のグレーティング加工装置。
【請求項１２】組合せレンズはこの組合せレンズへの
入射角度と像位置が直線的に対応するように構成された
エフシータレンズである事を特徴とする請求項１１に記
載のグレーティング加工装置。
【請求項１３】組合せレンズは円筒レンズを有し、こ
の円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向と平
行であることを特徴とする請求項１１に記載のグレーテ
ィング加工装置。
【請求項１４】組合せレンズは円筒レンズを有し、こ
の円筒レンズの円筒の軸方向は、光導波路の軸方向に直
交し、かつ、光源と光導波路とを結ぶ線に直交すること
を特徴とする請求項１１に記載のグレーティング加工装
置。
【請求項１５】フーリェ変換型位相ホログラムは、こ
のフーリェ変換型位相ホログラムの面内で任意の角度に
固定できる回転機構を備えたことを特徴とする請求項１
に記載のグレーティング加工装置。
【請求項１６】フーリェ変換型位相ホログラムは異な
る複数の方向に任意の格子周期の出射光束を出力するも
のであることを特徴とする請求項１に記載のグレーティ
ング加工装置。
【請求項１７】フーリェ変換型位相ホログラムから分
岐された出射光束はグレーティング加工部で、光源と光
導波路とを結ぶ線に直交する方向の強度分布が均一にな
るようフーリェ変換型位相ホログラムのパターンとレン
ズの焦点距離とが決定されていることを特徴とする請求
項１に記載のグレーティング加工装置。
【請求項１８】光源はＫｒＦエキシマレーザまたはＡ
ｒＦエキシマレーザであることを特徴とする請求項１に
記載のグレーティング加工装置。
【請求項１９】光源は炭酸ガスレーザであることを特
徴とする請求項１に記載のグレーティング加工装置。
【請求項２０】光源とフーリェ変換型位相ホログラム
の間に、前記光源の光束を光学系の有するフーリェ変換
特性を逆フーリェ変換することにより求まる形状に調整
する光束調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に
記載のグレーティング加工装置。
【請求項２１】光束調整手段は、光源とフーリェ変換
型位相ホログラムの間に挿入された移送変調素子を用い
たものであることを特徴とする請求項２０に記載のグレ
ーティング加工装置。
【請求項２２】光束調整手段は、光源として、共振器
の形態を所望の光束分布が得られるように変更したレー
ザ発振器を用いたものであることを特徴とする請求項２
０に記載のグレーティング加工装置。
【請求項２３】光束調整手段は、光源とフーリェ変換
型位相ホログラムの間にアパーチャを設けたものである
ことを特徴とする請求項２０に記載のグレーティング加
工装置。
【請求項２４】光束調整手段は、光導波路の位置を結
像位置から光軸に沿った前方、又は後方にずらせること
により光学系の有するフーリェ変換特性を調整するもの
であることを特徴とする請求項２０に記載のグレーティ
ング加工装置。
【請求項２５】光源のレーザー発振器に、スペクトル
狭帯域化装置を付加して光源の波長純度を高めたことを
特徴とする請求項１８に記載のグレーティング加工装
置。
【請求項２６】光ファイバを、照射光の光軸の中心位
置から、この光ファイバの長手方向に直交し、かつ、照
射光の光軸に直交する方向にずらせた位置に配置したこ
とを特徴とする請求項２に記載のグレーティング加工装
置。
【請求項２７】光ファイバは、ビーム照射領域の中央
から片側にのみ配置したことを特徴とする請求項２に記
載のグレーティング加工装置。
【請求項２８】フーリェ変換型位相ホログラムとレン
ズとの間隔を、該レンズの焦点距離に一致させたことを
特徴とする請求項３に記載のグレーティング加工装置。
【請求項２９】光ファイバは、この光ファイバの一端
に接続された光源と、他端に接続されこの光ファイバに
加工されたグレーティングの透過特性を測定する分光器
とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のグレーテ
ィング加工装置。