JP2003279759A - 光ファイバの加工方法および光導波路部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの機械的強度を損ねることなく、
高い位置精度にてレーザ光の集光照射を行い屈折率変化
領域を形成することができる光ファイバの加工方法、な
らびにこの光ファイバの加工方法を用いた光ファイバ型
光導波路部品の製造方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ５をＶ溝基板７のＶ溝８上に
固定し、前記Ｖ溝基板７の表面にフェムト秒レーザ光２
を集光照射してアブレーション跡を発生させ、このアブ
レーション跡を検知することにより前記Ｖ溝基板７の表
面を検知し、このＶ溝基板７の表面を基準として、屈折
率変化領域を形成すべき光ファイバ５内部の目標位置６
の、クラッド表面からの深さを調整し、該目標位置６に
フェムト秒レーザ光２を集光照射して屈折率変化領域を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェムト秒レーザ
光を光ファイバ内部に集光照射して該集光点周辺に屈折
率変化領域を形成する光ファイバの加工方法、および、
光ファイバグレーティングなどの光ファイバ型光導波路
部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野において、光ファイバや平面
型光導波路などを始めとする光導波路部品は、今や不可
欠な技術となっている。高機能な光導波路部品を高精度
に、かつ効率よく製造する方法としては、数多くの提案
がある。例えば、特開平９−３１１２３７号公報に開示
されているように、フェムト秒レーザ光の集光照射によ
りガラス材料に光誘起屈折率変化を起こして光導波路部
品を製造する方法が知られている。フェムト秒レーザ光
を利用した光誘起屈折率変化は、屈折率変化を誘起する
効率が高いため、光導波路などの構造物を効率よく形成
することができる技術として、注目を集めている。

【０００３】光導波路部品の中でも、光ファイバ型の光
導波路部品は、伝送用光ファイバや他の光部品への接続
が容易であるため重要性が高く、幅広く利用されてい
る。フェムト秒レーザ光による光誘起屈折率変化を利用
した光ファイバ型光導波路部品の製造方法の提案として
は、例えば、特開２０００−１５５２２５号公報に提案
されている方法がある。この方法は、光ファイバのコア
中に連続的または間歇的にフェムト秒レーザ光を照射し
て、周期的な屈折率変化を誘起することにより、グレー
ティング（回折格子）を形成して、光ファイバグレーテ
ィングを製造する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開２０００−１５５２２５号公報には、光ファイバのコ
アの所定の目標位置にフェムト秒レーザ光を集光照射す
るための位置合わせの方法を開示していない。実際、光
ファイバのような外径が極めて小さい円筒形状の物体で
は、クラッド表面からの目標位置の深さを正確に決定す
ることは極めて困難である。このため、例えば、コアで
なく、クラッドに集光照射してしまう等のおそれがあ
り、この方法では、高機能の光ファイバグレーティング
を効率よく生産することは難しい。

【０００５】ガラス材料にフェムト秒レーザ光を集光照
射する際の位置決めの方法として、特願２００１−２５
０５７３号に記載のアブレーション現象を利用した方法
がある。アブレーション現象とは、ガラス基板等のガラ
ス材料の表面にレーザ光を集光照射すると、該ガラス材
料の表面に凹凸（アブレーション跡）が形成されるもの
である。アブレーション跡は、ＣＣＤカメラなどの検知
装置を用いて容易に検知することができるので、該アブ
レーション跡にピントを合わせることにより、ガラス基
板表面の位置を検知することができる。さらに、該ガラ
ス基板を深さ方向に所定の長さだけ変位させることによ
り、フェムト秒レーザ光の集光照射の目標位置を、高い
精度で所望の深さに定めることができる。

【０００６】しかしながら、この方法を光ファイバ型光
導波路部品の製造に適用する場合、加工対象である光フ
ァイバのクラッド表面にアブレーション跡を形成する
と、それが原因となってクラックが発生し、光ファイバ
を破断させるおそれがある。また、アブレーション跡を
形成するに当り、無色透明で円筒形状を有する光ファイ
バのクラッド表面にピントを合わせるのは困難である。
このように、機械的信頼性の面でも、加工精度の面で
も、問題がある。

【０００７】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであって、光ファイバの機械的強度を損ねるこ
となく、高い位置精度にてフェムト秒レーザ光の集光照
射を行い屈折率変化領域を形成することができる光ファ
イバの加工方法、ならびにこの光ファイバの加工方法を
用いた光ファイバ型光導波路部品の製造方法を提供する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、フェムト秒
レーザ光を集光照射して、光ファイバ内部に屈折率変化
領域を形成する光ファイバの加工方法において、光ファ
イバをＶ溝基板のＶ溝上に固定し、前記Ｖ溝基板の表面
にフェムト秒レーザ光を集光照射してアブレーション跡
を発生させ、このアブレーション跡を検知することによ
り前記Ｖ溝基板の表面を検知し、このＶ溝基板の表面を
基準として光ファイバ内部の所望の深さにフェムト秒レ
ーザ光を集光照射して屈折率変化領域を形成することに
よって解決される。

【０００９】さらに、前記光ファイバ内部の目標位置
の、クラッド表面からの深さの精度を一層向上させるた
めには、光ファイバをＶ溝基板のＶ溝上に固定し、該Ｖ
溝基板の表面の２箇所以上にフェムト秒レーザ光を集光
照射して２個以上のアブレーション跡を発生させ、前記
アブレーション跡を検知することにより前記Ｖ溝基板の
表面を検知し、検知手段のピントが前記２個以上のアブ
レーション跡のすべてに同時に合うようにＶ溝基板を移
動および／または回転させることによって、Ｖ溝基板の
表面の位置および／または勾配を調整したのち、このＶ
溝基板の表面を基準として光ファイバ内部の所望の深さ
にフェムト秒レーザ光を集光照射して屈折率変化領域を
形成する方法を用いることができる。

【００１０】また、複数のＶ溝を有するＶ溝基板を使用
し、該Ｖ溝の各々に光ファイバを配置して加工するよう
にすることができる。これにより、Ｖ溝基板の表面の検
知と位置合わせを一回行えば、それ以後は、該Ｖ溝基板
上の各光ファイバを順次加工していくことができるの
で、作業性が向上する。上述の光ファイバの加工方法を
用いて光ファイバを加工することにより、光ファイバグ
レーティング等の光ファイバ型光導波路部品を製造する
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて、本
発明を詳しく説明する。図１は、本発明の光ファイバの
加工方法に用いられる装置の一例を示している。図１に
おいて、符号１は、光源である。光源１から発振された
フェムト秒レーザ光２は、ハーフミラー３により反射さ
れたのち、集光レンズ４を介して、光ファイバ５の内部
の所定の目標位置６に集光照射される。光ファイバ５
は、Ｖ溝基板７上に形成されたＶ溝８の上に載置されて
固定されている。Ｖ溝基板７は、精密ステージ９の上に
固定されている。この精密ステージ９は、ＣＣＤカメラ
１０によってモニタされた光ファイバ５の位置に基づい
て制御されており、光ファイバ５の位置を適切に調節す
ることができるようになっている。さらに、この装置に
は、フェムト秒レーザ光２の光路上にシャッタ１１が設
けられており、該シャッタ１１の開閉によりフェムト秒
レーザ光２の照射をスイッチすることができるようにな
っている。

【００１２】本実施の形態の光ファイバの加工方法は、
図２に示すように、光ファイバ５をＶ溝基板７のＶ溝８
上に固定し、前記Ｖ溝基板７の表面にフェムト秒レーザ
光２を集光照射してアブレーション跡Ａを発生させ、こ
のアブレーション跡Ａを検知することにより前記Ｖ溝基
板７の表面を検知し、このＶ溝基板７の表面を基準とし
て光ファイバ５内部の所望の深さにフェムト秒レーザ光
２を集光照射して屈折率変化領域を形成するものであ
る。アブレーション跡Ａは、微小な窪みとなるので、該
窪みのエッジ付近のコントラストを利用することで、Ｃ
ＣＤカメラ１０のような検知手段による検知が容易であ
る。

【００１３】このように、加工対象である光ファイバ５
の表面にはアブレーション跡Ａを発生させず、Ｖ溝基板
７上にアブレーション跡Ａを形成するので、光ファイバ
５の機械的強度を損ねるおそれがない。また、光ファイ
バ５はＶ溝８上に固定されており、光ファイバ５のクラ
ッド表面の、Ｖ溝基板７表面からの高さｈは、図２の式
（１）に示すように、Ｖ溝８の幅ｗおよび角度θと、光
ファイバ５のクラッド径ｄとから求めることができる。
この光ファイバ５のクラッド表面からの幾何的集光深さ
と、実際の集光深さとの間には、一意に決定される対応
関係があるので、高い精度で光ファイバ５内部の目標位
置６の深さを知ることができる。

【００１４】本実施の形態においては、光誘起屈折率変
化を起こすために、パルス幅が１ｐｓ以下であるフェム
ト秒レーザ光２を用いる。この理由は、フェムト秒レー
ザ光２のパルス幅は非常に狭いので、ピークパワーは時
間圧縮効果により増大し、光誘起屈折率変化の作用を大
きくすることができるからである。フェムト秒レーザ光
２の波長は、例えば、８００ｎｍなど、近赤外領域の波
長とすることが好ましい。これにより、該フェムト秒レ
ーザ光２が石英ガラスなどの透明材料にほとんど吸収さ
れないので、目標位置６までほとんど減衰することなく
到達させることができる。フェムト秒レーザ光２の繰返
し周波数は、特に制約されるものではないが、１０ｋＨ
ｚあるいは１００ｋＨｚより高いほうが望ましい。

【００１５】光ファイバ５の材料としては、光通信用に
使用され、フェムト秒レーザ光２を集光照射したとき集
光点で屈折率を増加させる限り、特に材質に制約を受け
るものではない。このような材料としては、石英系ガラ
ス、酸化物ガラス、フッ化物ガラスが例示される。石英
系ガラスとしては、石英ガラスやゲルマニウム（Ｇｅ）
ドープ石英ガラス、フッ素ドープ石英ガラス、ゲルマニ
ウム−フッ素共添加石英ガラスなどが例示される。ま
た、酸化物ガラスとしては、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩
ガラス、リン酸塩ガラス、弗リン酸塩ガラス、酸化ビス
マス系ガラス等が挙げられる。一般的には、低損失な光
ファイバが容易に得られ、量産性、生産性の高い製造方
法が確立されている石英系光ファイバを用いることが好
ましい。また、光ファイバ５は、取扱いの容易な光ファ
イバ素線を用いることが好ましく、その場合は、加工を
行う前に、目標位置６周辺の被覆を有機溶媒等を用いて
除去しておく。

【００１６】Ｖ溝基板７の材料としては、フェムト秒レ
ーザ光２を集光照射したとき集光点で屈折率を増加させ
る限り、特に材質に制約を受けるものではない。このよ
うな材料としては、石英系ガラス、酸化物ガラス、フッ
化物ガラスが例示される。石英系ガラスとしては、石英
ガラスやゲルマニウム（Ｇｅ）ドープ石英ガラス、フッ
素ドープ石英ガラス、ゲルマニウム−フッ素共添加石英
ガラスなどが例示される。また、酸化物ガラスとして
は、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラ
ス、弗リン酸塩ガラス、酸化ビスマス系ガラス等が挙げ
られる。同一の光源１から発振されたフェムト秒レーザ
光２によって、Ｖ溝基板７のアブレーションと、光ファ
イバ５の屈折率変化誘起との両方を行うことができるよ
うに、Ｖ溝基板７の材料は、加工対象である光ファイバ
５と同一または類似の材料を用いることが好ましい。

【００１７】上述の装置を用いて、光ファイバを加工す
る手順の一例を図３を参照しながら説明する。図３にお
いて、Ｖ溝基板７の近傍に描かれている矢印は、精密ス
テージ９の移動方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を示している。ま
ず、精密ステージ９上に、Ｖ溝基板７を、Ｖ溝８が概略
Ｙ軸方向に沿うように固定する。次いで、光ファイバ５
をＶ溝８の上に載置して固定する。次いでシャッタ１１
を閉じ、フェムト秒レーザ光２をオフにした状態で集光
点がＶ溝基板７上に位置するように、換言すれば、対物
レンズの位置がＶ溝基板７の上方に位置するように、精
密ステージ９を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に走査する。さら
に、集光点をＶ溝基板７表面上の任意の一点Ａに移動し
たのち、シャッタ１１を開き、光源１の出力を強めてフ
ェムト秒レーザ光２を集光照射する。この状態でＶ溝基
板７をＺ軸方向に大きめに走査するように精密ステージ
９を制御して、Ｖ溝基板７表面の点Ａに確実にアブレー
ション跡を形成する。このアブレーション跡ＡにＣＣＤ
カメラ１０のピントが合うように、精密ステージ９のＺ
軸方向の位置を調整する。

【００１８】この状態では、フェムト秒レーザ光２の焦
点は、アブレーション跡Ａ上、すなわち、Ｖ溝基板７の
表面上に合わせられている。ここで、屈折率変化領域を
形成すべき目標位置６が、例えば、光ファイバ５のコア
の中心軸上であれば、アブレーション跡Ａと目標位置６
とのＺ軸方向の変位は、図２に示すように、ｈ−ｄ／２
として求められる。厳密には、光ファイバ５の側面に入
射した際の屈折などにより、図２から求まる幾何的な集
光深さと、フェムト秒レーザ光２の実際の集光深さと
は、必ずしも一致しない。しかしながら、予め幾何的な
集光深さと、実際に屈折率変化領域が形成される深さと
の対応関係を測定しておけば、以後は、幾何的な集光深
さに基づいて、フェムト秒レーザ光２の実際の集光深さ
を一意に決定できる。

【００１９】集光点の水平方向（ＸＹ軸方向）の位置合
わせは、Ｖ溝８のエッジによる反射率の違いから、Ｖ溝
８の識別は容易であるので、その中心線上を目標に定め
ればよい。このようにして、フェムト秒レーザ光２の焦
点を、光ファイバ５のコアの中心軸上に合わせることが
できる。ここで、光源１の出力を再び高めて、フェムト
秒レーザ光２を目標位置６に集光照射することにより、
屈折率変化領域を形成することができる。

【００２０】もし、目標位置６が光ファイバ５のコアの
中心軸上にない場合でも、目標位置６の設計上の位置
は、光ファイバ５のコアの中心軸からの変位として定め
ることができるので、フェムト秒レーザ光２の焦点を、
光ファイバ５のコアの中心軸上に合わせたのちに、さら
に、所定の距離だけ精密ステージ９を移動させるなどの
方法により、容易に位置合わせができることはいうまで
もない。

【００２１】アブレーション跡Ａの位置は、光ファイバ
５に近い位置の方が好ましい。アブレーション跡Ａの位
置が光ファイバ５からあまりに離れていると、アブレー
ション跡Ａの高さから推定した目標位置６と、実際の目
標位置６とのずれが大きくなるおそれがあるからであ
る。

【００２２】前記第１の実施の形態は、Ｖ溝基板７の表
面上にアブレーション跡Ａを１個のみ形成したので簡便
に実施できる。しかしながら、Ｖ溝基板７の表面に勾配
が生じている場合、より正確にいえば、必要な位置合わ
せの精度に比して、Ｖ溝基板７の表面の勾配の程度が無
視できない場合、深さ（Ｚ軸）方向の位置合わせの精度
が十分に得られないおそれがある。この問題を改善する
ためには、以下説明するように、精密ステージ９とし
て、ＸＹＺ３軸ステージに加えて、回転ステージを１個
有するものを用い、かつ、アブレーション跡を２個形成
する手法を利用することができる。

【００２３】次に、このような第２の実施の形態を、図
４を参照しながら説明する。まず、ＸＹＺ３軸ステージ
に、φｙ方向を回転可能とする向きに１個の回転ステー
ジを設置して精密ステージ９とする。この精密ステージ
９上に、Ｖ溝基板７を、Ｖ溝８が概略Ｙ軸方向に沿うよ
うに固定する。次いで、光ファイバ５をＶ溝８上に載置
して固定する。そして、光ファイバ５内部の目標位置６
の付近に、光ファイバ５の両側にそれぞれ一個ずつ、２
個のアブレーション跡ＡおよびＢを形成する。

【００２４】そして、これらのアブレーション跡Ａ、Ｂ
を基準として、アブレーション跡Ａ、Ｂの２点に同時に
ピントが合うように、Ｖ溝基板７のφｙ方向の勾配を微
調整する。このためには、例えば、まずＣＣＤカメラ１
０の視野にアブレーション跡Ａを入れ、φｙステージを
回転させてピントを調整し、次いで、ＣＣＤカメラ１０
の視野にアブレーション跡Ｂを入れ、φｙステージを回
転させてピントを調整し、これを交互に繰り返して、ピ
ントを徐々に調整することによって行うことができる。

【００２５】これにより、Ｖ溝基板７表面上のアブレー
ション跡ＡからＢまでの方向の勾配は極めて小さくする
ことができる。目標位置６は、アブレーション跡Ａおよ
びＢのほぼ間に位置するので、前記第１の実施の形態に
説明したような手法を用い、アブレーション跡Ａまたは
ＢのＺ方向の位置に基づいて、目標位置６の深さを高精
度にて決定することができる。そして、目標位置６にフ
ェムト秒レーザ光２の焦点を合わせて集光照射すること
により、目標位置６に屈折率変化領域を形成することが
できる。

【００２６】この場合、アブレーション跡ＡからＢまで
の距離Ｌ_ABは、精密ステージ９の可動範囲が許す限り、
長いほうが好ましい。なぜならば、Ｖ溝基板７のφｙ方
向の勾配を微調整する際、アブレーション跡Ａ、ＢのＺ
方向の深さには、ＣＣＤカメラ１０のピント合わせ精度
に依存する微小な誤差Δｚが生じ得るものと考えられ
る。このとき、Ｖ溝基板７表面上の点ＡからＢにかけて
のφｙ方向の勾配は、Δｚ／Ｌ_ABと表されるので、Ｌ_AB
が過度に短いと、前記φｙ方向の勾配が無視できないほ
ど大きくなるおそれがあるからである。逆にいえば、Ｌ
_ABを十分に長くとることにより、前記φｙ方向の勾配を
極めて小さくすることができる。

【００２７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本実施の形態においては、精密ステージとし
て、ＸＹＺ３軸ステージの各軸の周りに、φｘ、φｙ、
φｚ方向に３個の回転ステージを設けたものを用いる。
そして、Ｖ溝基板７上に、図５に示すように、一直線上
に乗らないようにして、３個のアブレーション跡Ａ、
Ｂ、Ｃを形成する。これらのアブレーション跡は、その
うち２個Ａ、Ｂが他の１個Ｃと、光ファイバ５を挟んで
対向するように配置されているものとする。

【００２８】そして、ＣＣＤカメラ１０により、アブレ
ーション跡Ａ、Ｂ、Ｃを、１つずつ順に数回検知しなが
ら、φｘステージとφｙステージの回転方向を微調整す
ることにより、上記３個のアブレーション跡Ａ、Ｂ、Ｃ
のすべてに同時にピントが合うようにする。これによっ
て、Ｖ溝基板７の表面は、ＣＣＤカメラ１０の観測方向
に対して極めて高精度にて垂直となるようにすることが
できる。なぜならば、一直線上にない３点は、平面を決
定することができるからである。さらに、φｚステージ
を回転させることにより、光ファイバ５の長手方向をＹ
軸方向に揃えることができる。

【００２９】この場合、第１〜第３のアブレーション跡
Ａ、Ｂ、Ｃの各２点間の距離Ｌ_AB、Ｌ_BC、Ｌ_ACは、精密
ステージ９の可動範囲が許す限り、長いほうが好まし
い。この理由は、前記第２の実施の形態において、アブ
レーション跡ＡとＢとの距離Ｌ _ABについて説明したのと
同様である。このようにして精密ステージ９を調整する
ことにより、前記３個のアブレーション跡Ａ、Ｂ、Ｃか
らなる三角形ＡＢＣの勾配が極めて小さくなり、Ｖ溝基
板７の表面の勾配が極めて小さくなる。従って、フェム
ト秒レーザ光２の集光点の深さの精度が向上する。

【００３０】これから、前記第１の実施の形態に説明し
たような手法を用いて、フェムト秒レーザ光２が、光フ
ァイバ５の中心軸上の所望の一点上、例えば、点２１に
集光照射させることができる。この状態から、精密ステ
ージ９をＹ軸方向に連続的または間歇的に移動させるこ
とにより、光ファイバ５の中心軸上、例えば点２２、点
２３等に、屈折率変化領域を連続的または間歇的に形成
することができる。すなわち、屈折率変化領域を光ファ
イバ５の中心軸からずれないように形成することができ
る。

【００３１】第３の実施の形態では、回転ステージを３
個用いたが、回転ステージの個数を２個としても、光フ
ァイバ５の長手方向に沿って精密に屈折率変化領域を連
続的または間歇的に形成することができる。この第４の
実施の形態を、図６を参照しながら説明する。この第４
の実施の形態においては、精密ステージ９として、ＸＹ
Ｚ３軸ステージに加えて、φｘとφｚ方向に２個の回転
ステージを有するものを用いる。

【００３２】まず、精密ステージ９上に、Ｖ溝基板７
を、Ｖ溝８が概略Ｙ軸方向に沿うように固定する。次い
で、光ファイバ５をＶ溝８上に載置して固定する。ＣＣ
Ｄカメラ１０により、Ｖ溝基板７の表面におけるＶ溝８
の反射率の違いを検知しながらφｚステージを回転させ
て、Ｖ溝８がＹ軸方向に沿うように調整する。そして、
Ｖ溝基板７上に、光ファイバ５の長手方向に沿って、２
個のアブレーション跡Ａ、Ｂを形成する。これらの２個
のアブレーション跡Ａ、ＢをＣＣＤカメラ１０にて検知
しながら、φｘステージを回転させて、アブレーション
跡Ａ、Ｂの両方にピントが合うように、Ｖ溝基板７のφ
ｘ方向の勾配を微調整する。

【００３３】このようにＶ溝基板７の向きおよび勾配を
微調整することにより、光ファイバ５は、高い精度に
て、Ｙ軸方向に沿い、かつ、φｘ方向の勾配が極めて小
さくなるように調整されたので、光ファイバ５の長手方
向に沿って連続的または間歇的にフェムト秒レーザ光２
を集光照射して、複数の屈折率変化領域２１、２２、２
３を形成することができる。

【００３４】この場合、アブレーション跡ＡとＢとの距
離Ｌ_ABは、精密ステージ９の可動範囲が許す限り、長い
ほうが好ましい。Ｖ溝基板７のφｘ方向の勾配を微調整
する際、アブレーション跡Ａ、ＢのＺ方向の深さには、
ＣＣＤカメラ１０のピント合わせ精度に依存する微小な
誤差Δｚが生じ得るものと考えられる。このとき、Ｖ溝
基板７表面上の点ＡからＢにかけてのφｘ方向の勾配
は、Δｚ／Ｌ_ABと表されるので、Ｌ_ABが過度に短いと、
前記φｘ方向の勾配が無視できないほど大きくなるおそ
れがあるからである。逆にいえば、Ｌ_ABを十分に長くと
ることにより、前記φｘ方向の勾配を極めて小さくする
ことができる。

【００３５】また、アブレーション跡ＡおよびＢの位置
は、光ファイバ５に近い位置の方が好ましい。これら２
点の位置が、光ファイバ５からあまりにも遠いと、アブ
レーション跡ＡからＢまでのφｘ方向の勾配を微調整し
て極めて小さくしても、光ファイバ５に沿ったφｘ方向
の勾配とずれ、位置合わせの精度を低下させるおそれが
あるからである。

【００３６】上記実施の形態においては、Ｖ溝８は、１
枚のＶ溝基板７上に１本のみ設けられていたが、Ｖ溝８
を複数本有するＶ溝基板を用いることもできる。アブレ
ーション跡の形成方法および、アブレーション跡を利用
したＶ溝基板７の勾配および深さの調整手法は、上述し
た手法に準じて行うことができる。この場合でも、Ｖ溝
基板７上に高々３個のアブレーション跡を形成すること
により、Ｖ溝基板７の位置の調整を行うことができる。
しかも、複数の光ファイバを一回の工程で加工すること
ができるので、製造装置の準備などの手間を大幅に低減
することができ、生産性が大いに向上する。

【００３７】以上の説明においては、Ｖ溝基板７の表面
や光ファイバ５内部の目標位置６にフェムト秒レーザ光
２の焦点を合わせ、または走査する手段として、精密ス
テージ９を移動させることにより行っているが、これに
限定されるものではない。例えば、集光レンズ４自体を
動かしたり、あるいは、ガルバノミラー等を用いたりし
て、フェムト秒レーザ光２の焦点を移動させるようにし
てもよい。

【００３８】次に、本発明の光導波路部品の製造方法に
ついて説明する。上述の光ファイバの加工方法を用い
て、光ファイバ内部に屈折率変化領域を形成することに
より種々の光ファイバ型光導波路部品を製造することが
できる。その一例として、光ファイバグレーティングの
製造方法について説明する。

【００３９】図７は、光ファイバグレーティングの一例
を示す側断面図である。光ファイバグレーティングは、
コア３１とクラッド３２を有する光ファイバのコア３１
の一部に、グレーティング３３を形成したものである。
グレーティング３３は、光導波路中を進行する所定波長
帯の光を反射、遮断する機能をもっている。

【００４０】グレーティング３３の波長特性は、該グレ
ーティング３３を構成する屈折率変化の周期、グレーテ
ィング長、屈折率変化量に依存しているが、これらのパ
ラメータは、いずれも制御可能である。すなわち、屈折
率変化の周期は、フェムト秒レーザ光２の集光点の相対
移動距離によって調節できる。また、グレーティング長
は、フェムト秒レーザ光２の集光照射を連続的または間
歇的に繰り返すとき、その全体の移動距離によって決め
られる。また、屈折率変化量は、フェムト秒レーザ光２
の集光照射時間によって制御可能である。

【００４１】このような光ファイバグレーティングは、
例えば、以下の手順により製造することができる。ま
ず、本発明の光ファイバの加工方法を用いて、光ファイ
バ５のコア３１に第１の屈折率変化領域３４を形成す
る。次いで、グレーティング周期分だけ精密ステージ９
を光ファイバ５の長手方向に沿って移動させ、さらに光
ファイバ５に対し、同様なフェムト秒レーザ光２の集光
照射によって次の屈折率変化領域３５を形成する。以
下、必要とするグレーティング長に応じてフェムト秒レ
ーザ光２の集光照射及び精密ステージ９の移動を繰り返
し、複数の屈折率変化領域３６、…を形成することによ
り、グレーティング３３を形成することができる。

【００４２】または、精密ステージ９を一定の速度また
はプログラム制御された所定の移動状態にて移動させ、
この移動に同期して、フェムト秒レーザ光２の光路内に
挿入したシャッタ１１を所定の時間間隔にて開閉し、所
定の位置にのみフェムト秒レーザ光２を照射して、複数
の屈折率変化領域３６、…を形成することによっても、
グレーティング３３を形成することができる。

【００４３】次に、本発明を具体例により詳しく説明す
る。 （実施例１）光ファイバ５として、比屈折率差０．３
％、クラッド径１２５μｍの石英系光ファイバを用い
た。光源１としては、中心波長８００ｎｍ、パルス幅１
８０ｆｓ（フェムト秒）、繰返し周期２００ｋＨｚ、平
均出力７００ｍＷのチタンサファイアレーザを使用し
た。Ｖ溝基板７は、厚さ１．６ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ４
８ｍｍの合成石英ガラスからなる。Ｖ溝８の溝幅は１８
０μｍ、溝角度は６０°である。精密ステージ９として
は、ＸＹＺ３軸ステージを有するものを用いた。

【００４４】目標位置６から約０．１ｍｍ離れた位置を
適当に定めて、フェムト秒レーザ光２を集光照射してア
ブレーション跡を１個形成した。このアブレーション跡
にＣＣＤカメラ１０のピントを合わせたのち、目標位置
６の深さに応じて、所定の距離だけＺ方向に精密ステー
ジ９を移動させた。また、水平方向（ＸＹ平面上）の位
置は、Ｖ溝８の像を検知し、ＣＣＤカメラ１０のスコー
プの中心をＶ溝８の中心線上に合わせることにより、調
節した。ここで、フェムト秒レーザ光２を集光照射した
状態で、精密ステージ９をＹ方向に一定速度で０．５ｍ
ｍ移動させ、屈折率変化領域を形成した。光ファイバ５
を装置から取り外して検査したところ、屈折率変化領域
は、該光ファイバ５のコア中に十分な精度にて形成され
ていた。

【００４５】（実施例２）光源１、光ファイバ５、Ｖ溝
基板７は実施例１と同様のものを用いた。精密ステージ
９としては、ＸＹＺ３軸ステージに加えて、φｘ、φ
ｙ、φｚ方向に３個の回転ステージを取り付けたものを
用いた。精密ステージ９上にＶ溝基板７を取り付けて固
定し、さらにＶ溝８に沿って光ファイバ５を固定した。
Ｖ溝８の像を検知しながらφｚ回転ステージを回転させ
ることにより、Ｖ溝８の方向をＹ方向に一致させた。

【００４６】次いで、図８に示すように、Ｖ溝基板７の
目標位置６からＹ方向に約１０ｍｍ移動して、フェムト
秒レーザ光２を集光照射してアブレーション跡Ａを形成
した。次いで、点ＡからＹ方向の逆方向に約２０ｍｍ移
動し、フェムト秒レーザ光２を集光照射してアブレーシ
ョン跡Ｂを形成した。さらに、Ｖ溝８の反対側に第３の
アブレーション跡Ｃを形成した。これらのアブレーショ
ン跡Ａ、Ｂ、Ｃは、いずれもＶ溝８から垂直方向に約
０．１ｍｍ離れた位置に形成した。

【００４７】そして、これら３個のアブレーション跡
Ａ、Ｂ、Ｃのすべてに同時にピントが合うように、φ
ｘ、φｙ方向の回転ステージを回転させた。このとき、
ＡＢ間の勾配は、０．０５μｍ／ｍｍとなった。第１の
アブレーション跡ＡにＣＣＤカメラ１０のピントを合わ
せたのち、目標位置６の深さに応じて、所定の距離だけ
Ｚ方向に精密ステージを移動させた。また、水平方向
（ＸＹ平面上）の位置は、Ｖ溝８の像を検知し、ＣＣＤ
カメラ１０のスコープの中心をＶ溝８の中心線上に合わ
せることによって調節した。

【００４８】シャッタ１１を閉じた状態で精密ステージ
９を移動させて、目標位置６上にフェムト秒レーザ光２
を集光照射できるように位置を合わせたのち、精密ステ
ージ９をＹ方向に一定速度で移動させながら、シャッタ
１１を一定の時間間隔で開閉することにより、０．５ｍ
ｍの周期で屈折率変化領域を順次形成し、グレーティン
グの書き込みを行った。

【００４９】光ファイバ５を装置から取り外して検査し
たところ、各屈折率変化領域は、いずれも光ファイバ５
のコア中に十分な精度にて形成されていた。また、得ら
れた光ファイバグレーティングの透過特性を光スペクト
ラムアナライザで観察したところ、グレーティングとし
て所望の透過特性が得られていることが分かった。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バの加工方法によれば、Ｖ溝基板の表面上に形成された
アブレーション跡を基準にして、平面であるＶ溝基板の
表面に対してピント合わせを行うので、光ファイバの深
さ方向の位置を極めて高精度にて決定することができ、
かつ再現性が高いものとなる。位置合わせが容易にな
り、生産性が向上し、製造時間を短縮することができ
る。しかも、光ファイバの表面にアブレーション跡を形
成しないので、光ファイバの機械的強度、信頼性が低下
するおそれがない。

【００５１】本発明の光ファイバの加工方法において
は、Ｖ溝基板として、複数のＶ溝を有するアレイ型Ｖ溝
基板を用いることもできる。この場合、一回のバッチ処
理で複数の光ファイバを一括処理することができ、生産
性の一層の向上が期待できる。本発明の光ファイバの加
工方法を利用することにより、種々の高機能で信頼性の
高い光導波路部品を高精度かつ生産性高く製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光ファイバの加工方法に用いられる
装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】 Ｖ溝上に固定された光ファイバのクラッド表
面の、Ｖ溝基板の表面からの高さを算出する方法を説明
する図である。

【図３】 本発明の光ファイバの加工方法の第１の実施
の形態を説明する図である。

【図４】 本発明の光ファイバの加工方法の第２の実施
の形態を説明する図である。

【図５】 本発明の光ファイバの加工方法の第３の実施
の形態を説明する図である。

【図６】 本発明の光ファイバの加工方法の第４の実施
の形態を説明する図である。

【図７】 光ファイバグレーティングの一例を示す概略
構成図である。

【図８】 本発明の実施例２における実施状態を説明す
る斜視図である。

【符号の説明】

２…フェムト秒レーザ光、５…光ファイバ、６…目標位
置、７…Ｖ溝基板、８…Ｖ溝、Ａ…アブレーション跡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 武司 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 石井 裕 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 佐久間 健 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 細谷 英行 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2H050 AB03Z AC82 AC84 AD00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェムト秒レーザ光を集光照射して、光
   ファイバ内部に屈折率変化領域を形成する光ファイバの
   加工方法において、 光ファイバをＶ溝基板のＶ溝上に固定し、 前記Ｖ溝基板の表面にフェムト秒レーザ光を集光照射し
   てアブレーション跡を発生させ、 このアブレーション跡を検知することにより前記Ｖ溝基
   板の表面を検知し、 このＶ溝基板の表面を基準として光ファイバ内部の所望
   の深さにフェムト秒レーザ光を集光照射して屈折率変化
   領域を形成することを特徴とする光ファイバの加工方
   法。
2. 【請求項２】 フェムト秒レーザ光を集光照射して、光
   ファイバ内部に屈折率変化領域を形成する光ファイバの
   加工方法において、 光ファイバをＶ溝基板のＶ溝上に固定し、 該Ｖ溝基板の表面の２箇所以上にフェムト秒レーザ光を
   集光照射して２個以上のアブレーション跡を発生させ、 前記アブレーション跡を検知することにより前記Ｖ溝基
   板の表面を検知し、 検知手段のピントが前記２個以上のアブレーション跡の
   すべてに同時に合うようにＶ溝基板を移動および／また
   は回転させることによって、Ｖ溝基板の表面の位置およ
   び／または勾配を調整したのち、 このＶ溝基板の表面を基準として光ファイバ内部の所望
   の深さにフェムト秒レーザ光を集光照射して屈折率変化
   領域を形成することを特徴とする光ファイバの加工方
   法。
3. 【請求項３】 複数のＶ溝を有するＶ溝基板を使用し、
   該Ｖ溝の各々に光ファイバを固定して加工することを特
   徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの加工方
   法。
4. 【請求項４】 前記Ｖ溝基板は石英ガラスまたは石英系
   ガラスからなるものであることを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれかに記載の光ファイバの加工方法。
5. 【請求項５】 前記光ファイバは、石英系光ファイバで
   あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
   載の光ファイバの加工方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の光
   ファイバの加工方法を用いて光ファイバを加工すること
   を特徴とする光導波路部品の製造方法。